第一章緒論主講老師：?水力學(xué)第一章緒論主講老師：?水力學(xué)第1章緒論第2章水靜力學(xué)第3章液體運(yùn)動學(xué)第4章水動力學(xué)基礎(chǔ)第5章流動阻力和水頭損失第6章量綱分析與相似原理第7章孔口、管嘴出流和有壓管流第8章明渠均勻流第9章明渠非均勻流第10章堰流及閘孔出流第11章滲流第一章緒論第1章緒論第一章緒論本次課堂主要內(nèi)容：液體的主要物理性質(zhì)連續(xù)介質(zhì)的假說作用于液體上的力水力學(xué)的任務(wù)實(shí)際工程中的水力學(xué)問題第一章緒論本次課堂主要內(nèi)容：液體的主要物理性質(zhì)連續(xù)介質(zhì)的假說作用于液紅石嘴取水樞紐第一章緒論紅石嘴取水樞紐第一章緒論

第一章-水力學(xué)緒論課件某污水處理廠某污水處理廠1.1水力學(xué)的任務(wù)及其發(fā)展概況（1）、水力學(xué)的任務(wù)水力學(xué)的主要任務(wù)是研究液體（主要是水）的平衡和機(jī)械運(yùn)動規(guī)律及其實(shí)際應(yīng)用。第一章緒論現(xiàn)代水力學(xué)已被廣泛地應(yīng)用于水利、給排水、土建、環(huán)境、交通、機(jī)械、化工、采礦、冶金等各個(gè)工程領(lǐng)域，為工程設(shè)計(jì)和運(yùn)行管理提供科學(xué)依據(jù)。市政工程如橋涵孔徑設(shè)計(jì)、給水排水、管網(wǎng)計(jì)算、泵站和水塔的設(shè)計(jì)、隧洞通風(fēng)等，特別是給水排水工程中，無論取水、水處理、輸配水都是在水流動過程中實(shí)現(xiàn)的。流體力學(xué)理論是給水排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)和運(yùn)行控制的理論基礎(chǔ)。城市防洪工程如堤、壩的作用力與滲流問題、防洪閘壩的過流能力等。1.1水力學(xué)的任務(wù)及其發(fā)展概況（1）、水力學(xué)的任務(wù)水力學(xué)水利工程建筑水力發(fā)電農(nóng)田水利機(jī)電排灌港口工程河道整治給排水水資源環(huán)境保護(hù)冶金土木化工石油機(jī)械采礦水力學(xué)的應(yīng)用第一章緒論水力學(xué)水利工程建筑水力發(fā)電農(nóng)田水利機(jī)電排灌港口工程河道整治給Archimedes(285-212BC)Parallelogram（平行四邊形）lawforadditionofvectorsLawofbuoyancy（浮力）第一章緒論（2）、水力學(xué)發(fā)展概況Archimedes(285-212BC)ParallelLeonardodaVinci（達(dá)芬奇）

(1452-1519)一維恒定流動連續(xù)性方程紊流（Turbulence）第一章緒論LeonardodaVinci（達(dá)芬奇）

(1452-1IsaacNewton(1642-1727)LawsofmotionLawsofviscosityofNewtonianfluid第一章緒論IsaacNewton(1642-1727)Lawsof19thcenturyNavier(1785-1836)

&Stokes(1819-1905)N-SequationviscousflowsolutionReynolds(1842-1912)

發(fā)現(xiàn)紊流（Turbulence）提出雷諾數(shù)（ReynoldsNumber）第一章緒論19thcenturyNavier(1785-1836)20thcenturyLudwigPrandtl

