水力學(xué)教學(xué)緒論P(yáng)PT

1、緒緒 論論 水力學(xué)水力學(xué) 張殿新張殿新 自我介紹自我介紹 張殿新張殿新 電話：電話email: 辦公室：主樓辦公室：主樓621 希望大家能跟我多交流希望大家能跟我多交流 使用課本使用課本 水力學(xué)水力學(xué)第四版第四版(上冊上冊)，吳恭持主編，吳恭持主編 水力學(xué)與山區(qū)河流開發(fā)保護(hù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（四川大學(xué)）水力學(xué)與山區(qū)河流開發(fā)保護(hù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（四川大學(xué)） 編編 高等教育出版社高等教育出版社 參考書目參考書目 水力學(xué)水力學(xué)李煒，徐孝平主編李煒，徐孝平主編 武漢水力電力大學(xué)出版武漢水力電力大學(xué)出版 社社 水力學(xué)水力學(xué)李家興，趙振興主編李家興，趙振興主編 河海大學(xué)出版社河海大學(xué)出

2、版社 水力學(xué)水力學(xué)于布主編于布主編 水力學(xué)水力學(xué)清華大學(xué)水力學(xué)教研組編清華大學(xué)水力學(xué)教研組編 人民教育出版社人民教育出版社 水力學(xué)水力學(xué)陳正凡主編陳正凡主編 高等教育出版社高等教育出版社 教學(xué)計(jì)劃教學(xué)計(jì)劃 課程學(xué)時(shí)和學(xué)分課程學(xué)時(shí)和學(xué)分 ：總學(xué)時(shí)：總學(xué)時(shí)：24；理論學(xué)時(shí)：；理論學(xué)時(shí)：24； 考試：總成績評定中，開卷筆試占考試：總成績評定中，開卷筆試占70%，平時(shí)成績（包，平時(shí)成績（包 括作業(yè)與聽課情況等）占括作業(yè)與聽課情況等）占30% 。 學(xué)習(xí)內(nèi)容學(xué)習(xí)內(nèi)容 第一冊書第一冊書 第第0-3章，第章，第5章章 水力學(xué)的研究對象水力學(xué)的研究對象 物質(zhì)的三種形態(tài)物質(zhì)的三種形態(tài) 固體固體 液體液體 氣體氣體

3、 流體流體 研究對象：液體（水）研究對象：液體（水） 研究內(nèi)容：液體的平衡及機(jī)械運(yùn)動的規(guī)律研究內(nèi)容：液體的平衡及機(jī)械運(yùn)動的規(guī)律 水靜力學(xué)：液體平衡水靜力學(xué)：液體平衡 水動力學(xué)：液體運(yùn)動水動力學(xué)：液體運(yùn)動 水力學(xué)的應(yīng)用范圍水力學(xué)的應(yīng)用范圍 航空航天航空航天 船舶工業(yè)船舶工業(yè) 采礦工業(yè)采礦工業(yè) 金屬冶煉金屬冶煉 化學(xué)工業(yè)化學(xué)工業(yè) 機(jī)械工業(yè)機(jī)械工業(yè) 給排水工程給排水工程 鐵路及公路的建設(shè)工程鐵路及公路的建設(shè)工程 能源動力能源動力 水力發(fā)電工程水力發(fā)電工程 水力學(xué)的任務(wù)水力學(xué)的任務(wù) 確定水工建筑物的所受的水力載荷確定水工建筑物的所受的水力載荷 水力學(xué)的任務(wù)水力學(xué)的任務(wù) 確定水工建筑物的過水能力確定水工

4、建筑物的過水能力 水力學(xué)的任務(wù)水力學(xué)的任務(wù) 分析水流流動形態(tài)分析水流流動形態(tài) 水力學(xué)的任務(wù)水力學(xué)的任務(wù) 確定水流能量消耗和受力確定水流能量消耗和受力 水力學(xué)的任務(wù)水力學(xué)的任務(wù) 特殊水力問題特殊水力問題 水力學(xué)的任務(wù)水力學(xué)的任務(wù) 水力學(xué)的發(fā)展簡史水力學(xué)的發(fā)展簡史 中國古代水力學(xué)得發(fā)展中國古代水力學(xué)得發(fā)展 都江堰都江堰 靈渠靈渠 涇涇 水水 渭水渭水 鄭國渠鄭國渠 水力學(xué)的發(fā)展簡史水力學(xué)的發(fā)展簡史 中國古代水力學(xué)得發(fā)展中國古代水力學(xué)得發(fā)展 鄭國渠和白渠鄭國渠和白渠羅馬的排水管路系統(tǒng)羅馬的排水管路系統(tǒng) 水力學(xué)的發(fā)展簡史水力學(xué)的發(fā)展簡史 以純理論為基礎(chǔ)的古典水力學(xué)發(fā)展以純理論為基礎(chǔ)的古典水力學(xué)發(fā)展 水

