1、第一章 緒論1水力學(xué)水力學(xué)Hydraulics第一章 緒論2 三峽w 第一章 緒論3 三峽w 第一章 緒論4水利工程：都江堰第一章 緒論5水利工程：都江堰w 第一章 緒論 Grand Coulee DamGrand Coulee Dam第一章 緒論7Spillway 泄洪道泄洪道第一章 緒論8 w 舉例：舉例：第一章 緒論9 w 第一章 緒論101、水力學(xué)、水力學(xué) 研究液體平衡和機(jī)械運(yùn)動(dòng)規(guī)研究液體平衡和機(jī)械運(yùn)動(dòng)規(guī)律及其應(yīng)用的一門(mén)學(xué)科。律及其應(yīng)用的一門(mén)學(xué)科。2、研究對(duì)象、研究對(duì)象 液體液體靜力學(xué)、動(dòng)力學(xué)及應(yīng)用靜力學(xué)、動(dòng)力學(xué)及應(yīng)用 機(jī)械運(yùn)動(dòng)規(guī)律機(jī)械運(yùn)動(dòng)規(guī)律 流體位置隨時(shí)間的宏觀流體位置隨時(shí)間的宏觀

2、變化規(guī)律。涉及變化規(guī)律。涉及: 空間（空間（x y z） 時(shí)間時(shí)間 (t）第一章 緒論11 w 靜力學(xué)靜力學(xué)研究研究“靜止液體靜止液體”的力學(xué)，的力學(xué)，討論靜水壓強(qiáng)和總壓力的計(jì)算等。討論靜水壓強(qiáng)和總壓力的計(jì)算等。w 動(dòng)力學(xué)動(dòng)力學(xué)研究在外力作用下，液體的研究在外力作用下，液體的運(yùn)動(dòng)，也要考慮能量和損失，并求解。運(yùn)動(dòng)，也要考慮能量和損失，并求解。推導(dǎo)質(zhì)量守恒、動(dòng)量守恒、能量守恒方推導(dǎo)質(zhì)量守恒、動(dòng)量守恒、能量守恒方程并求解。程并求解。w 應(yīng)用應(yīng)用管道、渠道、孔口管嘴、堰流、管道、渠道、孔口管嘴、堰流、消消 能、地下水滲流能、地下水滲流第一章 緒論12 4. 研究方法研究方法 w 理論、實(shí)驗(yàn)及數(shù)值計(jì)算

3、理論、實(shí)驗(yàn)及數(shù)值計(jì)算5. 應(yīng)用領(lǐng)域應(yīng)用領(lǐng)域 w 航空航天、海洋船舶、水利水電、石航空航天、海洋船舶、水利水電、石油化工油化工 、環(huán)境科學(xué)與工程等、環(huán)境科學(xué)與工程等 第一章 緒論 環(huán)境水力學(xué)環(huán)境水力學(xué) 計(jì)算水力學(xué)計(jì)算水力學(xué) 水工水力學(xué)水工水力學(xué) 生態(tài)水力學(xué)生態(tài)水力學(xué) 點(diǎn)擊此處返回點(diǎn)擊此處返回第一章 緒論14環(huán)境水力學(xué) 環(huán)境水力學(xué)的任務(wù)：研究污染物質(zhì)環(huán)境水力學(xué)的任務(wù)：研究污染物質(zhì)在水體中的摻混擴(kuò)散規(guī)在水體中的摻混擴(kuò)散規(guī)基本方程基本方程 污染物質(zhì)在水體中輸運(yùn)規(guī)律的數(shù)學(xué)污染物質(zhì)在水體中輸運(yùn)規(guī)律的數(shù)學(xué)描述（即：水流運(yùn)動(dòng)和物質(zhì)輸運(yùn)基描述（即：水流運(yùn)動(dòng)和物質(zhì)輸運(yùn)基本方程）本方程）第一章 緒論15計(jì)算水力學(xué)計(jì)

