第一章 水力学绪论(完整版)ppt课件
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
lim M
式中 ——液体的密度
M
——液体的质量
V0 V
V ——液体的体积
V 为液体中取包含Ax,y,z点的微元体积
一个标准大气压下，温度为4℃，水密度为 10K 00 g m3
第一章 绪论
1.4.2 粘性和理想液体 1. 粘性的概念及内摩擦力产生的原因
粘滞性:由分子间的相互吸引力和分子不规则运动 的动量交换产生的。
第一章 绪论
在我国，水利事业的历史十分悠久:
➢4000多年前的 “大禹治水”的故事——顺水之性，治 水须引导和疏通。 ➢秦朝在公元前256—公元前210年修建了我国历史上的三 大水利工程（都江堰、郑国渠、灵渠）——明渠水流、堰 流。 ➢古代的计时工具“铜壶滴漏”——孔口出流。
➢清朝雍正年间，何梦瑶在《算迪》一书中提出流量等 于过水断面面积乘以断面平均流速的计算方法。
fx
FX m
fy fz
Fy
m Fz m
即 ffxifyjfzk
单位质量力的单位为 m s2，与加速度的单位相同。
第一章 绪论
1.4 液体的主要物理性质
1.4.1 液体的密度
液体的密度:单位体积液体所含有的质量，用表示 表示。
均质液体的密度为 m V
国际单位: Kg m3
非均质液体的密度为
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）
➢隋朝（公元587—610年）完成的南北大运河。
➢隋朝工匠李春在冀中洨河修建（公元605—617年）的赵州 石拱桥——拱背的4个小拱，既减压主拱的负载，又可宣泄 洪水。
第一章 绪论
1.2 液体的连续介质模型
连续性假定是指宏观上可以把液体看成是由无数个质点 组成的稠密无隙的连续介质。
在水力学中，质点是组成液体的最小基本元素，且质点 间不存在间隙。亦即液体质点在宏观上可视为只有质量而无 体积的“点”，而且充满其所占有的空间，因此，每个质点 在其运动空间就唯一地占据一个空间点，反之亦然。
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
第一章 绪论
应力： 单位面积上的表面力，单位：N m2 或 Pa； 压强：单位面积上的压力；
市政工程 如桥涵孔径设计、给水排水、管网计算、 泵站和水塔的 设计、隧洞通风等，特别是给水排水工程中，无论取水、水处理、 输配水都是在水流动过程中实现的。流体力学理论是给水排水系统 设计和运行控制的理论基础。 城市防洪工程 如堤、坝的作用力与渗流问题、防洪闸坝的过流能 力等。
第一章 绪论
水力学的应用
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
第一章 绪论
本次课堂主要内容：
✓水力学的任务 ✓实际工程中的水力学问题 ✓连续介质的假说 ✓液体的主要物理性质 ✓作用于液体上的力
液体和气体的黏性随温度的变化不同
(1)两层液体之间的粘性力主要由分子内聚力形成 温度 分子间距 分子吸引力 内摩擦力 粘度
(2)两层气体之间的粘性力主要由分子动量交换形成 温度 分子热运动 动量交换 内摩擦力 粘度
第一章 绪论
流体的粘性是流体在运动过程中产生机械能损失的根源， 是流体所固有的一个非常重要的性质。
切应力：单位面积上的切力
1.3.2 质量力 质量力是作用在液体每一个质点上的力，其大小与
液体的质量成正比。
当液体是均质的，其质量为 m总质量力为F
则单位质量力为 f F m
第一章 绪论
当总质量力在坐标上的投影分别为 FX , F y ，F z，
则单位质量力在相应坐标的投影为 f x，f y ，f z ，
第一章 绪论
Leonardo da Vinci（达芬奇） (1452-1519)
➢ 一维恒定流动连续性方程 ➢ 紊流（Turbulence）
第一章 绪论
Isaac Newton(1642-1727)
➢ Laws of motion ➢ Laws of viscosity of
Newtonian fluid
采矿 水力发电
水利工程建筑
农田水利
机电排灌
给排水 冶金 土木
水力学
港口工程 水资源
河道整治
环境保护 化工 石油 机械
第一章 绪论
（2）、水力学发展概况
Archimedes(2பைடு நூலகம்5-212 BC)
Parallelogram（平行四边形） law for addition of vectors
Law of buoyancy（浮力）
2. 牛顿内摩擦定律和粘性的表示方法 设下板固定不动，上板以匀速 u向右运动。
结论：
➢当 h或 不u是太大时，实际
测得液体的速度为线性分布。
➢ 液体的内摩擦力产生在我们设想的这种有相对 运动的薄层之间。
第一章 绪论
牛顿内摩擦定律：
与垂直于流动方向的速度梯度du/dy成正比
第一章 绪论
20th century
Ludwig Prandtl (1875-1953) Boundary theory(1904)
The father of modern fluid mechanics
Vonkarman (1881-1963)
I.Taylor (1886-1975)
现代流体力学 理论的奠基者
第一章 绪论
•红石嘴取水枢纽
某污水处理厂
第一章 绪论
1.1 水力学的任务及其发展概况
（1）、水力学的任务
水力学的主要任务是研究液体（主要是水）的平衡 和机械运动规律及其实际应用。