5、力學(xué)的發(fā)展簡史水力學(xué)的發(fā)展簡史 以純理論為基礎(chǔ)的古典水力學(xué)發(fā)展以純理論為基礎(chǔ)的古典水力學(xué)發(fā)展 水力學(xué)的發(fā)展簡史水力學(xué)的發(fā)展簡史 以純理論為基礎(chǔ)的古典水力學(xué)發(fā)展以純理論為基礎(chǔ)的古典水力學(xué)發(fā)展 水力學(xué)的發(fā)展簡史水力學(xué)的發(fā)展簡史 現(xiàn)代水利學(xué)得發(fā)展現(xiàn)代水利學(xué)得發(fā)展 水力學(xué)的研究方法水力學(xué)的研究方法 現(xiàn)場觀測法現(xiàn)場觀測法 理論分析法理論分析法 實(shí)驗(yàn)研究法實(shí)驗(yàn)研究法 數(shù)值計(jì)算法數(shù)值計(jì)算法 現(xiàn)場觀測法是了解流體特性最直觀的方法現(xiàn)場觀測法是了解流體特性最直觀的方法。 理論分析法已達(dá)到較為成熟的程度理論分析法已達(dá)到較為成熟的程度。 科學(xué)實(shí)驗(yàn)是研究流體特性的一種重要的手段科學(xué)實(shí)驗(yàn)是研究流體特性的一種重要的手段。

6、數(shù)值計(jì)算法已在工程中得到了廣泛的應(yīng)用數(shù)值計(jì)算法已在工程中得到了廣泛的應(yīng)用。 本章重點(diǎn)和難點(diǎn)本章重點(diǎn)和難點(diǎn) 了解水力學(xué)的任務(wù)、在專業(yè)中的作用和研究方法。了解水力學(xué)的任務(wù)、在專業(yè)中的作用和研究方法。 掌握液體的連續(xù)介質(zhì)模型、流體的主要物理性質(zhì)；掌握作掌握液體的連續(xù)介質(zhì)模型、流體的主要物理性質(zhì)；掌握作 用在流體上的力的兩種形式：質(zhì)量力與表面力。用在流體上的力的兩種形式：質(zhì)量力與表面力。 重點(diǎn)：液體的連續(xù)介質(zhì)模型、密度與重度、粘性與理想流重點(diǎn)：液體的連續(xù)介質(zhì)模型、密度與重度、粘性與理想流 體模型、牛頓內(nèi)摩擦定律、壓縮性與不可壓模型、質(zhì)量力體模型、牛頓內(nèi)摩擦定律、壓縮性與不可壓模型、質(zhì)量力 與表面力與表

7、面力 難點(diǎn)：液體質(zhì)點(diǎn)的概念、連續(xù)介質(zhì)模型、牛頓內(nèi)摩擦定律難點(diǎn)：液體質(zhì)點(diǎn)的概念、連續(xù)介質(zhì)模型、牛頓內(nèi)摩擦定律 連續(xù)介質(zhì)假定（基本假定）連續(xù)介質(zhì)假定（基本假定） 研究水力學(xué)的基本假定研究水力學(xué)的基本假定 流體微團(tuán)（流體質(zhì)點(diǎn)）：宏觀上無限小，微觀上無限大流體微團(tuán)（流體質(zhì)點(diǎn)）：宏觀上無限小，微觀上無限大。 連續(xù)介質(zhì)假定：流體是由無數(shù)個流體質(zhì)點(diǎn)組成，這些連續(xù)介質(zhì)假定：流體是由無數(shù)個流體質(zhì)點(diǎn)組成，這些 流體質(zhì)點(diǎn)連續(xù)的無間隙的充滿整個流體所占的空間。流體質(zhì)點(diǎn)連續(xù)的無間隙的充滿整個流體所占的空間。 液體的基本性質(zhì)：易流動性（液體不能承受拉力，微小的液體的基本性質(zhì)：易流動性（液體不能承受拉力，微小的 剪切力就能

