水力学
水力学 (完整版)PPT
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第一章 绪论
1.3 作用在液体上的力
1.3.1 表面力定义
表面力是作用于液体的表面上的力，是相邻液体 或其他物体作用的结果，通过相互接触面传递。
表面力按作用方向可分为： 压力： 垂直于作用面。 切力： 平行于作用面
lim p
P
A0 A
lim
T
A0 A
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第一章 绪论
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第一章 绪论
第1章 绪 论 第2章 水静力学 第3章 液体运动学 第4章 水动力学基础 第5章 流动阻力和水头损失 第6章 量纲分析与相似原理 第7章 孔口、管嘴出流和有压管流 第8章 明渠均匀流 第9章 明渠非均匀流 第10章 堰流及闸孔出流 第11章 渗流
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第一章 绪论
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第一章 绪论
Isaac Newton(1642-1727)
➢ Laws of motion
➢ Laws of viscosity of Newtonian fluid
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第一章 绪论
19th century
Navier (1785-1836) & Stokes (1819-1905)
N-S equation
viscous flow solution
Reynolds (1842-1912) 发现紊流（Turbulence） 提出雷诺数（ReynoldsNumber）
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第一章 绪论
20th century
Ludwig Prandtl (1875-1953) Boundary theory(1904)
水力学知识点总结
水力学知识点总结1. 水的基本性质水是自然界中非常重要的物质，它具有一系列独特的物理、化学性质。
如水的密度、粘度、表面张力等重要性质对水力学研究有着重要的影响。
2. 水动力学水动力学是研究流体的运动规律及其与物体之间的相互作用的科学。
水动力学是水力学的基础，分为静水力学和流体力学。
静水力学研究静止的流体，而流体力学则研究流体的运动。
3. 流体静力学流体静力学是研究静止流体中的压力、浮力和力的平衡问题。
在水力学中，流体静力学主要用于水库、坝体等结构的压力分析。
4. 流体动力学流体动力学是研究流体运动及其产生的压力、阻力以及对物体的作用力。
在水力学中，流体动力学主要应用于河流、渠道等流体动力学性质的研究。
5. 流态力学流体力学是研究流体运动状态与性质的学问。
在水力学中，流态力学主要应用于分析水流的速度、流量、流向、涡流情况等。
6. 水流的稳定性水流的稳定性是水力学中的重要概念，它指的是水体流动时所产生的稳定的流态特性，包括流态的平稳性、安定性和可操作性等。
7. 水力工程水利工程是利用水资源进行灌溉、供水、发电等利用的工程。
水利工程设计要考虑水力学的各种知识，如水流的稳定性、水利工程的结构和设备等方面。
8. 水道工程水道工程是为了改善河流、渠道等水道的通航、排涝等目的的工程项目。
在水道工程设计中，水力学知识对水流速度、水位变化、水力坡等方面有着重要影响。
9. 水电站在水力学中，水电站是一个重要的应用领域。
水力功率的计算、水轮机的设计、水库的水位控制等都需要水力学知识。
10. 河流水文学河流水文学是研究河流的水文特性、水位变化规律、涨落情况等方面的科学。
水文学是水力学中应用最广泛的一个分支，水利工程、水资源评价等方面都需要水文学的知识。
11. 液压机械液压机械是以流体静力学和流体动力学的理论为基础，利用液体作为传动介质的机械装置。
水力学的理论基础对液压机械的设计、制造和使用都有着重要的影响。
12. 水资源评价水力学的知识还被应用于水资源评价领域，通过水文学、水文模型等方法来评价水资源的分布、利用、保护等问题。
水力学常用计算公式
水力学常用计算公式水力学是研究液体流动的力学学科，其中包含了一系列常用的计算公式。
以下是一些水力学常用计算公式的介绍：1.流速计算：流速是流体通过一个截面的体积流量与该截面的面积之比。
常用的流速计算公式有：-海明公式：V=K*R^2/3*S^1/2，其中V表示流速，K为常数，R为液体通过管道、河道等的湿周长度，S为这段的坡度。
-曼宁公式：V=K*R^(2/3)*S^(1/2)，其中V表示流速，K为摩擦系数，R为水流断面湿周和湿径的比值，S为水流的坡度。
2.流量计算：流量指的是单位时间内流经其中一截面的液体体积，常用的流量计算公式有：-面积乘以流速：Q=A*V，其中Q表示流量，A为液体流动截面的面积，V为流速。
-引伯定理：Q=Cd*A*dH^1/2，其中Q表示流量，Cd为管道或孔洞的流量系数，A为流动截面的面积，dH为压力差。
3.湿周计算：湿周是液体通过管道、河道等截面时湿润的周边长度，常用的湿周计算公式有：-圆形截面的湿周：P=π*D，其中P表示湿周，π为圆周率，D为圆的直径。
-矩形截面的湿周：P=2*(L+H)，其中P表示湿周，L为矩形的长，H 为矩形的高。
-圆形管道的湿周：P=π*D，其中P表示湿周，π为圆周率，D为管道的直径。
4.重力控制流量计算：重力控制流量是指由重力作用下，液体流经管道、河道等截面时的流量。
-拉金方程：v=C*(2g*H)^1/2，其中v表示流速，C为拉金系数，g为重力加速度，H为压力头。