4、算水力學(xué)w 采用數(shù)值模擬時(shí)，數(shù)值求解描述物理現(xiàn)象的采用數(shù)值模擬時(shí)，數(shù)值求解描述物理現(xiàn)象的控制方程控制方程-水流運(yùn)動(dòng)的質(zhì)量方程、動(dòng)量方程和水流運(yùn)動(dòng)的質(zhì)量方程、動(dòng)量方程和物質(zhì)輸運(yùn)方程。物質(zhì)輸運(yùn)方程。w 在相似的水動(dòng)力平臺(tái)上組裝不同的組塊就可在相似的水動(dòng)力平臺(tái)上組裝不同的組塊就可以解決不同的有關(guān)工程問(wèn)題以解決不同的有關(guān)工程問(wèn)題 。w 如：河流流域防洪與潰壩分析、泥沙運(yùn)動(dòng)與如：河流流域防洪與潰壩分析、泥沙運(yùn)動(dòng)與河流演變的數(shù)學(xué)模擬河流演變的數(shù)學(xué)模擬第一章 緒論16水工水力學(xué)水工水力學(xué)w 水工水力學(xué)的研究重點(diǎn)包括：水工水力學(xué)的研究重點(diǎn)包括：w 高速水流，空化空蝕，高速水流，空化空蝕， 消能防沖。消能防沖。

5、 w 隨著我國(guó)越來(lái)越多高壩的建設(shè)，高速水流引隨著我國(guó)越來(lái)越多高壩的建設(shè)，高速水流引起問(wèn)題受到了很高的重視，如泄洪洞、深孔起問(wèn)題受到了很高的重視，如泄洪洞、深孔閘門(mén)受空化空蝕作用造成的破壞。瀉水建筑閘門(mén)受空化空蝕作用造成的破壞。瀉水建筑物下游的消能防沖問(wèn)題等，這些問(wèn)題的深入物下游的消能防沖問(wèn)題等，這些問(wèn)題的深入研究與解決方案不僅對(duì)保障水利樞紐的安全研究與解決方案不僅對(duì)保障水利樞紐的安全起著決定性的作用，而且往往直接影響整體起著決定性的作用，而且往往直接影響整體工程的費(fèi)用。工程的費(fèi)用。 第一章 緒論17生態(tài)水力學(xué)生態(tài)水力學(xué)w 生態(tài)水力學(xué)生態(tài)水力學(xué) 是一門(mén)近年來(lái)出現(xiàn)的與河流、是一門(mén)近年來(lái)出現(xiàn)的與河流

6、、濕地保護(hù)和生態(tài)自我修復(fù)能力息息相關(guān)濕地保護(hù)和生態(tài)自我修復(fù)能力息息相關(guān)的綜合性學(xué)科。的綜合性學(xué)科。 w 生態(tài)水力學(xué)的研究還是新的課題，它涉生態(tài)水力學(xué)的研究還是新的課題，它涉及到物理、化學(xué)、生態(tài)等學(xué)科及到物理、化學(xué)、生態(tài)等學(xué)科 第一章 緒論18第一章 緒論19第一章第一章 緒論緒論第二章第二章 水靜力學(xué)水靜力學(xué)第三章第三章 液體一元恒定總流基本原理液體一元恒定總流基本原理第四章第四章 液流型態(tài)及水頭損失液流型態(tài)及水頭損失第六章第六章 有壓管中的恒定流有壓管中的恒定流第七章第七章 明渠恒定均勻流水躍明渠恒定均勻流水躍第八章第八章 明渠水流的兩種流態(tài)及其轉(zhuǎn)換明渠水流的兩種流態(tài)及其轉(zhuǎn)換第九章第九章 明

