水力学

1. 前进 水力学 绪 论 主讲：熊亚南

2. 结束 前进 绪 论 主要内容： • 水力学的任务 • 实际工程中的水力学问题 • 连续介质的假说 • 液体的主要物理性质 • 作用于液体上的力

3. 返回 前进 水力学的任务 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。 水力学的任务是研究液体（主要是水）的平衡和机械运动的规律及其在实际工程中应用。 具体说：是以数学、物理、理论力学为基础，采用理论分析与实验研究的方法，研究液体平衡和机械运动的规律及其实际应用。 基本原理 水静力学 按液体的存在形式 按研究的内容 水动力学 工程应用

4. 前进 实际工程中的水力学问题

5. 前进 水对水工建筑物的作用力问题 水工建筑物的渗流问题

6. 前进 水工建筑物下游的消能问题 河渠水面曲线问题 水工建筑物的渗流问题 水工建筑物的过水能力问题

7. 返回 前进 水力学的主要研究课题： • 作用于建筑物表面上静水总压力 • 在压管中的恒定流 • 明渠恒定流 • 堰流及闸孔出流 • 泄水建筑物下游的水流衔接与消能 • 渗流

8. 返回 前进 连续介质的假说 假设液体是一种连续充满其所占据空间的毫无空隙的连续体。水力学所研究的液体运动是连续介质的连续流动。 意义：使描述液体运动的一切物理量在空间和时间上连续，故可利用连续函数的分析方法来研究液体运动。 根据长期的生产和科学实验证明：利用连续介质的假定所得出的有关液体运动规律的基本原理与客观实际是十分符合的。

9. 返回 前进 液体的主要物理性质 • 密度 • 粘滞性 • 压缩性 • 表面张力

10. 每个物理量都包括有量的数值及量的种类。量的种类即称为量纲。同一种类的物理量可有不同的单位，单位不同，量的数值也不同。每个物理量都包括有量的数值及量的种类。量的种类即称为量纲。同一种类的物理量可有不同的单位，单位不同，量的数值也不同。 前进 返回 密度 密度是指单位体积液体所含有的质量，用ρ表示 密度的量纲为[M/L3]，单位为kg/m3 对于均质液体， 液体的密度随温度和压强而变化，但这种变化很小，水力计算中常把水的密度视为常数，采用一个标准大气压、温度为4℃时蒸馏水的密度来计算，即取ρ水=1000 kg/m3

11. y U H u 前进 粘滞性 又称为粘滞力 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。 牛顿平板实验： 单位面积上的内摩擦力 流速梯度 实验表明，内摩擦应力（粘滞应力） 动力粘度，简称粘度 牛顿内擦定律 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与流速梯度成正比，同时与液体的性质有关。

12. （1）即切应力与液体的剪切变形速度（率）成正比（1）即切应力与液体的剪切变形速度（率）成正比 dudt D C D′ C′ u+du dθ u A B A′ B′ 工程中常用，　　　　单位：m2/s，称为运动度 前进 关于牛顿内摩擦定律的几点讨论 证明：如图 故 （2）粘度——反映液体的性质对摩擦力的影响 。粘性大的液体η值大，粘性小的液体η值小。单位：Ns/m2或PaS ，称为动力粘度 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cm2/s计

13. B τ C 理想宾汉流体 A 伪塑性流体 牛顿流体 D η 膨胀性流体 1 du/dy O 返回 前进 （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（属于牛变学研究的范畴）。 A线为牛顿液体，当液体种类一定、温度一定时，η=const ，切应力与剪切变形速度成正比 B线是理想宾汉液体，如泥浆、血浆等 C线是伪塑性流体，如尼龙、橡胶的溶液、颜料、油漆等 D线膨胀性流体，如生面团、浓淀粉糊等 （4）液体的粘滞性是液体运动产生能量损失的主要根源 实际液体与理想液体的概念

14. 前进 返回 压缩性 液体受压后体积缩小，即为压缩性； 压力撤除后恢复原状，为弹性。 用体积压缩率来表示压缩性的大小： κ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 = 2×109 N/m2，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。

15. 前进 返回 表面张力 表面张力是自由表面上液体分子由于受两侧分子引力不平衡，使自由面上液体受有极其微小的拉力，它是一种局部受力现象。 表面张力的大小可用表面张力系数σ来表示，σ是指自由面上单位长度上所受拉力的数值，单位：N/m，其随液体种类和温度变化而变化。对于20℃的水，σ=0.074N/m，对于水银σ=0.54N/m。

16. 若一质量为M的均质液体，作用于其上的总质量力为F，则所受的单位质量力为 ，与加速度有一样的量纲[L/T2] 若总质量力F在空间坐标上的投影分别为Fx、Fy、Fz、，单位质量力在相应坐标上的投影为fx、fy、fz，则有 返回 作用于液体上的力 • 表面力是作用于液体的表面上，并与受作用的表面面积成正比的力 总作用力 表面力 • 表面力大小的度量 表面应力 压力或压强 • 按表面力的作用方向分 切力或切应力 按作用的特点分 • 质量力是指通过液体质量而起作用，其大小与质量成正比的力，如重力、惯性力； 质量力 作用于单位质量液体上的质量力 总质量力 • 质量力大小的度量 单位质量力

17. 谢谢