(1875-1953)Boundarytheory(1904)ThefatherofmodernfluidmechanicsVonkarman(1881-1963)I.Taylor(1886-1975)現(xiàn)代流體力學(xué)理論的奠基者第一章緒論20thcenturyLudwigPrandtl(18在我國，水利事業(yè)的歷史十分悠久:4000多年前的“大禹治水”的故事——順?biāo)?，治水須引?dǎo)和疏通。秦朝在公元前256—公元前210年修建了我國歷史上的三大水利工程（都江堰、鄭國渠、靈渠）——明渠水流、堰流。古代的計(jì)時(shí)工具“銅壺滴漏”——孔口出流。

清朝雍正年間，何夢瑤在《算迪》一書中提出流量等于過水?dāng)嗝婷娣e乘以斷面平均流速的計(jì)算方法。隋朝（公元587—610年）完成的南北大運(yùn)河。隋朝工匠李春在冀中洨河修建（公元605—617年）的趙州石拱橋——拱背的4個(gè)小拱，既減壓主拱的負(fù)載，又可宣泄洪水。

第一章緒論在我國，水利事業(yè)的歷史十分悠久:4000多年前的“大禹治水1.2液體的連續(xù)介質(zhì)模型

連續(xù)性假定是指宏觀上可以把液體看成是由無數(shù)個(gè)質(zhì)點(diǎn)組成的稠密無隙的連續(xù)介質(zhì)。第一章緒論在水力學(xué)中，質(zhì)點(diǎn)是組成液體的最小基本元素，且質(zhì)點(diǎn)間不存在間隙。亦即液體質(zhì)點(diǎn)在宏觀上可視為只有質(zhì)量而無體積的“點(diǎn)”，而且充滿其所占有的空間，因此，每個(gè)質(zhì)點(diǎn)在其運(yùn)動空間就唯一地占據(jù)一個(gè)空間點(diǎn)，反之亦然。1.2液體的連續(xù)介質(zhì)模型連續(xù)性假定是指宏觀上可以把1.3作用在液體上的力1.3.1表面力定義表面力是作用于液體的表面上的力，是相鄰液體或其他物體作用的結(jié)果，通過相互接觸面?zhèn)鬟f。

表面力按作用方向可分為：

壓力：

垂直于作用面。

切力：

平行于作用面第一章緒論1.3作用在液體上的力1.3.1表面力定義應(yīng)力：單位面積上的表面力，單位：或；

壓強(qiáng)：單位面積上的壓力；

切應(yīng)力：單位面積上的切力1.3.2質(zhì)量力

質(zhì)量力是作用在液體每一個(gè)質(zhì)點(diǎn)上的力，其大小與液體的質(zhì)量成正比。

則單位質(zhì)量力為當(dāng)液體是均質(zhì)的，其質(zhì)量為總質(zhì)量力為F第一章緒論應(yīng)力：單位面積上的表面力，單位：或當(dāng)總質(zhì)量力在坐標(biāo)上的投影分別為,，，則單位質(zhì)量力在相應(yīng)坐標(biāo)的投影為，，，即，與加速度的單位相同。單位質(zhì)量力的單位為第一章緒論當(dāng)總質(zhì)量力在坐標(biāo)上的投影分別為,，液體的密度:單位體積液體所含有的質(zhì)量，用表示表示。1.4液體的主要物理性質(zhì)

1.4.1液體的密度為液體中取包含點(diǎn)的微元體積非均質(zhì)液體的密度為式中——液體的密度——液體的質(zhì)量——液體的體積

均質(zhì)液體的密度為國際單位:一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，溫度為4℃，水密度為第一章緒論液體的密度:單位體積液體所含有的質(zhì)量，用表示表示。1.4.2粘性和理想液體1.粘性的概念及內(nèi)摩擦力產(chǎn)生的原因

粘滯性:由分子間的相互吸引力和分子不規(guī)則運(yùn)動的動量交換產(chǎn)生的。(1)兩層液體之間的粘性力主要由分子內(nèi)聚力形成(2)兩層氣體之間的粘性力主要由分子動量交換形成液體和氣體的黏性隨溫度的變化不同溫度分子間距