5.水头计算：水头是流体流动过程中的压力能。
常用的水头计算公式有：-静水头：H=h+P/ρg+V^2/2g，其中H表示总水头，h为液面高度，P 为压力，ρ为液体密度，g为重力加速度，V为速度。
-压力头：P/ρg，其中P为压力，ρ为液体密度，g为重力加速度。
-速度头：V^2/2g，其中V为速度，g为重力加速度。
以上只是水力学中一些常用的计算公式，还有很多其他的公式在不同的具体问题中也会使用到。
生活中的水力学原理
生活中的水力学原理
生活中常见的水力学原理包括：
1. 流体静力学：涉及静止液体的压力和密度分布。
例如，一个水桶中的水在底部会受到更高的压力，因为上面的水柱会给予更大的压力。
2. 流体动力学：涉及流体的运动和速度分布。
例如，当你打开水龙头时，水从水管中流出，并具有特定的速度和压力。
3. 流体的连续性方程：涉及流体在管道或河流中的流动。
根据该原理，狭窄的管道中的流体速度会增加，而宽阔的管道中的流体速度会减小。
4. 波动理论：涉及波浪的传播和干涉现象。
例如，当你扔一块石头进入水中时，会产生水波，并通过波幅和频率来描述。
5. 流体阻力：涉及流体运动时产生的阻力。
例如，当你在游泳时，水对你的身体施加阻力，需要你用力划动才能前进。
这些水力学原理在我们日常生活中起着重要作用，涉及到我们使用水的各个方面，包括自来水供应、建筑工程、水流测量、渠道工程等。
有关水力学的发展史
有关水力学的发展史水力学是研究水流运动的力学原理和现象的学科。
它起源于古代文明，并随着时间的推移，经历了不断的发展和进步。
古代时期：最早的水力学思想可以追溯到古代文明，如古埃及和古希腊。
这些古代文明的人们已经开始注意水的运动，并对其进行一些实验和观察。
著名的古希腊学者亚历山大的亚历山大（约公元前330年）也对水流运动进行了一些研究。
中世纪：在中世纪的欧洲，水利工程的发展推动了水力学的进步。
许多城市开始修建水道和水坝，并应用水力原理来解决一些地方性的水利问题。
亚尔巴尼亚的水力学家卡阿布·莫思巴希（Ali ibn Khalaf al-Muradi）和古罗马水利工程师库奇乌斯·加利尤斯（Cuccius）是这一时期的重要学者。
文艺复兴时期：文艺复兴时期的欧洲对水力学的研究取得了重大的突破。
这个时期的学者开始研究液体的静力学，如斯特蒂奥（Steffiocio）和托雷利（Torricelli）所做的实验。
达·文西也对水的动力学进行了探究，绘制了许多描绘水流动的画作。
近代水力学的确立：18世纪和19世纪见证了水力学的快速发展。
著名的水力学家伯努利通过实验和理论推导，建立了流体的连续性方程、流量方程等基本原理，并对水流运动进行了系统的研究。
此外，法国科学家库洛曼也为现代水力学的奠基做出了贡献，他提出了重力波理论和含沙量对水流的影响等重要概念。
20世纪以来：20世纪以来，水力学在工程应用、实验技术和计算方法方面取得了巨大的进步。
随着计算机的发展，数值模拟成为水力学研究的重要手段，更加精确和复杂的水流模型被建立和应用于水利、环境和能源工程等领域。
总的来说，水力学的发展史可以追溯到古代文明，经过中世纪的发展和文艺复兴的突破，最终在近代确立了基本原理和理论，并在20世纪以来得到了广泛的应用和发展。
水力学主要知识点课件
水洞实验的主要设备包括水洞、水泵、压力计、速度测量仪等。
实验步骤
首先，开启水泵，使水流通过水洞并测量相关参数；然后，根据 测量结果计算水流的动力学特性和水力性能。
压力管实验基础
实验原理
压力管实验是通过测量压力管中的压力、流量等参数，研究水流 的压力变化和能量损失。
实验设备
压力管实验的主要设备包括压力管、水泵、流量计、压力计等。
实验设备
水槽实验的主要设备包括水槽、水泵、流量计、压力计、速度测量 仪等。
实验步骤
首先，将水槽中的水抽至一定高度，然后开启水泵，使水流通过实验 设备并测量相关参数；最后，根据测量结果计算水力学参数。
水洞实验基础
实验原理
水洞实验是通过测量水洞中的水流状态、压力等参数，研究水流 的动力学特性和水力性能。
现代水力学
20世纪中叶至今，水力学 研究领域不断扩大，涉及 水资源的开发、利用、保 护和管理等方面。
水力学的研究对象和任务
研究对象
水流的运动规律、水与边界的相 互作用以及水对物体的作用力等。
研究任务
为水利工程、土木工程、环境工 程等领域的实际应用提供理论支 持和设计依据。
水力学的应用领域
土木工程
实验步骤
首先，开启水泵，使水流通过压力管并测量相关参数；然后，根据 测量结果计算水流的压力变化和能量损失。
THANKS。
桥梁、隧道、港口、机场等工 程设施的水力学问题分析和设 计。
自然地理
研究地球上水的循环、河流、 湖泊和海洋的动力学特征。
水利工程
水库、水电站、堤防等水利设 施的设计、建设和运行管理。
环境工程
水污染控制、水资源保护、城 市排水和洪水控制等环境水力 学问题。
水 力 学 绪论
模型试验
当实际水流运动复杂，而理论分析困 难，无法解决实际工程的水力学问题时采 用。
指在实验室内，以水力相似理论为指 导，把实际工程缩小为模型，在模型上预 演相应的水流运动，得出模型水流的规律 性，再把模型试验成果按照相似关系换算 为原型的成果以满足工程设计的需要。
系统试验
在实验室内，小规模的造成某种水 流运动，用已进行系统的实验观测，从 中找到规律。
水
力
学
的
主
要
任 务
3.分析水流流动的形态。譬如修建一栏 河坝形成水库，需要计算上游河道中水
面的壅水长度，从而计算淹没范围，这
些都需要掌握水流的运动规律。
4.水能利用和消能问题。
水 力
供水系统中
学 的水箱、水塔
的 主 要
都建的很高， 根据能量方程
任 将位能或压能
务 转化为动能。
当水流从泄水孔泄到下游时，由于具
液体中的一切物理量都可以视为空 间坐标和时间的连续函数，因此可采用 连续函数的分析方法。
