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1、第第1 1章章 緒緒 論論第第2 2章章 水靜力學(xué)水靜力學(xué)第第3 3章章 液體運(yùn)動學(xué)液體運(yùn)動學(xué)第第4 4章章 水動力學(xué)基礎(chǔ)水動力學(xué)基礎(chǔ)第第5 5章章 流動阻力和水頭損失流動阻力和水頭損失第第6 6章章 量綱分析與相似原理量綱分析與相似原理第第7 7章章 孔口、管嘴出流和有壓管流孔口、管嘴出流和有壓管流第第8 8章章 明渠均勻流明渠均勻流第第9 9章章 明渠非均勻流明渠非均勻流第第1010章章 堰流及閘孔出流堰流及閘孔出流第第1111章章 滲流滲流第一章第一章 緒論緒論本次課堂主要內(nèi)容：本次課堂主要內(nèi)容：液體的主要物理性質(zhì)液體的主要物理性質(zhì) 連續(xù)介質(zhì)的假說連續(xù)介質(zhì)的假說作用于液體上的力作用于液體

2、上的力 水力學(xué)的任務(wù)水力學(xué)的任務(wù)實(shí)際工程中的水力學(xué)問題實(shí)際工程中的水力學(xué)問題第一章第一章 緒論緒論 紅石嘴取水樞紐紅石嘴取水樞紐紅石嘴取水樞紐紅石嘴取水樞紐第一章第一章 緒論緒論 某污水處理廠某污水處理廠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)展概況水力學(xué)的任務(wù)及其發(fā)展概況 （1 1）、）、水力學(xué)的任務(wù)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）的水力學(xué)的主要任務(wù)是研究液體（主要是水）的平平衡衡和和機(jī)械運(yùn)動規(guī)律機(jī)械運(yùn)動規(guī)律及其及其實(shí)際應(yīng)用實(shí)際應(yīng)用。第一章第一章 緒論緒論 現(xiàn)代水力學(xué)已被廣泛地應(yīng)用于水利、現(xiàn)代水力學(xué)已被廣泛地應(yīng)用于水利、給排水給排水、土建、環(huán)境、交通、機(jī)械、化工

3、、采礦、冶金等各土建、環(huán)境、交通、機(jī)械、化工、采礦、冶金等各個工程領(lǐng)域，為工程設(shè)計和運(yùn)行管理提供科學(xué)依據(jù)。個工程領(lǐng)域，為工程設(shè)計和運(yùn)行管理提供科學(xué)依據(jù)。市政工程市政工程 如橋涵孔徑設(shè)計、如橋涵孔徑設(shè)計、給水排水給水排水、管網(wǎng)計算、管網(wǎng)計算、泵站和水塔的泵站和水塔的設(shè)計、隧洞通風(fēng)等，特別是給水排水工程中，無論取水、水處理、設(shè)計、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)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)計和運(yùn)行控制的理論基礎(chǔ)。設(shè)計和運(yùn)行控制的理論基礎(chǔ)。城市防洪工程城市防洪工程 如堤、壩的作用力與滲流問題

4、、防洪閘壩的過流能如堤、壩的作用力與滲流問題、防洪閘壩的過流能力等。力等。水力學(xué)水力學(xué)水利工程建筑水利工程建筑水力發(fā)電水力發(fā)電農(nóng)田水利農(nóng)田水利機(jī)電排灌機(jī)電排灌港口工程港口工程河道整治河道整治給排水給排水水資源水資源環(huán)境保護(hù)環(huán)境保護(hù)冶金冶金土木土木化工化工石油石油機(jī)械機(jī)械采礦采礦水力學(xué)的應(yīng)用水力學(xué)的應(yīng)用第一章第一章 緒論緒論Archimedes(285-212 BC)Parallelogram（平行四邊形平行四邊形）law for addition of vectorsLaw of buoyancy（浮力）（浮力）第一章第一章 緒論緒論（2 2）、水力學(xué)發(fā)展概況）、水力學(xué)發(fā)展概況Leonardo