8、使液體發(fā)生形變和流動）剪切力就能使液體發(fā)生形變和流動） 假定的意義：一些宏觀上的物理量（密度，壓力，速度等）假定的意義：一些宏觀上的物理量（密度，壓力，速度等） 都與空間坐標(biāo)對應(yīng)，可采用連續(xù)函數(shù)，便于分析液體的性都與空間坐標(biāo)對應(yīng)，可采用連續(xù)函數(shù)，便于分析液體的性 質(zhì)。質(zhì)。 質(zhì)量、密度、體積、重力、容重和慣性質(zhì)量、密度、體積、重力、容重和慣性 水力學(xué)的主要物理性質(zhì)水力學(xué)的主要物理性質(zhì) 密度：單位體積的質(zhì)量密度：單位體積的質(zhì)量 容重：單位體積的重量容重：單位體積的重量 慣性：物體保持原來運(yùn)動狀態(tài)的特性慣性：物體保持原來運(yùn)動狀態(tài)的特性 v m v g maf 粘滯性和粘滯系數(shù)粘滯性和粘滯系數(shù) 水力學(xué)

9、的主要物理性質(zhì)水力學(xué)的主要物理性質(zhì) 粘滯性粘滯性 粘滯力粘滯力：當(dāng)液體處在運(yùn)動狀態(tài)時(shí)，若液體質(zhì)點(diǎn)之當(dāng)液體處在運(yùn)動狀態(tài)時(shí)，若液體質(zhì)點(diǎn)之 間存在著間存在著相對運(yùn)動相對運(yùn)動，則質(zhì)點(diǎn)間要產(chǎn)生內(nèi)摩擦力，則質(zhì)點(diǎn)間要產(chǎn)生內(nèi)摩擦力抵抗抵抗其相其相 對運(yùn)動性質(zhì)，這種性質(zhì)稱為液體的粘滯性，此內(nèi)摩擦力對運(yùn)動性質(zhì)，這種性質(zhì)稱為液體的粘滯性，此內(nèi)摩擦力 又稱為粘滯力又稱為粘滯力 粘滯性：一切液體都具有的性質(zhì)粘滯性：一切液體都具有的性質(zhì) 粘滯力：粘性粘滯力：粘性 相對運(yùn)動相對運(yùn)動 牛頓內(nèi)摩擦定律：牛頓內(nèi)摩擦定律： 切應(yīng)力：切應(yīng)力： du fa dz du fa dz fdu adz z u u+du u x z dz y

10、 水力學(xué)的主要物理性質(zhì)水力學(xué)的主要物理性質(zhì) 牛頓內(nèi)摩擦定律：牛頓內(nèi)摩擦定律： du fa dz du dz 或或 du dz 流速梯度流速梯度 為動力粘滯系數(shù)為動力粘滯系數(shù) 水力學(xué)的主要物理性質(zhì)水力學(xué)的主要物理性質(zhì) a.a.速度梯度的物理意義速度梯度的物理意義 角變形速度（剪切變形速度）角變形速度（剪切變形速度） du dz dudt dtgd dz dud dzdt udt (u+du)dt dudt dz d 流體流體與與固體固體在摩擦規(guī)律上完全不同在摩擦規(guī)律上完全不同 正比于正比于du/dz正比于正壓力，與速度無關(guān)正比于正壓力，與速度無關(guān) 水力學(xué)的主要物理性質(zhì)水力學(xué)的主要物理性質(zhì) 粘滯性

11、是產(chǎn)生水頭損失的根本原因粘滯性是產(chǎn)生水頭損失的根本原因 理想液體：沒有粘性的液體，是一種假想的液體理想液體：沒有粘性的液體，是一種假想的液體 粘滯系數(shù)粘滯系數(shù) 水力學(xué)的主要物理性質(zhì)水力學(xué)的主要物理性質(zhì) 牛頓內(nèi)摩擦定律：作層流運(yùn)動的液體，相互鄰近層間單位牛頓內(nèi)摩擦定律：作層流運(yùn)動的液體，相互鄰近層間單位 面積上所作用的內(nèi)摩擦力（或粘滯力），與流速梯度成正面積上所作用的內(nèi)摩擦力（或粘滯力），與流速梯度成正 比，同時(shí)與液體的性質(zhì)有關(guān)。比，同時(shí)與液體的性質(zhì)有關(guān)。 為運(yùn)動粘滯系數(shù)，國際單位：為運(yùn)動粘滯系數(shù)，國際單位：m m2 2/s/s 微觀機(jī)制：分子間吸引力、分子不規(guī)則運(yùn)動的動量交換微觀機(jī)制：分子間吸

