上篇水力学基础 (20学时)
上 篇 水力学基础 (20学时)
绪 水力学是一门技术科学,主要研究液体(主要是水) 的平衡和机械运动的规律及其实际应用 水力学所研究的基本规律,有两大主要组成部分 水静力学 研究液体处于静止(或相对平衡)状态时,作用于液 体上的各种力之间的关系 水动力学 研究液体处于运动状态时,作用于液体上的力与运动 要素之间的关系,以及液体的运动特性与能量转换等
绪 言 水力学是一门技术科学，主要研究液体（主要是水） 的平衡和机械运动的规律及其实际应用。 水力学所研究的基本规律，有两大主要组成部分。 • 水静力学 研究液体处于静止（或相对平衡）状态时，作用于液 体上的各种力之间的关系。 • 水动力学 研究液体处于运动状态时，作用于液体上的力与运动 要素之间的关系，以及液体的运动特性与能量转换等
绪 需要注意的问题: 水力学研究的运动不包括分子运动,是液体在外力作 用下的宏观机械运动。 ·气体和液体的主要差别是它们的可压缩程度不同,液 体的压缩性很小。但当气流速度远比音速小的时候, 气体在运动过程中密度变化很小,气体也可视为不可 压缩,此时水力学的基本原理也同样可适用于气流
绪 言 需要注意的问题: • 水力学研究的运动不包括分子运动， 是液体在外力作 用下的宏观机械运动。 • 气体和液体的主要差别是它们的可压缩程度不同，液 体的压缩性很小。但当气流速度远比音速小的时候， 气体在运动过程中密度变化很小，气体也可视为不可 压缩，此时水力学的基本原理也同样可适用于气流
主要内容 ·液体的主要物理性质 水静力学 液体运动的流束理论 ·液流型态及水头损失 眀渠恒定均匀流 ·液体运动的流场理论
主要内容 • 液体的主要物理性质 • 水静力学 • 液体运动的流束理论 • 液流型态及水头损失 • 明渠恒定均匀流 • 液体运动的流场理论
:第一章液体的主要物理性质 物体运动状态的改变都是受外力作用的结果。而任何一种力 的作用,都要通过液体自身的性质来表现。因此掌握液体的物 理特性是研究液体运动规律的基础。 、液体的主要物理性质 、惯性、质量与密度 惯性:任何物体都有保持原有运动状态的特性 惯性的大小以质量来度量,质量愈大的物体, 惯性也愈大 M 密度(p):单位体积液体所含有的质量。P 密度的量纲为M引,国际单位为km不 水力学计算中把水的密度视为常数,取p=1000kgm3
第一章 液体的主要物理性质 物体运动状态的改变都是受外力作用的结果。而任何一种力 的作用，都要通过液体自身的性质来表现。因此掌握液体的物 理特性是研究液体运动规律的基础。 一、液体的主要物理性质 1、惯性、质量与密度 惯性：任何物体都有保持原有运动状态的特性。 惯性的大小以质量来度量，质量愈大的物体， 惯性也愈大。 密度（）：单位体积液体所含有的质量。 密度的量纲为[M/L3 ]，国际单位为kg/m3。 水力学计算中把水的密度视为常数，取 = 1000 kg/m3。 V M =
、液体的主要物理性质 2、万有引力特性、重力与容重 万有引力:任何物体之间都具有相互吸引力,这种吸引力称为万有 引力。 重力:地球对物体的引力称为重力或重量。 G=Mg 容重(γ):单位体积液体所具有的重量。 容重的量纲为[F,国际单位为N/m3。 不同液体的容重不同,同一种液体的容重随温度和压强而 变化。但因水的容重随温度和压强变化很小,工程计算中视为 常数,取y=9800N/m3