5、 da VinciLeonardo da Vinci（達(dá)芬奇）（達(dá)芬奇）(1452-1519)(1452-1519)一維恒定流動連續(xù)性方程一維恒定流動連續(xù)性方程紊流（紊流（TurbulenceTurbulence）第一章第一章 緒論緒論Isaac Newton(1642-1727)Laws of motion Laws of viscosity of Newtonian fluid第一章第一章 緒論緒論19th centuryNavier(1785-1836)&Stokes(1819-1905)N-S equation viscous flow solutionReynolds(1842-19

6、12)u發(fā)現(xiàn)紊流發(fā)現(xiàn)紊流（Turbulence）u提出雷諾數(shù)提出雷諾數(shù)（ReynoldsNumber）第一章第一章 緒論緒論20th centuryLudwig Prandtl(1875-1953)lBoundary theory(1904)l The father of modern fluid mechanicsVonkarman(1881-1963)I.Taylor(1886-1975)現(xiàn)代流體力學(xué)現(xiàn)代流體力學(xué)理論的奠基者理論的奠基者第一章第一章 緒論緒論在我國，水利事業(yè)的歷史十分悠久在我國，水利事業(yè)的歷史十分悠久:40004000多年前的多年前的“大禹治水大禹治水”的故事的故事順?biāo)?/p>

7、，治順?biāo)?，治水須引?dǎo)和疏通。水須引導(dǎo)和疏通。秦朝在公元前秦朝在公元前256256公元前公元前210210年修建了我國歷史上的三年修建了我國歷史上的三大水利工程（大水利工程（都江堰都江堰、鄭國渠、靈渠）、鄭國渠、靈渠）明渠水流、堰明渠水流、堰流。流。古代的計時工具古代的計時工具“銅壺滴漏銅壺滴漏”孔口出流?？卓诔隽鳌Ｇ宄赫觊g，何夢瑤在清朝雍正年間，何夢瑤在算迪算迪一書中提出流量等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算方法。于過水?dāng)嗝婷娣e乘以斷面平均流速的計算方法。隋朝（公元隋朝（公元587610587610年）完成的南北大運(yùn)河。年）完成的南北大運(yùn)河。隋朝工匠李春在冀中洨河修

8、建（公元隋朝工匠李春在冀中洨河修建（公元605617605617年）的趙州年）的趙州石拱橋石拱橋拱背的拱背的4 4個小拱，既減壓主拱的負(fù)載，又可宣泄個小拱，既減壓主拱的負(fù)載，又可宣泄洪水。洪水。第一章第一章 緒論緒論1.2 液體的連續(xù)介質(zhì)模型液體的連續(xù)介質(zhì)模型 連續(xù)性假定連續(xù)性假定是指是指宏觀上可以把液體看成是由宏觀上可以把液體看成是由無數(shù)個質(zhì)點(diǎn)無數(shù)個質(zhì)點(diǎn)組成的稠密無隙的連續(xù)介質(zhì)。組成的稠密無隙的連續(xù)介質(zhì)。第一章第一章 緒論緒論 在水力學(xué)中，在水力學(xué)中，質(zhì)點(diǎn)質(zhì)點(diǎn)是組成液體的是組成液體的最小基本元素最小基本元素，且質(zhì)點(diǎn)，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)量而無間不存在間隙。亦即

9、液體質(zhì)點(diǎn)在宏觀上可視為只有質(zhì)量而無體積的體積的“點(diǎn)點(diǎn)”，而且充滿其所占有的空間，因此，每個質(zhì)點(diǎn)，而且充滿其所占有的空間，因此，每個質(zhì)點(diǎn)在其運(yùn)動空間就唯一地占據(jù)一個空間點(diǎn)，反之亦然。在其運(yùn)動空間就唯一地占據(jù)一個空間點(diǎn)，反之亦然。1.3 作用在液體上的力作用在液體上的力1.3.1 表面力定義表面力定義 表面力表面力是作用于液體的表面上的力，是相鄰液體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?；蚱渌矬w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：表面力按作用方向可分為：壓力壓力：垂直垂直于作用面。于作用面。切力切力：平行平行于作用面于作用面第一章第一章

