水力学课件(主讲人：华北水利水电学院孙东坡教授)

'中央广播电视大学水力水电工程专业(专科)水力学主讲人：孙东坡教授 第一讲绪论和水静力学 第一章:绪论（一）水力学的性质与任务1.性质：水利水电工程专业的技术基础课 2.任务：研究液体在静止与运动状态下力学规律及其工程应用3.研究对象：以水为代表，反映宏观运动特征的液体 4.在水电工程中的应用：（1）确定水力荷载FFF 4.在水电工程中的应用：（1）确定水力荷载FvvF （2）确定过流能力 （3）分析水流流动形态 （4）水流能量的利用与消散 （5）特殊水力学问题 (二)液体的基本特征1.易流动性：流动―连续的变形2.连续介质：由质点组成的无空隙连续体 (3)粘滞性(4)可压缩性(5)表面张力特性和汽化压强(三)液体的主要物理性质惯性(2)重力特性ρ水=1000kg/m3γ水=9800N/m3(1)惯性(2)重力特性(3)粘滞性(1)惯性(2)重力特性(3)粘滞性 （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粘滞性引起： 平板边界的模拟流动 dduuτyyyx明渠流速分布 牛顿内摩擦定律：dydumt=μ―动力粘滞系数适用范围：1)牛顿流体2)层流运动 1.理想液体：忽略粘滞性的液体2.实际液体：存在粘滞性的液体(四)液体的两种分类: 1.表面力：压力、剪切力等（五）液体所受外力的分类：2.质量力：重力、离心惯性力等 (一)静水压强：1．静水压强的两个特性：第二章水静力学（1）垂直指向受压面（2）大小与受压面方向无关 AB（1）方向：垂直指向受压面（2）大小：与受压面方位无关 2.等压面与连通器原理：只受重力作用,连通的同种静止液体内,等压面是水平面 hpp+=γ03.静水压强基本公式cpz=+γp0p0hγhγz—位置水头p/γ—压强水头 在静止液体内部任何一点的z+p/γ=常数z+p/γ=常数z+p/γ=常数z+p/γ—测压管水头 P0》0 P0《0 4.压强的三种表示方法:pppp"pva=-´=绝对压强p"相对压强p真空压强pv仅当p＜0时pv存在 1pa(工程大气压)=98000N/m2=98KN/m2mmHgPaOmHPa73611012==gg压强计量单位换算 例1:静止液体中A点的相对压强p1=8KN/m2,B点的绝对压强p2=78KN/m2，求A点的绝对压强，B点的相对压强和真空度，A、B两点的压强差。 解:A点相对压强p1=8KN/m2绝对压强p1=pa+p1=98+8=106KN/m2∵P1>0,∴真空度不存在 解:B点绝对压强p2=78KN/m2相对压强p2=p2-pa=78-98=-20KN/m2真空度pv=p2=20KN/m2 解:A、B两点的压强差P’A-p’B=106-78=28KN/m2(以绝对压强计)pA-pB=8-(-20)=28KN/m2(以相对压强计) 如图示复式比压计,已知油的比重为0.8,水银的比重13.6,例2:求A、B两点的压强差?0.6m0.3m0.2m水油水银0.4m水0.5mABCCDDEEFGG 解：计算如下6.04.03.02.05.0×-×-=×+=×-=×+=水泵油汞水gggggEBDECDACpppppppp0.6m0.3m0.2m水油水银0.4m水0.5mABCCDDEEFGG ()()2/569.783.05.06.004.2.0mNppBA=×-+×++×=-油水汞ggg6.04.03.02.05.0ppAB×-×-×+×-×+=水汞油汞水ggggg 1.平面壁静水总压力（1）图解法：大小：P=ΩbΩ--压强分布图面积方向:垂直指向受压面（二）静水总压力的计算 ABCPP 作用线：过压强分布图形心作用点D：位于对称轴上212123hhhhLe++= ABCPP 大小:P=pcA,pc—形心处压强方向:垂直指向受压平面AyIyyCCCD+=作用点:(2)解析法: 例3:引水涵管进口高h=1m,宽b=1m,H1=5m，H2=2m,α=45°,矩形盖板与坝铰接,不计摩擦及盖板重，求提升盖板所需力F。FH1铰OαhH2(1)下游无水(2)下游有水 3γ2γ例3:(1)下游无水时FH1铰Oαh 例3:(1)下游无水时mhHyc36.6sin5.01=-=ahc=H1-0.5h=4.5mP=γhcA=62.18KN 对铰O取矩)sin5.0(1shPF+×=×a∴F=45.95KNmAyIscC026.0==y-yDC= 2γ3γ2γ例3:(2)下游有水时3γFH1铰oαhH2 例3:(2)下游有水时p=γ(H1-H2)=29.40KN/m2P=pA=41.45KN其合力为 FKN31.29=KN31.29=hPF5.01×=×sina对铰O取矩 (1)水平分力:Px=pcAx=γhcAx(2)铅垂分力:Pz=γV2.曲面壁静水总压力xzPParctg=a(4)合力方向:(3)合力:22ZXPPP+= (5)水平分力的确定PzPz (6)压力体剖面图的绘制Px 例4：盛水容器宽度为b，圆弧曲面BC半径为R。绘出平面AB的压强分布图，曲面BC的压力体剖面图及水平分力的压强分布图，确定铅垂分力的大小和方向。 PXPZHRABC 解：(1)平面AB：bHP221g=bRRRHPz]41)[(2pg-+=(2)曲面BC：RbRHHPx)]([21gg++=铅垂分力方向向下 绘制压力体剖面图判别铅垂分力方向3.计算固定螺栓所受总拉力。例5:对曲面abc:hd hdPz 铅垂分力方向向上==VPzgg-半球圆柱V)(V螺栓所受总拉力即为Pz]121)2([32ddhRppg-+='