长期的生产和科学实验证明：利 用连续介质假定所得出的有关液体运 动规律的基本理论与客观实际是十分 符合的。
§0.3 液体的主要物理性质
➢ 惯性、质量与密度 ➢ 万有引力特性、重力与容重 ➢ 粘滞性 ➢ 压缩性 ➢ 表面张力
du dy
称为流速梯度，
是单位面积上的内摩擦力（切应力）。
作层流运动的液体，相互邻近层间单位面积
上所作用的内摩擦力（或粘滞力），与流速梯 度成正比，同时与液体的性质有关。
d tan( d ) dudt
dy
du d
dy dt
d
dt
液体的粘滞切应力与剪切变形速度成正比。
粘度
水力学ppt课件
在流体中注入染色剂，形成的染色 质点在流动过程中描绘出的曲线。 染色线可以直观地显示流动状况。
一维流动和二维流动特点分析
一维流动
流动参数仅沿一个坐标方向变化，其 他两个坐标方向上的变化可忽略不计 。一维流动具有简单的流动特性和明 确的数学描述。
二维流动
流动参数沿两个坐标方向变化，另一 个坐标方向上的变化可忽略不计。二 维流动比一维流动复杂，但仍可采用 适当的数学方法进行描述和分析。
经验总结
结合实例分析，总结泄水建筑物设计的经验和教训，提出改进和优化 建议。
谢谢聆听
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目录
• 水力学基本概念与原理 • 流体静力学分析 • 流体动力学基础知识 • 管内流动与损失计算 • 明渠恒定均匀流与非均匀流分析 • 堰流、闸孔出流和泄水建筑物设计
原理
01 水力学基本概念与原理
水力学定义及研究对象
水力学的定义
研究液体在静止和运动状态下的 力学规律及其应用的科学。
非均匀流现象描述
在明渠中，若水流运动要素沿程发生变化，则称为非均匀流。非均匀流可表现为水面波动、流速分布不均等现象 。
分类方法
根据非均匀流产生的原因和表现形式，可将其分为渐变流和急变流两类。渐变流是指水流要素沿程逐渐变化，而 急变流则是指水流要素在较短时间内发生显著变化。
明渠恒定非均匀流水面曲线变化规律探讨
03
特性比较
恒定流具有稳定的流动特性，便于分析和计算；非恒定 流的流动特性复杂多变，需要采用动态分析方法。
流线、迹线和染色线概念辨析
流线
在某一瞬时，流场中每一点都与 速度矢量相切的曲线。流线反映 了该瞬时流场中速度的分布状况
。
迹线
某一质点在流动过程中不同时刻所 在位置的连线。迹线反映了该质点 在流动过程中的运动轨迹。
水力学基本知识
第一章水力学基本知识1.惯性：具有维持它原有运动状态的特性、质量越大，运动状态越难改变，因而惯性越大2.单位体积内液体所具有的重量称为该液体的容重（重度）3.内摩擦力f=黏滞力4.谬u：动力粘滞系数与液体性质有关5.u液体表面与底面流速差6.液体粘滞性还可用运动粘滞系数v表示v=谬u/破p7.压缩性：液体不能承受拉力，可以承受压力。
液体受压缩后体积缩小，密度增加，同时液体内部会产生压力抵抗压缩变形，这种性质被称为液体的压缩性；压力解除后消除变形，恢复原状，这种性质称为液体弹性8.表面张力：表面张力仅在液体表面存在，液体内部不存在9.连续介质假说：假设液体是一种连续充满其所占据空间毫无间隙的连续体，水力学所研究的液体运动是连续介质的连续运动10.理想液体概念：水是不可被压缩，没有粘滞性，没有表面张力的连续介质11.质量力：常见的重力和惯性力皆属于质量力，单位质量液体所受的质量力为单位质量力m第二章水力静学1.等压面：静止液体中凡压强相等的各点连接起来组成的面（平面或曲面）称为等压面2.等压面重要性质：作用于静止液体上任意一点的质量力必须垂直于通过该点的等压面3.重力液体的等压面是重力加速度g互相垂直的曲面4.所以平衡液体的自由表面是等压面，即液体静止时的自由表面是水平面，静止液体中两种不同液体的分界面是等压面5.等压面概念：相连通的两种液体6.绝对压强：以设想没有大气存在的绝对真空状态作为零点计量的压强7.相对压强：把当地大气压作为零点计量的压强8.p’绝对压强p相对压强Pa当地大气压强9.Yh为液体自重产生压强，与水呈线性关系，沿水深的压强分布图为直角三角形10.压强分布图中各点压强方向恒垂直指向作用面，两受压面交点处的压强具有各向等值性11.z—位置高度，即计算点距计算基准面的高度，称位置水头12.p/y—压强高度测压管中水面至计算点的高度，称压强水头13.z+p/y—测压管中水面至计算点的高度，称测压管水头（单位重量液体的势能，简称单位势能）第三章水力学基础1.迹线：是单个液体质点在某一时间段内的运动轨迹线2.流线：是在某一瞬时的空间流场中，表示各质点流动方向的曲线流线上所有各点在该瞬时的厉害矢量都和该流线相切，流线不能相交和转折3.元流，总流，过水断面：充满微小流管内的液体称为元流；充满流管内的液体称为总流，总流是无数元流的总和；与元流或总流中所有流线相正交的截面称为过水断面4.流量：单位时间内通过某一过水断面的液体体积5.恒定流，非恒定流：所有水流运动要素均不随时间变化的液流称恒定流；水流任一运动要素随时间变化的液流称非恒定流6.无压流，有压流：凡过水断面的部分周线为自由表面的液流称为无压流；凡过水断面的全部周线均于固体壁面相接触的液流称为有压流7.毕托管：一种测量液体点流速的仪器8.文丘里管：测量管道中液体流量的常用仪器9.雷诺数：表征了惯性力与黏滞力的比值雷诺数Rek≈2300是一个相当稳定的数值10.层流底层：液体作紊流运动时，紧邻壁面液体层的流速很小，流速梯度很大，黏滞力处于主导地位，且质点的横向混掺受到很大约束，因此总存在有保持层流流动的薄层，称为层流底层11.紊流切应力：在紊流中的水流阻力除了粘性阻力t1外，液体质点混参和运动量交换还将产生附加的切应力t2，简称紊流的附加应力12.重力流，无压流：明渠中水流是直接依靠重力作用而产生的，称重力流；同时它具有自由表面，相对压强为零，故称为无压流13.