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* 1 绪论 1.1 流体力学的任务和研究对象 流体力学（水力学）是力学的一个独立分支，是一门研究流体的平衡和流体机械运动规律及其实际应用的技术科学。 流体力学体系 流体静力学：静力平衡 流体动力学：力、运动特征、能量守恒 一、概述 对象——流体[液体(水)] 任务——研究水的机械运动规律 及其在工程上的应用 。 机械运动——研究物体受力以后 与时间的关系。 规律：客观存在的 自然法则。 应用——解决工程实际问题。 如：水力荷载、过水能力、水流流动形态、水能利用 和水能消耗。 流体力学在土建与水利工程中的应用: （1）土木领域：如建筑工程和土建工程中的应用。如坑基排水、路基排水、地下水渗透、地基坑渗稳定处理、围堰修建、海洋平台在水中的浮性和抵抗外界扰动的稳定性等； （2）市政工程：如桥涵孔径设计、给水排水、管网计算、 泵站和水塔的设计、隧洞通风等，特别是给水排水工程中，无论取水、水处理、输配水都是在水流动过程中实现的。流体力学理论是给水排水系统设计和运行控制的理论基础； （3）城市防洪工程：如堤、坝的作用力与渗流问题、防洪闸坝的过流能力等； （4）建筑环境与设备工程：如供热、通风与空调设计，以及设备的选用等； （5）水利工程：应用更广、课程内容更深，后续内容《工程水力学》。 课程的性质与目的： 性质：土木、水利类专业的一门必修的专业基础课程。 目的：学习专业理论，培养工程应用能力。 地位：前修课程：物理学、理论力学、材料力学； 后续课程：水文学、土力学、工程地质等；并直 接服务于工程应用。 其他：a.素质教育——“力学文化”、“水文化” ; b .注册工程师考试必考科目; c .研究生入学考试必考或选考科目之一。 本课程的基本要求 具有较为完整的理论基础，包括： （1）掌握流体力学的基本概念； （2）熟练掌握分析流体力学的总流分析方法，熟悉量 纲分析与实验相结合的方法，了解求解简单平面势流的方 法； （3）掌握流体运动能量转化和水头损失的规律，对传 统阻力有一定了解。 具有对一般流动问题的分析和讨论能力，包括： 1、水力荷载的计算 2、管道、渠道和堰过流能力的计算，井的渗流计算； 3、水头损失的分析和计算 掌握测量水位、压强、流速、流量的常规方法。具有观察水流现象，分析实验数据和编写报告的能力。 重点掌握：基本概念、基本方程、基本应用、基础流体力学 对专门水力学、高等流体力学、计算流体力学本课程不作要求。 牛顿三定律（惯性定律、F=ma、作用力与反作用力） 水力学 质量守恒定律 能量守恒及其转化规律 动量守恒定律 （1）质量守恒定律 （3）牛顿第二运动定律 （4）动量定律 （2）机械能转化与守恒定律：动能+压能+位能+能量损失 =常数 二、连续介质模型 实质——分子间有间隙，分子随机运动导 致物理量不连续。 1cm3有3.34×1022个水分子， 分子的间距为3×10-8cm。 ∴ 从宏观角度认为， 水为连续介质。 ρ=ρ(x，y，z) u=u(x，y，z) p=p(x，y，z) 三、流体力学的研究方法 ? 理论分析理论研究方法: 　 力学模型→物理基本定律→求解数学方程→分析和 揭示本质和规律 （用分析数学作为工具） 纯理论方法：建立理论模型，并能运用数学方法求出理论结果。 理论结合实验的方法：以总流分析方法为主。理论公式+经验系数，经验公式，二维微分方程，基础流体力学（应用流体力学）、水力学。 应用流体力学是一门理论和实践紧密结合的基础学科。它的许多实用公式和系数都是由实验得来的。至今，工程中的许多问题，即使能用现代理论分析与数值计算求解的，最终还要借助实验检验修正。 实验研究形式： 原型观测 系统实验 模型试验 实验研究基础理论： 相似原理与量纲分析。 相似理论