水力学授课教案全集正文 学案教案.doc

教 案 课程名称： 水 力 学 总 学 时： 8 0 课时 (其中实验12课时) 系 别： 水 利 学 院 教 研 室： 水 力 学 水力学教案：第1讲 一、章、节题目： 第0章 绪 论 0.1 学科简介 0.2 液体的基本特征与物理力学性质 0.3 连续介质和理想液体的概念 0.4 作用于液体的力 0.5 水力学的研究方法 二、授课目的： 1.建立水力学的概念，了解其在工程上的应用。 2.掌握液体的基本特性及主要物理力学性质。 三、重点、难点： 1.液体的基本特性及主要物理力学性质； 2．液体的粘滞性，理想液体的概念。 四、教法教具：常规教学方法。 五、教学进程：9月16日， 星期二， 第一大节。 六、参考文献： （1）四川大学，吴持恭主编《水力学》上、下册（第三版），高等教育出版社，2003年 （2）清华大学董增南，余常昭主编的《水力学》上、下册，高等教育出版社，1995年。 （3）武汉大学徐正凡主编《水力学》高等教育出版社出版，1993年。 （4）大连工学院水力学教研室编写的《水力学解题指导及习题集》，高等教育出版社，1984年第二版。 七、教学内容： 第0章 绪 论 水与人类文明（古代：恒河、尼罗、底格利斯、幼发拉底、爱琴海、黄河、新疆。现代：中东、伊泰普、万家寨、三峡、南水北调） 0.1 学科简介 一、水力学：研究液体（以水为主）静止与运动的力学规律，及其工程应用。 （为力学分支，技术科学，本专业重要的技术基础课） 二、水力学的组成 1、水静力学：研究液体处于静止或相对平衡状态下的力学规律。 2、水动力学：研究液体宏观机械运动状态时，运动要素与力的关系、运动特性与 能量转换等。 3、研究问题：水力荷载、过水能力、能量损失、水面曲线、水流形态以及渗流、挟沙水流等。（举例、画示意图） 三、水力学的应用：（水利、工民建、交通、化工、冶金、航运等） 四、水力学与其他课程的关系： （建立在物理学、理论力学基础之上，二者的有关原理定理等也完全实用于水力学。例如：牛顿定律、运动与平衡、动能定理、动量定理等。） 液体的静止与运动都是外力作用的结果，但是外力的作用都要通过自身的物理性质表现出来，因此首先我们要了解液体的基本特征与物理力学性质。 0.2 水力学发展简史（略） 0.3 液体的基本特征与物理力学性质 一、基本特性 1、易流动性 （物质有三种存在形式）固—液—气 能流动、无定形。 （液：内聚力小）静止时，不能承受箭切力、拉力。 2、不易压缩性 （分子斥力大，变形很小）△p=一个大气压，△V≯V/20000 3、连续介质（假定）—液体为无空隙的连续体（质点、或微团）。质点：最小研究单位。 （3×1022个水分子/1cm3液体） 应用：液体属性（p v T ρ）——连续分布、变化，均质、各向同性。 二、主要物理力学性质 （一）惯性与重力特性 1.惯性 惯性是保持原有运动状态的特性，惯性力与液体质量和速度变化有关。 密度：ρ 量纲[M/L3] 单位：kg/m3 惯性力： 量纲[F] 单位：N、KN (SI制) 例：水ρ=1000 kg/m3 2.重力特性 重力: 量纲[F] 单位：N、KN (SI制) 容重： γ=G/V 量纲[F/L3] 单位： N/m3 KN/m3 (SI制) 常见液体的ρ～γ见表0-1、 0-2 (二)、粘滞性—液体运动特性 1、定义：液体运动时，质点间产生的相互阻力（粘滞力或内磨擦力）的特性。或者说运动液体内部具有抵抗质点（流层）间相对运动的特性。河流中水面流速比河底流速高，上下流层速度有差异，流层间存在摩擦力，这就是水流粘滞性作用的结果。 2、粘滞性影响（存在的结果引起）： （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。 下边观看一个通过平板边界的模拟流动（动画） 粘滞性引起流速不均匀分布，可以用速度的变化率du/dy来表示，流速分布图：液体内部的粘滞力是如何计算的呢？我们可以采用牛顿内磨擦力定律求解流层粘滞切应力： τ= 量纲[F/L2] 单位：N/m2 KN/m2 式中为随液体性质不同而异的比例系数，称为动力粘滞系数，称为液体间的流速梯度。 上式可表述为：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（或粘滞力），与流速梯度成正比，同时与液体的性质有关。 由于流速梯度实质上是代表液体微团的剪切变形速度。如图 可以认为 dθ