明渠均匀流形成条件①必须是顺坡渠道i>0并在较长一段距离保持不变②必须是长而直的棱柱形渠道③渠道表面的糙率n应沿程不变④渠道中的水流应是恒定流14.水力最佳断面：矩形渠道水力最佳断面的底宽为水深的两倍即水力半径为水深的1/215.水文资料应有以下四性①可靠性②代表性③独立性④一致性16.水位观测：水位是河流最基本的水文要素12.我国统一规定用青岛验潮站的黄海平均海平面作为水准基面17.水位观测通常用水尺和自记水位计，水尺读数加水尺零点高程就是水位18.水文调查：步骤是先建立水文断面，通过洪水调查，确定各种洪水位和洪水比降，进而确定水文断面的流速和流量19.洪水调查：访问调查洪痕调查20.其他调查：其他调查主要有冰凌调查和既有涉河工程调查21.堰流和堰：在明渠流中，为控制水位或控制流量而设置构筑物，使水流溢过构筑物的流动称为堰流，该构筑物称为堰22.堰水力特性：①堰的上游水流受阻，水面壅高，势能增大;在堰顶上由于水深变小，流速变大，使动能增大，在势能转化为动能过程中，水面有下跌的现象。
水力学基础概念[整理版]
![水力学基础概念[整理版]](https://img.taocdn.com/s3/m/3bd0800bdd88d0d233d46ade.png)
水力学基础概念[整理版]目录绪论: .................................................................... .......................... 2 第一章:水静力学...................................................................... ....... 2 第二章:液体运动的流束理论 ........................................................... 3 第三章:液流形态及水头损失 ........................................................... 4 第四章:有压管中的恒定流............................................................... 5 第五章:明渠恒定均匀流 (6)第六章:明渠恒定非均匀流............................................................... 7 第七章:水跃...................................................................... .............. 8 第八章:堰流及闸空出流 (9)第九章:泄水建筑物下游的水流衔接与消能 .................................... 10 第十一章:明渠非恒定流 (11)第十二章:液体运动的流场理论...................................................... 11 第十三章:边界层理论....................................................................12 第十四章:恒定平面势流 (13)第十五章:渗流 ..................................................................... ......... 13 第十六章:河渠挟沙水流理论基础 .................................................. 14 第十七章:高速水流 ..................................................................... .. 14绪论:1 水力学定义:水力学是研究液体处于平衡状态和机械运动状态下的力学规律，并探讨利用这些规律解决工程实际问题的一门学科。
水力学课件
3.<<水力学解题指导及习题集>> (第二版) 大连工 学院高等教育出版社。
第一章 绪论
§1-2 液体的连续介质模型
一、概念的建立
流体由不连续分布的大量分子组成 10-6 mm3 空气中含有大约2.71010个分子； 10-6 mm3 水中含有大约3.31013个分子。 1、概念：液体是没有空隙的，液体质点完全充满所占的空间。 “连续介质”概念的建立，使液体中的一切物理量（压强、 速度、密度等）都可视为空间坐标和时间的连续函数〔如： p=f（x，y，z，t）〕。这样就可以利用连续函数的数学分 析方法来解决液体平衡和运动的问题。
1 p 1 p dx)dydz X dxdydz 0 (p dx)dydz ( p 2 x 2 x
整理得：
同理，在x,y方向上可得：
1 p X 0 x
第二章 水静力学
1 p 0 X x 1 p 0 Y y 1 p 0 Z z
第一章 绪论
§1-5 作用在流体上的力
按物理性质分：重力、摩擦力、惯性力、弹性力、
表面张力 按隔离体的角度分：表面力和质量力 1、表面力： 作用在隔离体表面上的力， 是接触性力。 表面力可分为： 法向力P与作用面正交的应力 切应力τ与作用面平行的应力
第一章 绪论 2、质量力： 质量力是指作用在隔离体内每个液体微团上的力， 其大小与液体的质量成正比，也称为体积力， 是非接触性的力。 如：重力、惯性力。 质量力常用单位质量力来度量。
压力改变对μν的影响不大
（液体）
学习《水力学》心得
学习《水力学》心得《水力学》是工程专业的一门重要课程，它是研究液体在流动状态下的力学规律的学科。
在学习这门课程的过程中，我从理论知识到实际应用都有了较为深入的了解。
下面是我学习《水力学》的心得和体会。
首先，在学习《水力学》的过程中，我深刻感受到了水力学在工程实践中的重要性。