7、渠恒定非均勻流明渠恒定非均勻流 第一章 緒論20第十章第十章 堰流及閘孔出流堰流及閘孔出流 第十一章第十一章 泄水建筑物下游的水流銜接與消能泄水建筑物下游的水流銜接與消能第五章第五章 液體三元流動(dòng)基本原理液體三元流動(dòng)基本原理第十二章第十二章 滲流滲流第十三章第十三章 有壓管中的非恒定流有壓管中的非恒定流第十四章第十四章 相似原理相似原理第一章 緒論21 w 連續(xù)介質(zhì)模型連續(xù)介質(zhì)模型: 將液體視作由無(wú)數(shù)液體質(zhì)點(diǎn)所將液體視作由無(wú)數(shù)液體質(zhì)點(diǎn)所組成，并沒(méi)有空隙地連續(xù)地充滿所在的流動(dòng)組成，并沒(méi)有空隙地連續(xù)地充滿所在的流動(dòng)空間空間液體質(zhì)點(diǎn)液體質(zhì)點(diǎn)液體分子液體分子a第一章 緒論22液體質(zhì)點(diǎn)：含有大量分子、能

8、保持宏觀特性液體質(zhì)點(diǎn)：含有大量分子、能保持宏觀特性體體積極限為零積極限為零的液體微團(tuán)的液體微團(tuán) 液體質(zhì)點(diǎn)的特點(diǎn)：液體質(zhì)點(diǎn)的特點(diǎn)：宏觀小，微觀大宏觀小，微觀大連續(xù)介質(zhì)模型假定：可行性、必要性和連續(xù)介質(zhì)模型假定：可行性、必要性和局限性局限性在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下， 水：水：331022個(gè)分子個(gè)分子/cm3w 氣體：氣體：2.71019個(gè)分子個(gè)分子/cm3 ; 第一章 緒論23w 1、質(zhì)量和密度、質(zhì)量和密度 液體具有保持原來(lái)運(yùn)動(dòng)和靜止?fàn)顟B(tài)的特性液體具有保持原來(lái)運(yùn)動(dòng)和靜止?fàn)顟B(tài)的特性慣性慣性 (Inertia)。 質(zhì)量是慣性的度量。質(zhì)量是慣性的度量。 單位體積液體所具有的質(zhì)量稱為單位體積液體所具有的

9、質(zhì)量稱為密度密度 (Density)*0limVmV 第一章 緒論24w 2、壓縮性與彈性、壓縮性與彈性 液體不能承受拉力，只能承受壓力。液體不能承受拉力，只能承受壓力。液體受壓后體積減小的性質(zhì)稱為液體受壓后體積減小的性質(zhì)稱為液體的壓縮性液體的壓縮性(compressibility) ；除去壓力后液體體積能夠恢復(fù)原狀的性質(zhì)稱為除去壓力后液體體積能夠恢復(fù)原狀的性質(zhì)稱為液體的彈性液體的彈性(elasticity) 。第一章 緒論25 體積壓縮系數(shù)體積壓縮系數(shù) 表征液體的表征液體的壓縮性壓縮性w 流體體積流體體積 的相對(duì)壓縮值與壓強(qiáng)增量之比的相對(duì)壓縮值與壓強(qiáng)增量之比的單位是的單位是 m2/N體積彈性

10、系數(shù)體積彈性系數(shù)K：K=1/ K的單位是的單位是 N/m2d/dV Vp 第一章 緒論26 液體的壓縮性很小，即每增加一個(gè)液體的壓縮性很小，即每增加一個(gè)大氣壓，水的體積比原體積縮小約二萬(wàn)大氣壓，水的體積比原體積縮小約二萬(wàn)分之一，因此，在一般情況下，可以將分之一，因此，在一般情況下，可以將水作為不可壓縮液體來(lái)處理，如水擊問(wèn)水作為不可壓縮液體來(lái)處理，如水擊問(wèn)題，必須考慮液體的壓縮性和彈性。題，必須考慮液體的壓縮性和彈性。第一章 緒論27 w3、流動(dòng)性、流動(dòng)性w靜止流體在切應(yīng)力作用下，發(fā)生連續(xù)變形靜止流體在切應(yīng)力作用下，發(fā)生連續(xù)變形的特性稱為流動(dòng)性。的特性稱為流動(dòng)性。 4、粘性、粘性（1）粘性 運(yùn)動(dòng)