分子吸引力

內(nèi)摩擦力

粘度溫度

分子熱運(yùn)動

動量交換內(nèi)摩擦力

粘度第一章緒論1.4.2粘性和理想液體1.粘性的概念及內(nèi)摩擦力產(chǎn)生的流體的粘性是流體在運(yùn)動過程中產(chǎn)生機(jī)械能損失的根源，是流體所固有的一個(gè)非常重要的性質(zhì)。2.牛頓內(nèi)摩擦定律和粘性的表示方法

設(shè)下板固定不動，上板以勻速向右運(yùn)動。液體的內(nèi)摩擦力產(chǎn)生在我們設(shè)想的這種有相對運(yùn)動的薄層之間。當(dāng)或不是太大時(shí)，實(shí)際測得液體的速度為線性分布。結(jié)論：第一章緒論流體的粘性是流體在運(yùn)動過程中產(chǎn)生機(jī)械能損失的根源，是流體所固牛頓內(nèi)摩擦定律：與垂直于流動方向的速度梯度du/dy成正比與流層的接觸面積A成正比與流體的種類有關(guān)與接觸面上壓強(qiáng)P無關(guān)內(nèi)摩擦力F任意速度分布的層狀流動第一章緒論牛頓內(nèi)摩擦定律：與垂直于流動方向的速度梯度du/dy成正比與牛頓內(nèi)摩擦定律反映流體粘滯性大小的系數(shù)ν——運(yùn)動粘性系數(shù)，m2/s

——動力黏性系數(shù)，Pa·s切應(yīng)力第一章緒論在理論分析和工程計(jì)算中

牛頓內(nèi)摩擦定律反映流體粘滯性大小的系數(shù)ν——運(yùn)動粘性系數(shù)，速度梯度=直角變形速度第一章緒論流動性無限變形用直角變形速度來描述剪切變形的快慢。

速度梯度，表示速度沿垂直于速度方向y的變化率。速度梯度=直角變形速度第一章緒論流動性無限變形1.4.3液體的壓縮性和熱脹性壓縮性：壓強(qiáng)增高時(shí)，分子間的距離減小，液體宏觀體積減小，密度增加，除去外力后能恢復(fù)原狀的性質(zhì)。式中的負(fù)號表示壓強(qiáng)增大體積縮小

體積壓縮系數(shù)當(dāng)溫度保持不變，單位壓強(qiáng)增量引起的體積變化率

單位：第一章緒論1.4.3液體的壓縮性和熱脹性壓縮性：壓強(qiáng)增高時(shí)，分子間熱脹性：溫度升高，液體宏觀體積增大，密度減小，溫度下降后能恢復(fù)原狀的性質(zhì)。

工程上常用體積模量衡量流體壓縮性壓縮系數(shù)的倒數(shù)體積彈性模量：第一章緒論一般工程設(shè)計(jì)中，水的體積彈性系數(shù)可近似地取為

熱脹性：溫度升高，液體宏觀體積增大，密度減小，溫度下降液體表面薄層內(nèi)能夠承受微小拉力的特性，存在于液體表面或兩種不相混合的液體的交界面。由于表面張力的作用，管內(nèi)的液體表面會高于或低于管外的液面，稱為毛細(xì)管現(xiàn)象表面張力系數(shù)σ——液面上單位長度所受的拉力，單位N/m。1.4.4表面張力特性第一章緒論液體表面薄層內(nèi)能夠承受微小拉力的特性，存在于液體表面1.4.5汽化壓強(qiáng)液體的慣性、重力特性和粘滯性對液體運(yùn)動有重要的影響，而液體的可壓縮性、表面張力和汽化壓強(qiáng)只有在特殊問題中才需要考慮，請注意區(qū)分。第一章緒論實(shí)際應(yīng)用中的空化現(xiàn)象與液體的汽化壓強(qiáng)有關(guān)，需要注意。汽化壓強(qiáng)是指液體汽化和凝結(jié)達(dá)到