无论是水利工程、水电工程还是排水工程，水力学都是其中的核心要素。
通过学习本课程，我了解到了水力学在工程设计和施工中的作用，例如在水坝的设计中，需要考虑水流的力学特性，以保证水坝的稳定性和安全性。
这让我意识到，水力学不仅是理论上的学科，更是与工程实践紧密相连的学科。
其次，学习《水力学》也让我对流体力学有了更深入的认识。
流体力学是研究流体力学性质和流体运动规律的学科，它是水力学的基础。
通过学习《水力学》，我学习到了流体力学的基本理论，包括流体静力学、流体动力学和流体流动的控制方程等。
这些理论的学习使我对流体的运动和变化有了更加清晰的认识，为后续学习和工程实践打下了坚实的基础。
另外，学习《水力学》也让我对数学和物理学的应用能力有了提高。
水力学是一门应用学科，它需要运用数学和物理学的知识解决实际问题。
在学习过程中，我需要运用微积分、偏微分方程和向量分析等数学工具，以及力学和热学等物理学知识，来分析和计算流体的力学行为和性质。
这要求我熟练掌握相关的数学和物理学知识，并能够将其灵活应用于实际问题中。
在学习《水力学》的过程中，我也深刻体会到了实验的重要性。
实验是验证理论和提高实践能力的重要手段。
水力学实验是通过建立模型和进行观测来验证理论、验证设计方案和改进设计的方法。
通过参与水力学实验，我能够更加直观地了解和感受流体的运动和变化，深化对水力学理论的理解，并提升解决实际问题的能力。
同时，在进行实验过程中，我也体会到了实验操作的重要性，如掌握仪器操作技能、注意实验安全、准确记录实验数据等。
这些实验中的细节对于提高实践能力和培养科学精神都至关重要。
水力学内容提要与习题详解.pdf
水力学内容提要与习题详解.pdf一、引言水力学是研究流体在静止和运动条件下的性质、规律、力学和应用的学科。
本文档将对水力学的一些重要内容进行提要和习题的详细解析，以帮助读者更好地理解和掌握水力学的基本原理和应用。
二、基本概念和公式2.1 流体的性质和基本概念在水力学中，流体是指液体和气体。
本节将介绍流体的性质和基本概念，包括密度、压力、体积力等。
同时，给出了相关的公式和计算方法。
2.2 流体静力学流体静力学是研究流体在静止条件下的性质和规律。
本节将介绍流体静力学的基本原理和公式，包括压力分布、压力力学定律等内容。
三、流体运动的基本原理3.1 流体的质量守恒流体的质量守恒原理是应用于流体运动的基本定律之一。
本节将介绍质量守恒原理的表达和应用，包括控制体和控制体积、质量流率等概念，以及质量守恒方程的推导和应用。
3.2 流体的动量守恒流体的动量守恒是研究流体运动时的另一个基本定律。
本节将介绍动量守恒原理的表达和应用，包括控制体力学和控制体动量、欧拉方程和伯努利方程等内容。
3.3 流体的能量守恒流体的能量守恒是研究流体运动时的重要原理之一。
本节将介绍能量守恒原理的表达和应用，包括流体的总能量和流体元的能量方程等内容。
四、习题详解本节将通过一系列习题的详细解析，帮助读者加深对水力学基本原理的理解和应用。
每个习题都将给出解题思路和步骤，以及详细的计算过程和结果。
通过习题的解析，读者将能更好地掌握水力学的应用技巧和方法。
五、总结本文档通过对水力学的内容提要和习题详解，对水力学的基本原理和应用进行了系统的介绍和解析。
通过阅读本文档，读者将能够更全面地理解水力学的重要概念和主要原理，并能够熟练运用这些知识解决实际问题。
期望本文档能对读者在学习和应用水力学方面起到积极的帮助作用。
以上是对《水力学内容提要与习题详解.pdf》的简要概述，在这份文档中，我们详细介绍了水力学的基本概念、原理和公式，并通过习题的解析帮助读者更好地掌握水力学的应用技巧和方法。
水力学
常常忽略流速水头的影响，则总水头线与测压管 水头线重合。 （3）在等直径均匀流条件下，流速沿程不变，测 压管水头线与总水头线相互平行。 （4）如果系统中有水泵，发生机械能的输入，水 头线会突然的上升，总水头线的上升幅度就是 水泵的扬程。
4.恒定流连续性方程
根据质量守恒定律可以导出没有分叉的不 可压缩液体一维恒定总流任意两个过水断面的 连续性方程有下列形式。
1.5 水头和单位势能
重力作用下静水压强基本公式可表示为：
z----位置水头；单位位能。 p/γ ----压强水头；单位压能。 z+p/γ ----测压管水头；单位势能。 z+p/γ=C ----测压管水头等于常数；静止液体内各点的单
位势能相等。
因此，水静力学基本方程也可表述为：静止液体 中各点的测压管水头是常数。该方程反映了静止液体 中的能量分布规律。
上式说明：任意两个过水断面的平均流速与过水断 面的面积成反比。
对于有分叉的恒定总流，连续性方程可以表示为：
连续性方程是一个运动学方程，它没有涉及作用力 的关系，通常应用连续方程来计算某一已知过水断面的 面积和断面平均流速或者已知流速求流量，它是水力学 中三个最基本的方程之一。
5.恒定流能量方程
5.1 恒定总流能量方程式 实际流体恒定总流的能量方程（对单位重流
式中： ——流体密度 g ——重力加速度 V ——浸没于流体中的物体体积
1.8 潜、浮物体平衡与稳定
潜体在倾斜后恢复其原来平衡位置的能力，称为潜 体的稳定性。按照重心C和浮心D在同一铅垂线上的相对 位置，有以下三种可能
1、重心C位于浮心D之下，潜体如有倾斜，重力G 与浮力F形成一个使潜体恢复原来平衡位置的转动力矩， 使潜体能恢复原位，这种情况的平衡为稳定平衡。
水力学整理版
水力学整理版第1章绪论1水力学的研究对象以水为代表的液体的均衡和机械运动的规律及其在工程中的应用领域。
包括：水静力学水动力学2液体流动的基本特征（自己整理）物质的三态（固体、液体、气体）3连续介质假定假设液体质点之间没空隙，液体质点已连续充满著所占到的空间，其物理性质和运动要素都就是已连续原产的。
水力学中认为液体是易流动、不可压缩、均匀等向的连续介质。
4国际单位制（si）和工程单位制1.量纲和单位量纲：表示物理量性质的属性。
