水力学--绪论部分.ppt

水力学 第一章 绪论 §1.1 课程概述 一、课程性质和研究对象 ●研究对象：以水为对象的液体的平衡和机械运动规律及其 工程应用。 ●课程性质：介于基础课与专业课之间的技术基础课。 力 学 固体力学 流体力学 水力学 空气动力学 绪论 弹性力学 结构力学 理论力学 材料力学 二、课程主要内容 ●水静力学：研究液体的平衡状态 包括：静力学基本方程、静水压强分布及静水总压力 ●水动力学：研究液体的机械运动规律 包括：液体运动的基本概念、连续性方程、能量方程、 ●工程应用： 包括：有压管流的水力计算和明渠流动的基本特征 课程主要内容 恒定总流的流动特征及动量方程 三、课程要求 ●课程特点：理论知识与课程实验相结合 课时分配上，实验课时为4个学时。 ●学习要求： 1）掌握基本理论，提高分析问题和解决问题（定量计算） 的能力。 在计算过程中，不仅要求过程合理，而且保证结果正确。 2）把握实验环节，通过仔细观察水力现象，增强对理论知 识的理解。 3）通过了解工程应用，掌握水力学的应用特点 课程要求 §1.2 液体的基本特征 一、液体基本特征 1.物质形态： ●固态：固定形状、体积；承受拉力、压力、剪力 ●液态：易流动；保持一定体积；承受压力、微小剪力 ●气态：易流动；可承受压力 2.水力学中的 液体物质假设： 将液体作为整体进行宏观研究； 认为液体是易流动、不可压缩、均匀等向的连续介质。 液体的基本性质 二、单位制 ●国际单位制： 基本 单位 时间：s（秒）； 空间：m（米）； 质量：㎏（千克） 导出 单位 体积：m3 力： 1N（牛顿）=1 ㎏m/s2 压应力：1Pa（帕）=1N/m2 ●工程单位制： 基本 单位 时间：s（秒）； 空间：m（米）； 力：㎏f（千克力） 导出 单位 体积：m3 质量： ㎏f·s2/m ●两种单位换算： 1 ㎏f = 9.8 N；1 ㎏f·s2/m = 9.8 ㎏ 单位制 三、液体的主要物理性质 1.质量、密度： ●质量指物质的量；用以度量物体的惯性 ●惯性指物体保持原有运动状态的性质 ●密度（ρ）：物质单位体积内的质量。（㎏/m3) 均质物质： ρ= ΔmΔV 标准状态下（1标准大气压、4℃）： ρW = 1000 ㎏/m3 ●容重（γ）：物质单位体积的重量。（N/m3) 均质物质： γ= ΔGΔV 2.重量、容重： ●重量（G）：地球对物体的引力。ΔG=Δmg（N) ● γ与ρ的关系： γ = ρg 液体的主要物理性质 3.粘滞性： ●粘滞性： 流动的液体； 流层之间相对运动； 产生内摩擦力； 消耗流动能量； ●牛顿内摩擦定律 液体的粘滞性 ①试验研究 试验仪器：宽、浅水槽； 测量物理量：水深与流速的关系 试验目的：研究内摩擦产生的机理 ②牛顿内摩擦定律 流动的液体其内摩擦力与液体的 的流速梯度成正比。 性质、接触面积以及沿液体深度 F：内摩擦力 A：接触面积 沿液体深度的流速梯度 u y O u y O 压缩性 ③粘滞切应力 ●粘滞系数：反映流体粘滞性的物理量。 动力粘滞系数μ 研究流体受力时使用。 单位：N·s/m2 运动粘滞系数υ 研究流体运动时使用。 单位：m2/s 换算关系： μ=ρυ 4.压缩性和压缩系数 ●压缩性： 液体受压增大，内部产生抗力与外压力平衡，体积缩小；外力减小，恢复原有体积的性质称为液体的压缩性。（液体变形在弹性范围内） 负号（—）： 压缩系数 ●压缩系数： 描述液体压缩性的物理量 为体积变化率 为压强变化 减小（—） 增大（+） 则： 增大（+） 减小（—） 则： 弹性系数： 由于液体体积变化过程中，质量未发生变化，故： dp向下； P与dp平衡 表面张力 5.表面张力 ●表面张力： 由于液体表面分子受力不平衡，自由表面液体分子 受到微小的向下的拉力，导致液体有收缩接触表面的趋势， 这种液体表面局部所受的微小的力，称为表面张力。 ●毛细管现象： 由于液体的表面张力（内聚力）与液体—固体 内聚力＞附着力 内聚力＜附着力 管内液体向下拉，P向下 管外液面高于内液面有附加压强， 管外液面低于内液面有附加压强， 表面附着力的不同，而产生的物理现象。 dp向上; P与dp平衡 管内液体向上升，P向上 P T T h h P T T 管内液面与实际液 面有误差，影响测 量精度。误差大小 与测管直径有关。 ●理想液体：连续介质；均质等向；不可压缩；无粘滞性；无表面张力 若取铅垂向上为Z坐标正方向，则： 作用于液体上的力 §1.3 作用于液体上的力 一、表面力 二、质量力 ●表面力：作用于液体表