现代水力学已被广泛地应用于水利、给排水、土 建、环境、交通、机械、化工、采矿、冶金等各个 工程领域，为工程设计和运行管理提供科学依据。
式中 ——液体的密度
M
——液体的质量
V0 V
V ——液体的体积
V 为液体中取包含Ax,y,z点的微元体积
一个标准大气压下，温度为4℃，水密度为 10K 00 g m3
第一章 绪论
1.4.2 粘性和理想液体 1. 粘性的概念及内摩擦力产生的原因
粘滞性:由分子间的相互吸引力和分子不规则运动 的动量交换产生的。
第一章 绪论
在我国，水利事业的历史十分悠久:
➢4000多年前的 “大禹治水”的故事——顺水之性，治 水须引导和疏通。 ➢秦朝在公元前256—公元前210年修建了我国历史上的三 大水利工程（都江堰、郑国渠、灵渠）——明渠水流、堰 流。 ➢古代的计时工具“铜壶滴漏”——孔口出流。
➢清朝雍正年间，何梦瑶在《算迪》一书中提出流量等 于过水断面面积乘以断面平均流速的计算方法。
fx
FX m
fy fz
Fy
m Fz m
即 ffxifyjfzk
单位质量力的单位为 m s2，与加速度的单位相同。
第一章 绪论
1.4 液体的主要物理性质
1.4.1 液体的密度
液体的密度:单位体积液体所含有的质量，用表示 表示。
均质液体的密度为 m V
国际单位: Kg m3
非均质液体的密度为
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）
➢隋朝（公元587—610年）完成的南北大运河。
➢隋朝工匠李春在冀中洨河修建（公元605—617年）的赵州 石拱桥——拱背的4个小拱，既减压主拱的负载，又可宣泄 洪水。
第一章 绪论
1.2 液体的连续介质模型
连续性假定是指宏观上可以把液体看成是由无数个质点 组成的稠密无隙的连续介质。
在水力学中，质点是组成液体的最小基本元素，且质点 间不存在间隙。亦即液体质点在宏观上可视为只有质量而无 体积的“点”，而且充满其所占有的空间，因此，每个质点 在其运动空间就唯一地占据一个空间点，反之亦然。
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
第一章 绪论
应力： 单位面积上的表面力，单位：N m2 或 Pa； 压强：单位面积上的压力；
市政工程 如桥涵孔径设计、给水排水、管网计算、 泵站和水塔的 设计、隧洞通风等，特别是给水排水工程中，无论取水、水处理、 输配水都是在水流动过程中实现的。流体力学理论是给水排水系统 设计和运行控制的理论基础。 城市防洪工程 如堤、坝的作用力与渗流问题、防洪闸坝的过流能 力等。
第一章 绪论
水力学的应用
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
第一章 绪论
本次课堂主要内容：
✓水力学的任务 ✓实际工程中的水力学问题 ✓连续介质的假说 ✓液体的主要物理性质 ✓作用于液体上的力
液体和气体的黏性随温度的变化不同
(1)两层液体之间的粘性力主要由分子内聚力形成 温度 分子间距 分子吸引力 内摩擦力 粘度
(2)两层气体之间的粘性力主要由分子动量交换形成 温度 分子热运动 动量交换 内摩擦力 粘度
第一章 绪论
流体的粘性是流体在运动过程中产生机械能损失的根源， 是流体所固有的一个非常重要的性质。
切应力：单位面积上的切力
1.3.2 质量力 质量力是作用在液体每一个质点上的力，其大小与
液体的质量成正比。
当液体是均质的，其质量为 m总质量力为F
则单位质量力为 f F m
第一章 绪论
当总质量力在坐标上的投影分别为 FX , F y ，F z，
则单位质量力在相应坐标的投影为 f x，f y ，f z ，
第一章 绪论
Leonardo da Vinci（达芬奇） (1452-1519)
➢ 一维恒定流动连续性方程 ➢ 紊流（Turbulence）
第一章 绪论
Isaac Newton(1642-1727)
➢ Laws of motion ➢ Laws of viscosity of
Newtonian fluid
采矿 水力发电
水利工程建筑
农田水利
机电排灌
给排水 冶金 土木
水力学
港口工程 水资源
河道整治
环境保护 化工 石油 机械
第一章 绪论
（2）、水力学发展概况
Archimedes(2பைடு நூலகம்5-212 BC)
Parallelogram（平行四边形） law for addition of vectors
Law of buoyancy（浮力）
2. 牛顿内摩擦定律和粘性的表示方法 设下板固定不动，上板以匀速 u向右运动。
结论：
➢当 h或 不u是太大时，实际
测得液体的速度为线性分布。
➢ 液体的内摩擦力产生在我们设想的这种有相对 运动的薄层之间。
第一章 绪论
牛顿内摩擦定律：
与垂直于流动方向的速度梯度du/dy成正比
第一章 绪论
20th century
Ludwig Prandtl (1875-1953) Boundary theory(1904)
The father of modern fluid mechanics
Vonkarman (1881-1963)
I.Taylor (1886-1975)
现代流体力学 理论的奠基者
第一章 绪论
•红石嘴取水枢纽
某污水处理厂
第一章 绪论
1.1 水力学的任务及其发展概况
（1）、水力学的任务
水力学的主要任务是研究液体（主要是水）的平衡 和机械运动规律及其实际应用。
现代水力学已被广泛地应用于水利、给排水、土 建、环境、交通、机械、化工、采矿、冶金等各个 工程领域，为工程设计和运行管理提供科学依据。