如：长度[l]，时间[t]，质量[m]，力[f]分为基本量纲和诱导量纲两种单位：量度各种物理量数值大小的标准。
例如：长度需用mm,m,km等则表示。
αβγ任何一个物理量的量纲需用三个基本量纲的指数乘积去则表示：[x]=[ltm]5国际单位制和工程单位制的差别和换算关系差别：选好的基本量纲相同，从而诱导量纲相同国际单位制度（si）:基本量纲选[l]、[t]、[m]诱导量纲：如果长度、时间、质量的单位采用：m、s、kg,则：力的单位：kgm/s2工程单位制：基本量纲选[l]、[t]、[f]诱导量纲：如果长度、时间、力的单位采用：m、s、kgf,则：质量的单位：kgfs2/m6液体的主要物理性质1.惯性、质量和密度设液体质量为m,加速度为a，则惯性力为f=-ma液体单位体积内所具备的质量称作密度，用ρ则表示。
均质液体：ρ=m/v非均质液体：??lim?m?v?0?v2.万有引力、重量、土壤湿度物体之间相互具有的吸引力称为万有引力。
地球对物体的引力称为重力（或重量g）g=mg液体单位体积内所具有的重量称为容重，用γ表示。
均质液体：γ=g/v 非均质液体：??lim?g?v?0?v3.粘滞性和粘滞系数在运动状态时，液体质点之间或流层之间就存有相对运动，此时，液体质点之间或流层之间会抗拒相对运动而产生质点之间的内摩擦力，内摩擦力做功而消耗有效机械能。
液体的这种特性称为粘滞性。
表征液体粘滞性质的系数称为粘滞系数。
水力学和流体力学
水力学和流体力学水力学和流体力学是两个密不可分的学科，这两个学科研究的都是运动中的流体力学现象。
水力学中主要关注着液体运动以及与液体有关的各种现象，例如水体储存、供水、供电等等；而流体力学则是研究各种流体，无论是液体还是气体的流动现象，包括但不限于飞机飞行、汽车运动、建筑物建设等等。
水力学水力学是一门研究液体在静力学和动力学状态下的运动以及与此相关的诸多现象的学科。
其中，静力学主要研究液体平衡和液体的压力与快慢之间的关系；动力学则主要是研究液体的流动现象，根据欧拉方程式和伯努利方程式，并通过热力学、物理学等方面知识对液体动力学的运动进行分析。
对于液体投放、灌溉等方面的应用，以及发电、水利工程中的水文学等诸多领域，都是水力学的重要应用之一。
例如，在水利工程学中，水力学起着至关重要的作用。
水电站工程设计，不论是大型水电站还是小型间歇式水电站，都要通过水力学来分析水力发电机的转动速度和发电功率，以及河流水平的高度和流量等等，以便在设计阶段构建出最优（或最合理）的方案。
此外，在水文学中，水力学的分析也是必不可少的，因为通过这一学科所获取的河流水深、河床变化等数据可以用来对洪水灾害进行预测和控制。
流体力学流体力学是研究任意流体（不仅仅是液体，还包括空气等）在不同状态下的运动、变形和变化的学科。
其研究领域覆盖广泛，可以涉及诸如飞机飞行、汽车运动、建筑物建设、油气输送和空气净化等许多领域，其中，两个基本量的关系，即粘度和纯度，是流体力学研究的主要内容。
在航空航天中，流体力学的应用是至关重要的。
飞机的翼型设计、气动支撑、发动机等均需要结合流体力学建立数学模型进行分析，以确保飞机在不同的气流状态下保持稳定性并且在最小的阻力下飞行。
汽车制造同样离不开流体力学。
在汽车行驶过程中，空气的阻力会影响汽车行进的速度和距离，并且这个阻力是与速度成正比的。
此外，在燃油的燃烧过程中，也会产生大量的流体力学现象。
汽车制造商必须了解这些现象，以便更好地设计拥有更小的阻力和更高燃油效率的汽车。
水力学在施工中的应用
水力学在施工中的应用
水力学是关于流体运动和流体力学的研究。
它在施工中具有广泛的应用。
下面列举了一些：
1. 水力学计算：在建筑物和桥梁的设计和建造中，需要进行各种水力学计算，包括流量、压力和液位等方面的计算。
2. 水文学计算：水文学研究水文过程，是一种需要进行水力学计算的领域。
在洪水、水库、城市排水系统等方面的设计中，也需要进行水文学计算。
3. 贯流与波浪分析：在海洋工程、船舶设计和海岸防御等方面，需要进行贯流与波浪分析，以便优化设计和施工。
4. 堤岸设计：水力学也在堤岸设计中发挥着重要作用。
要在河道和海岸线上构建高效的堤岸，需要进行河道的水动力学分析。
5. 水电站设计与管理：水力学是水电站设计和管理的核心。
水力发电是一种清洁能源，水力学对于保障水电站的安全和可靠性非常重要。
总之，水力学的应用非常广泛，可以发挥在各种施工领域的重要作用。
水力学总结
水力学总结水力学，作为研究流体运动和相互作用的学科，对于我们生活中的许多方面都有着重要的影响。
本文将对水力学的基本概念、原理以及应用进行总结和探讨。
1.基本概念水力学主要研究流体的运动和相互作用规律。
流体可以包括液体和气体，而在水力学中，我们主要关注液体，特别是水的运动。
水力学研究的对象可以是液体在管道或河流中的流动，也可以是液体对固体的冲击力以及其它各种力学问题。
2.基本原理水力学研究中的一个重要原理是贯通方程。
贯通方程主要描述了液体在任何规则截面上的流量守恒关系。
根据贯通方程，我们可以计算液体在管道或河流中的流速以及流量，从而进一步研究流体的运动规律。
另一个重要的原理是伯努利方程。
伯努利方程描述了流体在沿流动方向上的能量变化关系。
通过伯努利方程，我们可以了解液体在不同位置上的流速、压力以及高度等参数之间的相互关系。
3.应用领域水力学在工程领域有着广泛的应用。
例如，我们可以通过水力学原理来设计水流发电站，利用水流的动能产生电能。
此外，水力学也可以用于城市排水系统的设计，通过合理设置管道和泵站来排除城市污水。
此外，水力学在水资源管理中也起到重要的作用。
通过研究水的流动规律，我们可以预测洪水的发生概率，从而做好防洪工作。
同时，水力学也可以帮助我们设计灌溉系统，合理利用水资源，提高农田的产量。
另外一个应用领域是航海工程。
通过研究水的流动特性，我们可以设计更加稳定的船舶结构，提高船舶在波浪中的抵抗能力。
