水力学 第一章 绪论.ppt

'主要是研究液体在各种情况下的平衡运动规律，为研究的方便起见，该内容又分为流体静力学和流体动力学。§1-1绪论一、水力学的定义：水力学是研究液体的运动规律，以及如何运用这些规律来解决工程实际问题的科学。水力学包括：⑴水力学基础：⑵专门水力学：为各种工程实践服务第一章绪论 二、水力学和流体力学水力学：以水为研究对象，在理论上遇到困难时，通过观测和实验的方法来解决问题。流体力学：以一般流体（液体和气体）为研究对象，偏重于从理论概念出发，掌握流体运动的基本规律，但解决实际工程时，会遇到很大的困难，在应用上受到一定的限制。三、水力学在给排水工程中的应用1、供水工程方面：管网和渠道中的水力计算；2、水处理厂：各构筑物间的衔接和水流情况；3、环境的分析和预测：污水排入河中混合情况。第一章绪论 四、课程的性质和学习方法性质：为应用科学，专业基础课，即有理论也有实验。方法：除理论推导外，实验也不可忽视。第一章绪论 §1-2液体的连续介质模型一、概念的建立1、概念：液体是没有空隙的，液体质点完全充满所占的空间。“连续介质”概念的建立，使液体中的一切物理量（压强、速度、密度等）都可视为空间坐标和时间的连续函数〔如：p=f（x，y，z，t）〕。这样就可以利用连续函数的数学分析方法来解决液体平衡和运动的问题。第一章绪论流体由不连续分布的大量分子组成10-6mm3空气中含有大约2.71010个分子；10-6mm3水中含有大约3.31013个分子。 液体微团(质点):相对于一般问题中的宏观特征尺寸小到可以被看成是一个点，但是仍含有足够多个液体分子。 §1-3液体的主要物理性质一、液体的密度：ρ1、均质液体单位体积内所含的质量即：M-----均质液体的质量V-----该质量的液体所占的体积国际单位：公斤/米3（kg/m3）工程单位：公斤·秒2/米4（kg·s2/m4）2、非均质液体中，各点的密度不同，第一章绪论 若令△V代表在某点附近的微小体积，△M代表这微小体积的质量，则液体的平均密度为：当△V→0时，则该点的密度为：VMρVDD=®D0lim=VMdd3、液体的相对密度：物质的相对密度=同体积水的质量物质的质量=物质的密度水的密度第一章绪论 二、液体的重度（容重）γ均质液体的重度γ是：单位体积的液体的重量。国际单位：牛顿/米3（N/m3)千牛顿/米3（KN/m3)工程单位：公斤力/米3（kgf/m3)三、粘性理想液体模型1、定义：粘性是力学的特性，是液体内部抗拒各层间做相对运动的性质。液体层与层之间因滑动而产生内摩擦力，具有内摩擦力的液体叫粘性液体或实际液体。第一章绪论 2、流速梯度：是指两相邻水层的水流速度差和它们之间的距离之比。即：uduu+dudyyu03、内摩擦力的大小：⑴、与相邻运动液体层的接触面积成正比⑵、与速度梯度成正比⑶、视液体的性质而定⑷、与压力的大小无关第一章绪论 4、牛顿内摩擦定律：单位面积上的力，称为切应力τ。μ——液体性质的一个系数，称为粘性系数或动力粘性系数（单位：N·S/m2)运动粘性系数：单位：米2/秒（m2/s)第一章绪论 对液体来说，温度升高，则μ降低，μT（液体）压力改变对μν的影响不大对气体来说，温度升高，则μ升高，μT（气体）第一章绪论 当液体停止流动时，相对速度等于零，内摩擦力将不存在了，所以在静止液体中不呈现内摩擦力。5、理想液体模型在水力学中，为了简化分析，对液体的粘性暂不考虑，即μ=0。从而引出没有粘性的理想液体模型。注意：因为理想液体模型没有考虑粘性，所以，必须对粘性引起的偏差进行修正。第一章绪论 1、压缩性：液体在一定的压力下，体积缩小的性质四、液体的压缩性、压缩系数2、压缩系数：衡量压缩性的大小，用β表示（m2/N）即：每增加单位压力，体积压缩的相对值。对不可压缩液体：忽略其压缩性。弹性系数K：体积压缩系数的倒数。第一章绪论 §1-4作用在流体上的力按物理性质分：重力、摩擦力、惯性力、弹性力、表面张力按隔离体的角度分：表面力和质量力1、表面力：作用在隔离体表面上的力，表面力可分为：法向力P与作用面正交的应力切应力τ与作用面平行的应力是接触性力。第一章绪论 2、质量力：质量力是指作用在隔离体内每个液体微团上的力，其大小与液体的质量成正比，也称为体积力，是非接触性的力。如：重力、惯性力。质量力常用单位质量力来度量。若：Fx、Fy、Fz分别为总质量力F在各坐标轴上的投影，则单位质量力在相应坐标轴上的投影为X、Y、Z。有第一章绪论 即：因为：液体的质量和体积成正比，故质量力也称为体积力。是非接触性的力。第一章绪论'