《水力学第一章》PPT课件

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1、第一章液体的主要物理性质及作用力主要内容：§1-5作用在液体上的力§1-4连续介质及理想液体的概念§1-6水力学的研究方法§1-1水力学的任务与研究对象§1-3液体的主要物理性质§1-2量纲和单位1.1水力学的任务与研究对象水力学是一门技术科学，是力学的一个分支，是水利类专业的一门重要的技术基础课。研究水和其他液体在外力作用下的平衡与运动规律及其在实际工程中的应用。任务实际工程中的水力学问题水工建筑物的渗流问题水对水工建筑物的作用力问题河道水面曲线问题水工建筑物下游的消能问题水工建筑物的过水能力问题泄流量与闸孔开度、上游水头和下

2、游水深之间的关系1.2量纲和单位1.2.1量纲量纲表示物理量的性质和类别。基本物理量导出物理量在国际单位制（SI）中，水力学用到的基本物理量有长度、质量、时间，相应量纲分别为L、M、T。任何一个导出物理量的量纲可以表示为基本物理量量纲的指数乘积形式理论量纲系统（LMT）以长度、质量、时间作为基本物理量所表示的量纲实用量纲系统（LFT）以长度、力、时间作为基本物理量所表示的量纲单位是量度物理量的基准1.2.2单位LMT量纲系统中的单位制称为绝对单位制某物理量与该物理量的单位量的比值称为该物理量的大小。国际单位制（SI）CGS单位制

3、长度、质量、时间的单位分别为m（米）、kg（千克）、s（秒），力的单位为N（牛顿），1N=1kg·m/s2长度、质量、时间的单位分别为cm（厘米）、g（克）、s（秒），力的单位为dyn（达因），1dyn=1g·cm/s2力的单位为kgf（千克力）1kgf=1kg×9.8m/s2=9.8N1N=0.102kgf国际单位制CGS单位制工程单位制1.3液体的主要物理性质惯性与万有引力特性压缩性液体的汽化压强粘性表面张力1.3.1惯性与万有引力特性物体所具有保持运动速度和方向不变或在特殊情况下保持静止状态的性质，其大小由物体的质量来量度

4、。物体抵抗改变其静止或匀速直线运动状态的一种反作用力。质量为m的物体在地球上受到的万有引力称为重力。惯性惯性力重力密度密度的量纲为[M/L3]，单位为kg/m3对于均质液体，单位体积液体的质量称为质量密度，简称密度，用ρ表示。质量密度单位体积液体具有的重量，简称为重度或容重，用γ表示，量纲为[M/L2T2]，单位为N/m3。对于均质液体，重量密度液体的重量与它同体积的4℃水的重量之比称为相对密度，也称为比重，用s表示，无量纲，无单位相对密度液体的密度随温度和压强而变化，这种变化很小，水力计算中常把水的密度视为常数。密度的性质一个

5、标准大气压、温度为4℃蒸馏水的密度，在国际单位制中，取ρw=1000kg/m3γw=9.8kN/m3sw=1。1.3.2粘性粘滞性当液体处在运动状态时，若液体质点之间存在着相对运动，则质点间要产生内摩擦力抵抗其相对运动，这种性质称为液体的粘滞性。又称为粘滞力牛顿平板实验实验表明，两平板上的液体质点粘附在平板上，内摩擦应力（切应力）牛顿内摩擦定律相邻液层间单位面积上所作用的内摩擦力与流速梯度成正比，同时与液体的性质有关。动力粘度，简称粘度流速梯度单位面积上的内摩擦力关于牛顿内摩擦定律的几点讨论（2）粘度——反映液体的性质对摩擦力的

6、影响。粘性大的液体μ值大，粘性小的液体μ值小。单位：N.s/m2或Pa.s。粘度值的主要影响因素有：液体的种类、液体的温度（对于液体，随温度升高，粘度值减小；而对于气体，随温度的升高，粘度值增大）对于水，式中水温t以°C计，ν以m2/s计ABCDD′C′B′A′dθdudtu+duu（1）即切应力与液体的剪切变形速度（率）成正比工程中常用，　　　　单位：m2/s，称为运动粘度。（3）牛顿液体与非牛顿液体一般把符合牛顿内摩擦定律的液体称为牛顿液体（属于水力学研究的范畴），反之称为非牛顿液体。理想宾汉流体牛顿流体伪塑性流体膨胀性流体

7、BηCADdu/dyτO1A线牛顿液体，当液体种类一定、温度一定时，μ=const，切应力与剪切变形速度成正比B线理想宾汉液体，如泥浆、油漆等C线拟塑性液体，如黏土、高分子化合物溶液等D线膨胀性液体，如浓淀粉糊、浓糖溶液（4）理想液体与实际液体1.3.3压缩性液体受压后体积减小，撤销压力后又恢复原状的性质称为压缩性。用压缩系数k来表示液体的压缩性：k越大，表示液体越易压缩，单位：m2/N或Pa-1还可用体积模量K来表示压缩性的大小：K越大，表示液体越不易压缩，单位：N/m2或Pa水的压缩性很小，在10℃时，K=2×109N/m2

8、，即增加一个大气压，水的体积相对压缩值为2万分之一，故认为水是不可压缩的液体（除水击问题）。1.3.4表面张力在两种不同流体介质的分界面以及液体同固体的接触面上，由于分界面两侧分子作用力的不平衡，使分界面上的流体分子间存在一个微小的拉力，宏观上表现为表面张力。表