同时，水力学也可以帮助我们设计港口和航道，确保船只的安全通行。
4.挑战与发展尽管水力学已经取得了一系列的研究成果并有着广泛的应用，但仍然面临着一些挑战。
首先，随着人类的经济和社会的发展，对水资源的需求不断增加，水力学需要更加深入地研究水的分布和供应问题，以应对水资源的短缺。
其次，水力学在环境保护方面也面临挑战。
随着环境问题的日益突出，我们需要通过水力学的研究来预测和控制水污染的扩散，改善水环境质量。
另外，随着科学技术的不断发展，水力学也需要不断更新和改进研究方法。
水力学
水力学三大假设：连续性介质、不可压缩性、理想液体（无粘性）假定作用在液体上的力：表面力、质量力牛顿内摩擦定律：静水压强：切去一部分静止液体，作用面面积为，作用力为△P，测当面积缩小到一点时，平均压强△P/△W的极限值定义为该点的静水压强特点：它的方向和作用面的内法线方向一致；任意一点上各个方向的静水压强的大小相等表示：绝对压强、相对压强、真空值等压面：液体中压强相等的各点所组成的面叫。
静力学基本方程：迹线与流线：描述液体运动方法：1、研究个别液体质点在不同时刻的运动情况2、描述同一时刻液体质点在不同空间点的运动情况运动水流方法：拉拉塑回法（质点）；欧拉法流线的特性：1、一条光滑的曲线2、在同一时刻流场中两条流线不会相交（否则质点在同一时刻有两个不同方向的速度）3、通过流场中不同一点在不同时刻所绘出的流线是不同的过水断面：与元流或总流的流线相互垂直的横断面流量：单位时间内通过某一过水断面的液体数量断面平均流速：它是一个假想的流速，假象过水断面上各个点的流速都相等于v，此时通过的流量与实际流速分布不均匀时通过的流量相等，侧流速v称为断面平均流速（非）均匀流：当流场中的所有流线(不是）是相互平行的直线是该流动称为(非)均匀流。
渐变流：当流场中的流线索然不是相互平行的直线，但几乎近似于平行的直线的流动称为渐变流。
若水流的流线之间夹角很大或流线弯曲较大——急变流水流阻力水头损失：原因：1、液体具有年粘滞性，由于液体的粘滞性以及固壁边界引起的过水断面上水流分布不均匀所导致的横向速度梯度，从而使水流存在摩擦阻力，而液体运动客服摩擦阻力所消耗一部分能量：2、固体边界的影响，由于液体粘滞性、边界条件变化以及其他原因使液流中产生漩涡，改变了水流内部结构这样水流中质点间产生相对云动，并进行势能和动能的转化，这个过程中有一部分机械能转化为热能照成机械能损失。
水头损失分类：沿程水头损失、局部水头损失明渠均匀流的水力学特性：1、过水断面个形状、尺寸及水深沿程不变，过水断面的速度的大小方向及分布不变，因此平均水流v/动能修正系数a/、动量修正系数b沿程不变2、由于流线为平行线所以过水断面上压强满足静水压强分布规律（测压管水头）3、总水头为平行于水面的直线：水深流程不变，水面线平行于底坡，所以水头坡度J/测压管水头先坡度Jp、渠底坡度i三个坡度相等。
水力学课程的教学心得9篇
水力学课程的教学心得9篇第1篇示例：水力学是土木工程专业的重要课程，也是研究水运输、水资源开发和水环境保护等领域必备的基础知识。
在教授水力学课程的过程中，我深受启发，总结了一些教学心得，希望可以与大家分享。
我认为在教学过程中，要注重为学生提供直观的案例和实例。
水力学是一个和实际生活紧密相关的学科，因此我们可以结合实际工程案例，例如水坝、水库、水电站等，让学生们更好地理解理论知识。
在课堂上播放相关视频，展示真实的工程案例，可以激发学生的学习兴趣，提高他们的学习积极性。
积极引导学生进行课外阅读和自主学习也是教学过程中的重要环节。
水力学领域的知识非常广泛，课程时间有限，无法涵盖所有内容。
我鼓励学生多读相关的专业书籍、论文和杂志，拓宽视野，深入了解水力学的最新发展动态。
我还鼓励学生积极参与相关的科研项目和实习实践，提升他们的综合能力。
我在教学过程中也经常组织学生参观实地工程项目。
现场参观可以让学生们真实感受到水力学理论知识在工程实践中的应用，加深他们对水力学的实际意义的理解。
我还会安排一些专业讲座和学术交流活动，邀请相关领域的专家学者来校交流，让学生与专业人士面对面沟通、交流，拓宽专业视野。
我认为教学过程中要不断改进教学方法和手段，引入现代化的教学技术。
结合多媒体教学，设计生动、有趣的课件，使课堂教学更加生动活泼；利用网络资源，提供学术论文、专业资料的下载，方便学生学习和研究。
我还积极鼓励学生利用网络平台，进行在线讨论和学习，提高学生的自主学习和思考能力。
水力学课程的教学心得需要我们综合运用多种教学手段，注重实践、激发学生学习兴趣，增强实践能力，引导学生积极参与课外学习和研究，提高他们的综合能力。
希望我分享的这些心得对大家有所帮助，也希望大家一起努力，为水力学教学贡献更多的经验和智慧。
第2篇示例：水力学是土木工程中重要的一门课程，其理论和应用对工程设计和施工具有重要的指导作用。
在教学过程中，我深感水力学的重要性，也积累了一些教学心得。
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第一节水力学的研究对象与任务
一、水力学的研究对象
水力学是研究液体机械运动规律及其工程应用的一门科学。
液体的种类很多，如水、石油、酒精、水银等。
由于工程实际中最为常见的液体是水，便以水作为研究液体的代表，故称水力学。
实际上，水力学的基本原理与水力计算的一般方法不仅适用于水，而且也适用于一般常见液体和可忽略压缩性影响的气体。
事实上，当气体的运动速度远比音速为小时，在运动过程中其密度的变化很小（当气体运动速度小于68m/s时，密度的变化为1%；当气体运动速度小于150m/s时，密度的变化也只有10%），当然可视为不可压缩，及可以忽略压缩性的影响。
在实际工程中，燃气的远距离输送需考虑气体的压缩性、水击现象需考虑水体的压缩性、热水采暖需考虑水的压缩性和热胀性。