一、液体的主要物理性质 2、万有引力特性、重力与容重 万有引力：任何物体之间都具有相互吸引力，这种吸引力称为万有 引力。 重力：地球对物体的引力称为重力或重量。 容重（ ）：单位体积液体所具有的重量。 容重的量纲为[F/L3 ]，国际单位为N/m3。 不同液体的容重不同，同一种液体的容重随温度和压强而 变化。但因水的容重随温度和压强变化很小，工程计算中视为 常数，取 = 9800N/m3。 G = Mg g V G = =
、液体的主要物理性质 3、粘(滞)性 粘(滞)性是流体的固有属性之一。不论是静止 流体还是运动流体都具有粘性。 流体在剪切力的作用下,将产生连续不断的变形 以抵抗外力,这就是流体粘性的表现。 当液体处在运动状态时,若液体质点之间存在相 对运动,则质点间要产生内摩擦力抵抗其相对运动。 此内摩擦力又称为粘滞力或粘性应力
一、液体的主要物理性质 3、粘（滞）性 粘（滞）性是流体的固有属性之一。不论是静止 流体还是运动流体都具有粘性。 流体在剪切力的作用下，将产生连续不断的变形 以抵抗外力，这就是流体粘性的表现。 当液体处在运动状态时，若液体质点之间存在相 对运动，则质点间要产生内摩擦力抵抗其相对运动。 此内摩擦力又称为粘滞力或粘性应力
液体的主要物理性质 下图所示为液体沿着一个固体平面壁作平行的直线运动 u+du 由于液体具有粘滞性,靠近壁面附近流速较小,远离壁面 处流速较大,因而各个不同液层的流速大小是不相同的 研究发现,作层流运动的液体,相邻液层间单位面积上所 作用的内摩擦力(或粘滞力),与流速梯度(du/dy)成正比, 同时与液体性质有关
一、液体的主要物理性质 y x u+du u O d y y 由于液体具有粘滞性，靠近壁面附近流速较小，远离壁面 处流速较大，因而各个不同液层的流速大小是不相同的。 研究发现，作层流运动的液体，相邻液层间单位面积上所 作用的内摩擦力(或粘滞力)，与流速梯度（du / dy）成正比， 同时与液体性质有关。 下图所示为液体沿着一个固体平面壁作平行的直线运动
、液体的主要物理性质 牛顿内摩擦定律(牛顿切应力公式) 其中,τ为内摩擦力(切应力),μ为动力粘滞系数,与液体性质有 关,单位为NS/m2;d/c为流速梯度。 液体的粘滞性还可用运动粘滞系数ν来表示v 单位为 m2/S。μ、随温度和压力而异,不同温度下的v查表得到。 注意:牛顿内摩擦定律只适用于牛顿流体作层流运动的情况。 般的流体(如水)都是牛顿流体,在温度不变的情况下,这 类流体的μ值不变。泥浆、血浆、油漆等不是牛顿流体
一、液体的主要物理性质 • 牛顿内摩擦定律(牛顿切应力公式) 其中， 为内摩擦力(切应力)， 为动力粘滞系数，与液体性质有 关，单位为N·S/m2； 为流速梯度。 液体的粘滞性还可用运动粘滞系数来表示 ，单位为 m2 / S。µ、随温度和压力而异，不同温度下的查表得到。 注意：牛顿内摩擦定律只适用于牛顿流体作层流运动的情况。 一般的流体（如水）都是牛顿流体，在温度不变的情况下，这 类流体的µ值不变。泥浆、血浆、油漆等不是牛顿流体。 dy du = du / dy =
、液体的主要物理性质 如图,液体作平移运动产生了剪切变形(或角变形)。 D C dudt B 可以证明,剪切变形速度dθdt=dudy,故r=n20 因此,液体的粘性可视为液体抵抗剪切变形的特性
一、液体的主要物理性质 如图，液体作平移运动产生了剪切变形（或角变形）。 可以证明，剪切变形速度d/dt = du/dy，故 因此，液体的粘性可视为液体抵抗剪切变形的特性。 D C A B D’ C ’ A’ B’ d dudt dt d =