第一章水力学绪论ppt课件.ppt

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1、第一章绪论教学目的、要求本章概要介绍液体的特性、连续性介质、主要物理性质和作用于液体上的力1）粘性是本章的重点和难点，在理解粘性概念的基础上，掌握牛顿内摩擦定律，理解动力粘度和运动粘度的意义；2）正确分析作用于液体上的力，掌握单位质量力。3）了解连续介质模型以及粘度随温度的变化规律。力学第一节课程概述水力学的学科性质研究对象力学问题载体宏观力学分支遵循三大守恒原理流体力学水力学流体水力学强调水是主要研究对象比较偏重于工程应用1.水力学的概念水力学就是研究以水为代表的液体机械运动规律及其在实际应用的科学。水力学所研究的基本规律：两大主要组成部分，水静力学

2、和水动力学。水静力学：关于液体平衡的规律，它研究液体处于静止（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：关于液体运动的规律，它研究液体在运动状态时，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等。第一:水力学虽以水为研究对象，但其基本原理同样适用于一般常见的液体和可以忽略压缩性影响的气体。第二:水力学的主要研究内容是在外力作用下，静止与运动的规律，液体与边界的相互作用。第三:水力学研究的目的在于应用。定义概括了三个涵义：以上这些问题，彼此不是孤立的，也不是水力学问题的全部，还有一些特殊的水力学问题，比如挟沙水

3、流、高速水流、波浪运动、水资源的污染以及水力学模型试验等。要解决上述水力学问题，就必须研究水流运动的基本规律。液体、气体与固体的主要区别是什么？液体与固体的主要区别在于易流动性，而液体与气体的主要区别在于是否具有可压缩性。因此液体易流动性、不易压缩的特性使液体有许多与固体和气体不同的运动特征。有无固定的体积？能否形成自由表面？是否容易被压缩？流体气体无否易液体有能不易呈现流动性？流体固体流体最主要的物理特性1.易流动性静止的流体不能承受剪切应力，固体能够承受一定的剪切应力。流体的宏观性质2.粘性流体抵抗变形的性质，为粘性。3.压缩性流体质点的体积或

4、密度在一定压力差或温度差下可以改变的性质，为压缩性。水力学中研究的液体是一种易流动、不易压缩、粘性很小、均质等向的连续介质。流体运动的三大要素：流体、运动、力2.水力学的任务及其在工程中的应用流体力学海洋水利航空航天交通运输环境气象石油化工机械冶金生物一.水流对建筑物的作用力问题（水力荷载问题）确定建筑物所受的静水总压力、动水总压力、为建筑物的结构设计、稳定分析提供依据。二.建筑物的过流能力和尺寸问题水流在通过管道、引水、输水以及闸坝等建筑物时，在单位时间内通过断面的水量就称为流量，它是确定建筑物的型式和尺寸的基本依据。三.水能利用和消能问题为充分利用

5、水流能量，减少引水、输水中的能量损失；或者为了削弱、消减高速水流对下游河床的冲刷，保证建筑物的安全，就必须分析研究水流运动过程中水能利用和消能问题。三峡大坝泄洪农村小型自来水厂四.河渠的水面曲线计算问题；在河道上筑坝设闸后，上游水位将沿河道抬高并形成水库，导致河道两岸的大片土地受到淹没。要确定水库的淹没范围，就必须解决河渠水面曲线的计算问题。五.建筑物的渗流问题；确定建筑物透水坝体和建筑物透水地基中的扬压力等。六.水工建筑物中水流形态问题。1.连续介质假设个分子1cm3空气(标准状态下)宏观上看，液体质点足够小，只占据一个空间几何点，体积趋于零。微观上

6、看，液体质点是一个足够大的分子团，包含了足够多的液体分子。第二节液体的主要物理性质以密度为例，考察物理量是怎样定义在液体质点上的。若液体微团的体积为ΔV，质量为Δm，则液体质点密度为连续介质假设将液体区域看成由液体质点连续组成，占满空间而没有间隙，其物理特性和运动要素在空间是连续分布的。连续介质假设连续介质假设是近似的、宏观的假设，把液体视为连续介质后，液体运动中物理量都视为空间坐标和时间的连续函数。其中ΔV0的含义应理解为液体微团趋于液体质点。2.液体的主要物理性质1).惯性力：当液体受外力作用使运动状态发生改变时，由于液体的惯性引起对外界抵抗

7、的反作用力。2).质量：物体惯性大小的度量。3).密度：是指单位体积液体所具有的质量。注意：在工程计算中，水的密度和容重视为常数，采用一个标准大气压下，温度为4℃时纯净水密度来计算，4).重力：地球对物体的引力称为重力，或称为重量。5).液体的容重：是指单位体积液体所具有的重量。3.液体的黏滞性运动液体具有抵抗剪切变形的能力，这就是黏滞性。值得强调的是，这种抵抗体现在剪切变形的快慢上。在剪切变形中，液体内部出现成对的切应力τ，称为内摩擦力，来抵抗相邻两层液体之间的相对运动。21流体在静止时不能承受剪切力，抵抗剪切变形。流体只有在运动状态下，当流体质点之

8、间有相对运动时，才能抵抗剪切变形。只要有剪切力的作用，流体就不会静止下来，发生连续变形而流动。