除此而外，绝大多数工程问题都可以不考虑压缩性。
二、课程性质及结构体系
水力学是一门技术基础课，即专业基础课，它介乎于基础科学与工程技术之间。
它一方面根据基础科学中的普遍规律（如质量守恒、能量守恒、动量守恒等），结合水流特点，建立自己的理论基础，另一方面又密切联系工程实际，发展学科内容。
这也就是说，水力学是继《普通物理学》《理论力学》之后开设的一门专业基础课，同时，在对液体的机械运动进行理论分析与数值计算的过程中，必然离不开《高等数学》这个有力的工具。
此外，由于水力学在工程实际中的应用相当广泛，这就使水力学的基本概念、基本理论以及水力计算的基本方法和实验研究的基本技能成为学习许多专业课程（如农田水利学、水工建筑物、水利工程施工、水电站、水泵站、地下水利用等）和从事专业研究的必备基础。
而工程实际中基本和典型的水力学问题的理论分析和计算方法也就成为了本课程的重要组成部分。
三.水力学的应用
水力学在工程实际中占的有相当重要的地位，广泛用于水利工程，水力发电工程，水文水资源，农田水利，机电排灌，河道整治，给排水，环境工程等领域。
在水利工程的勘测设计，施工和运行管理等各个环节都可能遇到大量的水力学问题。
归纳起来：水利工程中经常遇到的水力学问题主要有以下几方面：
（1）建筑物（及河槽）所承受的水力荷载。
包括：静水压力、动水压力、渗透压力等，这是水工建筑物的稳定分析和结构计算必须的依据之一。
（2）建筑物（及河槽）的过水能力。
输水及泄水建筑物、河渠、管道等的断面形式及尺寸的确定，是水力学的一项基本任务。
（3）水流的流动形态。
研究和改善水流通过河渠、水工建筑物及其附近的水流形态，为合理布置建筑物，保证其正常运用提供理论依据。
（4）水流的能量消耗。
分析水流能量转换中的能量损失规律，研究充分利用水流有效能量的方式方法和高效率消除多余有害动能的消能防冲措施。
四、水力学的研究方法
水力学的发展历史表明了水力学的正确研究方法是：数理分析与实验研究相结合。
水力学理论的发展在相当程度上取决于试验观测水平，而水力学中实验观测的方法主要有以下三个方面：（1）原型观测：对工程实践中的天然水流直接进行观测。
（2）系统实验：在实验室内对人工水流现象进行系统的研究。
（3）模型试验：模拟实际工程的条件，预演或重演水流现象来进行研究。
这三个方面宜有计划地进行，可以取得相互配合，补充和验证的效果。
掌握了相当数量的试验资料之后，就可以根据机械运动的普遍原理，运用数理分析的方法，建立某一水流运动现象的系统理论，并在指导实践的过程中加以检验，进一步补充和发展。
第二节 液体的基本特性和主要物理力学性质
一、液体的基本特性
自然界物质分为气体,固体和液体.
固体的主要特性是有固定的形状,在外力作用下不易变形.
液体和气体统称为流体.其共同特性是易于流动。
液体的真实结构是：由彼此之间存在空隙并在不断进行复杂的微观运动的大量液体分子组成的聚集态。
液体分子之间存在着间隙，每个分子又在不停地热运动，由于分子在空间分布上的不连续性和热运动在时间上的随机性，致使其物理量在空间与时间上均呈现不连续变化，给研究液体的运动带来了困难。
但由于水力学研究的是液体的宏观机械运动，即研究大量液体分子的统计平均效应，因此，我们并不关心单个分子的微观运动，更何况液体分子之
间的的间隙又是如此微小（例如，1cm 3的水中大约有3.34×1022个水分子）,它与工程中所
研究的运动液体的集合尺度相比,的确小到可以忽略不计的程度。
既然如此，把液体看作是不连续的分子结构也就没有必要了。
事实上，早在1753年,欧拉就已经提出了连续介质假定，他认为：液体是由无数质点所组成，质点毫无间隙地充满所占空间，其物理性质和运动要素都是连续分布的。
连续介质假定的引入对流体力学的发展起了巨大的推动作用。
具体来讲，如果我们把液体视为连续介质的话，我们就摆脱了复杂的分子运动，而全力着眼于宏观机械运动，此时，液流中的一切物理量均可视为空间位置坐标和时间的连续函数，就可以充分地利用连续函数这一数学工具来解决液体的流动问题。
这里所讲的质点是指由大量分子组成的具有质量但无大小概念的。
为研究问题方便，在连续介质假定的基础上，一般还认为液体具有均匀等向性，即液体是均质的，各部分各个方向上的物理性质均相同。
因此，水力学中研究的液体的基本特征：易于流动 、不易压缩、均匀等向、连续介质。
二、液体的主要物理力学性质
（一）惯性
物体所固有的保持原有运动状态的性质成为惯性。
惯性的大小以质量M 来度量。
当液体受外力作用使运动状态发生变化时，由于液体的惯性所引起的抵抗外界作用的反作用力称为
惯性力，惯性力的大小：Ma F =。
单位体积内的质量称为密度ρ，其单位为kg/m 3。
对均质液体，
V M =ρ，对非均质液体，V M V ∆∆∆=lim ρ。
不同种类的液体其密度值各不相同。
同一种类的液体，其密度随温度和压强的变化而变化，但这种变化很小。
在水力学中，就把密度视为常数，采用一个标准大气压下，温度为4℃
的蒸馏水的密度作为计算值，即3kg/m 1000=ρ 。
（二）万有引力特性.
任何物体之间的引力称为万有引力。
地球对物体的引力称为重力。
重力的大小以重量来
度量G 。
单位体积内的重量称为容重γ，也称为重度或重率，其单位为N/m 3。
对均质液体，
V G =γ，对非均质液体，
V G V ∆∆∆=lim γ。
不同种类的液体其容重值各不相同。
同一种类的液体，其容重随温度和压强的变化而变化，也随纬度而略有变化，但这种变化很小，常忽略不计。
在水力学中，通常把容重也视为常数，
采用一个标准大气压下，温度为4℃的蒸馏水的容重作为计算值，即3N/m 9800=γ 。
例1：已知某液体的36m V = 33.983m kg
=ρ,求该液体的质量和容重.
解： 因为
V m
=ρ )(8.589963.983kg V m =⨯==ρ )(3.96368.93.9833m N g =⨯==ργ。