11、流體具有抵抗剪切變形的特運(yùn)動(dòng)流體具有抵抗剪切變形的特性稱為粘性性稱為粘性 流體的粘滯性表現(xiàn)為內(nèi)摩擦力，來(lái)抗拒流之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng).第一章 緒論28 （2 2）. .牛頓內(nèi)摩擦定律牛頓內(nèi)摩擦定律 牛頓牛頓 (I.Newton)(I.Newton)依據(jù)實(shí)驗(yàn)提出內(nèi)摩依據(jù)實(shí)驗(yàn)提出內(nèi)摩擦定律擦定律( (見(jiàn)圖見(jiàn)圖1-1)1-1)，第一章 緒論29 yx 為作用于外法線為y方向的平面上、 沿x方向的切應(yīng)力； d du/ /d dy 為速度梯度，也稱角變形率； 為動(dòng)力粘度，單位為 Pas。yuyxdd牛頓內(nèi)摩擦定律的表達(dá)式牛頓內(nèi)摩擦定律的表達(dá)式式中：式中：ddyxuTAAy第一章 緒論30 （3 3）動(dòng)力粘度動(dòng)力

12、粘度 是流體的主要物理性質(zhì)之一，與流是流體的主要物理性質(zhì)之一，與流體所處的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無(wú)關(guān)。體所處的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無(wú)關(guān)。 是溫度是溫度T和壓強(qiáng)和壓強(qiáng) p的函數(shù)的函數(shù)，一般情一般情況下，況下， p 的影響很小，主要與溫度的影響很小，主要與溫度T有有關(guān)關(guān)。 實(shí)驗(yàn)表明實(shí)驗(yàn)表明： 液體液體值隨溫度值隨溫度T升高而減??；升高而減??；(分子間引力分子間引力) 氣體氣體值隨溫度值隨溫度T升高而增大。升高而增大。(碰撞）碰撞）第一章 緒論31 w 第一章 緒論32 將動(dòng)力粘度與密度之比定義為運(yùn)動(dòng)粘度 ，單位為 m2s。（4 4） 運(yùn)動(dòng)粘度運(yùn)動(dòng)粘度第一章 緒論33 w (5) d(5) du/u/d dy y 為速度梯度

13、，也稱角變形率第一章 緒論34 （6 6）、牛頓液體和非牛頓液體 A 牛頓流體牛頓流體 水、空氣、水銀等水、空氣、水銀等w B 賓厄姆塑性體賓厄姆塑性體 凝膠、牙膏等凝膠、牙膏等w C 擬塑性體擬塑性體 紙漿泥漿、高分子溶液紙漿泥漿、高分子溶液w D 膨脹流體膨脹流體 油漆、乳化液、油墨油漆、乳化液、油墨 mdydu)(01,00m1, 00m1, 00m1, 00m第一章 緒論35 牛頓液體與非牛頓液體 均質(zhì)液體與非均質(zhì)液體 可壓縮液體與不可壓縮液體 粘性液體與非粘性液體 （實(shí)際液體與理想液體） (7)(7)液體的分類液體的分類第一章 緒論36(8)(8)應(yīng)力的標(biāo)注應(yīng)力的標(biāo)注第一章 緒論37

14、(8)(8)應(yīng)力的標(biāo)注應(yīng)力的標(biāo)注第一章 緒論38w5 5、表面張力、表面張力第一章 緒論39w 5、表面張力、表面張力液體表面仿佛是一張拉緊的彈性膜。液體表面仿佛是一張拉緊的彈性膜。這種這種存在于液體表面上的拉力稱為液體的存在于液體表面上的拉力稱為液體的表面張力表面張力(surface tension)。表面張力系數(shù)表面張力系數(shù) （液體表面單位長(zhǎng)度承受液體表面單位長(zhǎng)度承受的拉力）的拉力）第一章 緒論40 w yuyxdd30.210.8ddhh第一章 緒論41w 流體中的作用力流體中的作用力 質(zhì)量力和表面力質(zhì)量力和表面力1、質(zhì)量力質(zhì)量力 (mass force)是作用于液體的每是作用于液體的每一個(gè)質(zhì)點(diǎn)