10、 緒論緒論應(yīng)力應(yīng)力：單位面積上的表面力，單位：單位面積上的表面力，單位：或或；壓強(qiáng)：單位面積上的壓力；壓強(qiáng)：單位面積上的壓力；切應(yīng)力：單位面積上的切力切應(yīng)力：單位面積上的切力1.3.2 質(zhì)量力質(zhì)量力質(zhì)量力質(zhì)量力是作用在液體每一個質(zhì)點(diǎn)上的力，其大小與是作用在液體每一個質(zhì)點(diǎn)上的力，其大小與液體的質(zhì)量成正比。液體的質(zhì)量成正比。則單位質(zhì)量力為則單位質(zhì)量力為當(dāng)液體是均質(zhì)的，其質(zhì)量為當(dāng)液體是均質(zhì)的，其質(zhì)量為總質(zhì)量力為總質(zhì)量力為F F第一章第一章 緒論緒論當(dāng)總質(zhì)量力在坐標(biāo)上的投影分別為當(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)的投影為則單位質(zhì)量力在相應(yīng)坐標(biāo)的投影為，即即，與加速度的單位相同。，

11、與加速度的單位相同。單位質(zhì)量力的單位為單位質(zhì)量力的單位為第一章第一章 緒論緒論液體的密度液體的密度:單位體積液體所含有的質(zhì)量，用表示單位體積液體所含有的質(zhì)量，用表示表示。表示。1.4 液體的主要物理性質(zhì)液體的主要物理性質(zhì) 1.4.1液體的密度液體的密度為液體中取包含為液體中取包含點(diǎn)的微元體積點(diǎn)的微元體積非均質(zhì)液體的密度為非均質(zhì)液體的密度為式中式中液體的密度液體的密度液體的質(zhì)量液體的質(zhì)量液體的體積液體的體積 均質(zhì)液體的密度為均質(zhì)液體的密度為國際單位國際單位:一個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，溫度為一個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，溫度為4，水密度為，水密度為第一章第一章 緒論緒論1.4.2 粘性和理想液體粘性和理想液體1.粘性

12、的概念及內(nèi)摩擦力產(chǎn)生的原因粘性的概念及內(nèi)摩擦力產(chǎn)生的原因 粘滯性粘滯性:由分子間的相互吸引力和分子不規(guī)則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。運(yùn)動的動量交換產(chǎn)生的。(1)(1)兩層兩層液體之間液體之間的粘性力主要由分子內(nèi)聚力形成的粘性力主要由分子內(nèi)聚力形成(2)(2)兩層兩層氣體之間氣體之間的粘性力主要由分子動量交換形成的粘性力主要由分子動量交換形成u液體和氣體的黏性隨溫度的變化不同液體和氣體的黏性隨溫度的變化不同溫度溫度 分子間距分子間距 分子吸引力分子吸引力 內(nèi)摩擦力內(nèi)摩擦力 粘度粘度溫度溫度 分子熱運(yùn)動分子熱運(yùn)動 動量交換動量交換 內(nèi)摩擦力內(nèi)摩擦力 粘度粘度第一章第一章

13、緒論緒論u流體的流體的粘性粘性是流體在運(yùn)動過程中產(chǎn)生是流體在運(yùn)動過程中產(chǎn)生機(jī)械能損失機(jī)械能損失的根源，的根源，是流體所固有的一個非常重要的性質(zhì)。是流體所固有的一個非常重要的性質(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，上板以勻速設(shè)下板固定不動，上板以勻速向右運(yùn)動。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。運(yùn)動的薄層之間。當(dāng)當(dāng) 或或 不是太大時，實(shí)不是太大時，實(shí)際測得際測得液體的速度為線性分液體的速度為線性分布。布。結(jié)論：結(jié)論：第一章第一章 緒論緒論牛頓內(nèi)摩擦定律：牛頓內(nèi)摩擦定律：與垂直于流動

