水力学授课教案(1)

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1、教案课程名称：水力学总学时：80课时(其中实验12课时)系别：水利学院教研室：水力学水力学教案：第1讲一、章、节题目：第0章绪论0.1学科简介0.2液体的基本特征与物理力学性质0.3连续介质和理想液体的概念0.4作用于液体的力0.5水力学的研究方法二、授课目的：1.建立水力学的概念，了解其在工程上的应用。2.掌握液体的基本特性及主要物理力学性质。三、重点、难点：1.液体的基本特性及主要物理力学性质；2．液体的粘滞性，理想液体的概念。四、教法教具：常规教学方法。五、教学进程：9月16日，星期二，第一大节。六、参考文献：（1）四川大学，吴持恭

2、主编《水力学》上、下册（第三版），高等教育出版社，2003年（2）清华大学董增南，余常昭主编的《水力学》上、下册，高等教育出版社，1995年。（3）武汉大学徐正凡主编《水力学》高等教育出版社出版，1993年。（4）大连工学院水力学教研室编写的《水力学解题指导及习题集》，高等教育出版社，1984年第二版。七、教学内容：第0章绪论水与人类文明（古代：恒河、尼罗、底格利斯、幼发拉底、爱琴海、黄河、新疆。现代：中东、伊泰普、万家寨、三峡、南水北调）0.1学科简介一、水力学：研究液体（以水为主）静止与运动的力学规律，及其工程应用。（为力学分支，技术

3、科学，本专业重要的技术基础课）二、水力学的组成1、水静力学：研究液体处于静止或相对平衡状态下的力学规律。2、水动力学：研究液体宏观机械运动状态时，运动要素与力的关系、运动特性与能量转换等。3、研究问题：水力荷载、过水能力、能量损失、水面曲线、水流形态以及渗流、挟沙水流等。（举例、画示意图）三、水力学的应用：（水利、工民建、交通、化工、冶金、航运等）四、水力学与其他课程的关系：（建立在物理学、理论力学基础之上，二者的有关原理定理等也完全实用于水力学。例如：牛顿定律、运动与平衡、动能定理、动量定理等。）液体的静止与运动都是外力作用的结果，但是

4、外力的作用都要通过自身的物理性质表现出来，因此首先我们要了解液体的基本特征与物理力学性质。0.2水力学发展简史（略）0.3液体的基本特征与物理力学性质一、基本特性1、易流动性（物质有三种存在形式）固—液—气能流动、无定形。（液：内聚力小）静止时，不能承受箭切力、拉力。2、不易压缩性（分子斥力大，变形很小）△p=一个大气压，△V≯V/200003、连续介质（假定）—液体为无空隙的连续体（质点、或微团）。质点：最小研究单位。（3×1022个水分子/1cm3液体）应用：液体属性（pvTρ）——连续分布、变化，均质、各向同性。二、主要物理力学性质

5、（一）惯性与重力特性1.惯性惯性是保持原有运动状态的特性，惯性力与液体质量和速度变化有关。密度：ρ量纲[M/L3]单位：kg/m3惯性力：量纲[F]单位：N、KN(SI制)例：水ρ=1000kg/m32.重力特性重力:量纲[F]单位：N、KN(SI制)容重：γ=G/V量纲[F/L3]单位：N/m3KN/m3(SI制)常见液体的ρ～γ见表0-1、0-2(二)、粘滞性—液体运动特性1、定义：液体运动时，质点间产生的相互阻力（粘滞力或内磨擦力）的特性。或者说运动液体内部具有抵抗质点（流层）间相对运动的特性。河流中水面流速比河底流速高，上下流层速

6、度有差异，流层间存在摩擦力，这就是水流粘滞性作用的结果。2、粘滞性影响（存在的结果引起）：（1）产生液体流动速度的不均匀分布。（2）产生液体流动中的能量损失。下边观看一个通过平板边界的模拟流动（动画）粘滞性引起流速不均匀分布，可以用速度的变化率du/dy来表示，流速分布图：液体内部的粘滞力是如何计算的呢？我们可以采用牛顿内磨擦力定律求解流层粘滞切应力：τ=量纲[F/L2]单位：N/m2KN/m2式中为随液体性质不同而异的比例系数，称为动力粘滞系数，称为液体间的流速梯度。上式可表述为：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（

7、或粘滞力），与流速梯度成正比，同时与液体的性质有关。由于流速梯度实质上是代表液体微团的剪切变形速度。如图可以认为dθ≈tg(dθ)=或所以又有τ=于是牛顿内摩擦定律又可表达为：液体作层流运动时，相邻液层之间所产生的切应力与剪切变形速度成正比。所以液体的粘滞性可视为液体抵抗变形的特性。粘性大的液体μ值大，粘性小的液体值小。的国际单位制为牛顿.秒/米2（N.s/m2）。液体的粘滞性还可以用另一种形式的粘滞系数来表示，它是动力粘滞系数和液体密度的比值（=/ρ），因为不包括力的量纲而仅仅具有运动的量纲（L2/T），故称为运动粘滞系数，它的国际单位

8、为米2/秒（m2/s）。在同一种液体中或值随温度和压力而异，但随压力变化关系甚微，对温度变化较为敏感。对于水，可按下列经验公式计算ν=（0-10）式中t为水温，以°C计，ν以厘米2/秒（cm2