12、引力、分子不規(guī)則運(yùn)動的動量交換 液體吸引力液體吸引力t t 氣體熱運(yùn)動氣體熱運(yùn)動t t 牛頓流體與非牛頓流體牛頓流體與非牛頓流體 0 dv/dz o 膨脹型流體膨脹型流體 牛頓流體牛頓流體 擬塑性流體擬塑性流體 塑性流體塑性流體 水力學(xué)的主要物理性質(zhì)水力學(xué)的主要物理性質(zhì) 水力學(xué)的主要物理性質(zhì)水力學(xué)的主要物理性質(zhì) 例題：一極薄的平板，在厚度分別為例題：一極薄的平板，在厚度分別為4cm的兩種油層中以的兩種油層中以 的速的速 度運(yùn)動。已知上層動力粘滯系數(shù)為下層的動力粘滯系數(shù)度運(yùn)動。已知上層動力粘滯系數(shù)為下層的動力粘滯系數(shù)2倍，兩油層在倍，兩油層在 平版上產(chǎn)生的總切應(yīng)力為平版上產(chǎn)生的總切應(yīng)力為 。試求

13、上、下油層的動力粘滯系。試求上、下油層的動力粘滯系 數(shù)。數(shù)。 4cm 4cm平版 u 20 duu l s dyy du dy 下上 0.8um s du dy 下上 30 1.520 201 1.00.5 202 aa p sp s 上 下下上 2 30mn 例：旋轉(zhuǎn)圓筒粘度計(jì)，外筒固定，內(nèi)筒轉(zhuǎn)速例：旋轉(zhuǎn)圓筒粘度計(jì)，外筒固定，內(nèi)筒轉(zhuǎn)速n=10r/min。內(nèi)外。內(nèi)外 筒間充入實(shí)驗(yàn)液體。內(nèi)筒筒間充入實(shí)驗(yàn)液體。內(nèi)筒r1=1.93cm，外筒，外筒 r2=2cm，內(nèi)筒高，內(nèi)筒高 h=7cm，轉(zhuǎn)軸上扭距，轉(zhuǎn)軸上扭距m=0.0045nm。求該實(shí)驗(yàn)液體的粘度。求該實(shí)驗(yàn)液體的粘度。 解：解： dy du 60

14、 2 n m 注意：注意：1. 1.面積面積a的取法；的取法； 2. 2.單位統(tǒng)一單位統(tǒng)一 h n r1 r2 12 1 0 rr r 1 ar0045. 02 11 rhr spa952. 0得 水力學(xué)的主要物理性質(zhì)水力學(xué)的主要物理性質(zhì) 壓縮性和壓縮系數(shù)壓縮性和壓縮系數(shù) 水力學(xué)的主要物理性質(zhì)水力學(xué)的主要物理性質(zhì) 壓縮性：液體受壓后體積要縮小，壓力撤除后也壓縮性：液體受壓后體積要縮小，壓力撤除后也 能恢復(fù)原狀，這種性質(zhì)稱為液體的壓縮性或彈性。能恢復(fù)原狀，這種性質(zhì)稱為液體的壓縮性或彈性。 用體積壓縮率或體積模量用體積壓縮率或體積模量k k來描述液體的壓縮性。來描述液體的壓縮性。 dv v dp

15、為體積壓縮系數(shù)，單位為為體積壓縮系數(shù)，單位為m m2 2/n/n dp d 或或 1 k 為體積模量，單位為為體積模量，單位為n/mn/m2 2 不可壓縮假定不可壓縮假定 表面張力表面張力 水力學(xué)的主要物理性質(zhì)水力學(xué)的主要物理性質(zhì) 毛細(xì)管現(xiàn)象毛細(xì)管現(xiàn)象 表面張力：自由表面上液體分子由一受兩側(cè)分子引力不表面張力：自由表面上液體分子由一受兩側(cè)分子引力不 平衡，使自由面上液體分子受有極其微弱的拉力平衡，使自由面上液體分子受有極其微弱的拉力 表面張力僅在自由表面存在，液體內(nèi)部并不存在。表面張力僅在自由表面存在，液體內(nèi)部并不存在。 作用在液體上的力作用在液體上的力 表面力表面力 質(zhì)量力質(zhì)量力 按物理性質(zhì)：重力、慣性力、彈性力、摩擦力、表面張力。按物理性質(zhì)：重力、慣性力、彈性力、摩擦力、表面張力。 按特點(diǎn)分：表面力和質(zhì)量力。按特點(diǎn)分：表面力和質(zhì)量力。 作用于液體的表面，其大小與受作用的表面面積成比例的作用于液體的表面，其大小與受作用的表面面積成比例的