14、方向的速度梯度與垂直于流動方向的速度梯度du/dydu/dy成正比成正比與流層的接觸面積與流層的接觸面積A A成正比成正比與流體的種類有關(guān)與流體的種類有關(guān)與接觸面上壓強(qiáng)與接觸面上壓強(qiáng)P P 無關(guān)無關(guān)內(nèi)摩擦力內(nèi)摩擦力F F任意速度分布的層狀流動任意速度分布的層狀流動第一章第一章 緒論緒論牛頓內(nèi)摩擦定律牛頓內(nèi)摩擦定律反映流體粘滯性反映流體粘滯性大小的系數(shù)大小的系數(shù)v 運(yùn)動粘性系數(shù)，運(yùn)動粘性系數(shù)，m m2 2/s/sv 動力黏性系數(shù)動力黏性系數(shù)，PasPas切應(yīng)力切應(yīng)力第一章第一章 緒論緒論在理論分析和工程計算中在理論分析和工程計算中 速度梯度速度梯度=直角變形速度直角變形速度第一章第一章 緒論緒論

15、流動性流動性 無限變形無限變形 用直角變形速度來描述剪切變用直角變形速度來描述剪切變形的快慢。形的快慢。速度梯度，表示速度沿垂直于速度方向速度梯度，表示速度沿垂直于速度方向y y的變的變化率。化率。1.4.3液體的壓縮性和熱脹性液體的壓縮性和熱脹性壓縮性壓縮性：壓強(qiáng)增高時，分子間的壓強(qiáng)增高時，分子間的距離減小距離減小，液體宏觀，液體宏觀體積體積減小減小，密度增加密度增加，除去外力后能恢復(fù)原狀的性質(zhì)。，除去外力后能恢復(fù)原狀的性質(zhì)。式中的式中的負(fù)號負(fù)號表示壓強(qiáng)增大體積縮小表示壓強(qiáng)增大體積縮小 體積壓縮系數(shù)體積壓縮系數(shù)當(dāng)溫度保持不變，單位壓強(qiáng)增當(dāng)溫度保持不變，單位壓強(qiáng)增量引起的體積變化率量引起的體積

16、變化率 單位：單位：第一章第一章 緒論緒論熱脹性：熱脹性：溫度升高，液體宏觀體積增大，密度減溫度升高，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)。小，溫度下降后能恢復(fù)原狀的性質(zhì)。工程上常用體積模工程上常用體積模量衡量流體壓縮性量衡量流體壓縮性壓縮系數(shù)的倒數(shù)壓縮系數(shù)的倒數(shù)體積彈性模量體積彈性模量 ：第一章第一章 緒論緒論一般工程設(shè)計中，水的體積彈性系數(shù)一般工程設(shè)計中，水的體積彈性系數(shù)可近似地取為可近似地取為 液體表面薄層內(nèi)能夠承受液體表面薄層內(nèi)能夠承受微小拉力微小拉力的特性，存在于液體表的特性，存在于液體表面或兩種面或兩種不相混合不相混合的液體的的液體的交界面。交界面。由于由于表面張力表面張力的作用，管內(nèi)的液體表面會高于或低于管的作用，管內(nèi)的液體表面會高于或低于管外的液面，稱為外的液面，稱為毛細(xì)管現(xiàn)象毛細(xì)管現(xiàn)象表面張力系數(shù)表面張力系數(shù)液面上單位長度所受的拉液面上單位長度所受的拉 力，單位力，單位N/m。1.4.4 表面張力特性表面張力特性第一章第一章 緒論緒論1.4.5 汽化壓強(qiáng)汽化壓強(qiáng)液液體體的的慣慣性性、重重力力特特性性和和粘粘滯滯性性對對液液體體運(yùn)運(yùn)動動有有重重要要的