水力學(xué)的任務(wù)及其發(fā)展規(guī)律

1、第一章第一章 緒緒 論論 1-1 1 水力學(xué)的任務(wù)及其發(fā)展規(guī)律水力學(xué)的任務(wù)及其發(fā)展規(guī)律 一.水力學(xué)的任務(wù) （1）研究液體（主要是水）的平衡； （2）研究液體機(jī)械運(yùn)動(dòng)規(guī)律及其實(shí)際應(yīng)用。 二二. . 水力學(xué)的發(fā)展簡(jiǎn)史水力學(xué)的發(fā)展簡(jiǎn)史 四千年前的“大禹治水”，就已認(rèn)識(shí)到治水必須順?biāo)?性，應(yīng)引導(dǎo)疏通； 我國歷史上的三大水利工程都江堰、鄭國渠、靈渠，距 今2210-2250多年，當(dāng)時(shí)對(duì)明渠水流和堰流的認(rèn)識(shí)都已經(jīng) 達(dá)到了相當(dāng)高的水平，尤其是都江堰，為世界著名治水 工程的歷史典范，頌揚(yáng)至今。 流體力學(xué)的理論發(fā)展：流體力學(xué)的理論發(fā)展：16871687年牛頓的年牛頓的原理原理使流體力學(xué)開始變?yōu)榱W(xué)中的一個(gè)獨(dú)立

2、分支。使流體力學(xué)開始變?yōu)榱W(xué)中的一個(gè)獨(dú)立分支。 17831783年瑞士數(shù)學(xué)家伯諾里在年瑞士數(shù)學(xué)家伯諾里在流體動(dòng)力學(xué)流體動(dòng)力學(xué)中提出了伯諾里方程；中提出了伯諾里方程； 17551755年歐拉在年歐拉在流體運(yùn)動(dòng)的一般原理流體運(yùn)動(dòng)的一般原理中提出理想流體概念，并建立了理想中提出理想流體概念，并建立了理想 流體基本方程和連續(xù)方程，同時(shí)提出了速度勢(shì)的概念；流體基本方程和連續(xù)方程，同時(shí)提出了速度勢(shì)的概念； 17811781年拉格朗日首先引進(jìn)了流函數(shù)的概念；年拉格朗日首先引進(jìn)了流函數(shù)的概念； 18261826年法國工程師年法國工程師NavierNavier，18451845年英國數(shù)學(xué)家、物理學(xué)家年英國數(shù)學(xué)家

3、、物理學(xué)家StokesStokes提出了著名提出了著名 的的N-SN-S方程；方程； 18761876年雷諾發(fā)現(xiàn)了流體流動(dòng)的兩種流態(tài)：層流和紊流；年雷諾發(fā)現(xiàn)了流體流動(dòng)的兩種流態(tài)：層流和紊流； 18581858年亥姆霍茲指出了理想流體中旋渦的許多基本性質(zhì)及旋渦運(yùn)動(dòng)理論，并年亥姆霍茲指出了理想流體中旋渦的許多基本性質(zhì)及旋渦運(yùn)動(dòng)理論，并 于于18871887年提出了脫體繞流理論；年提出了脫體繞流理論； 1919世紀(jì)末，相似理論提出，使實(shí)驗(yàn)和理論分析緊密結(jié)合；世紀(jì)末，相似理論提出，使實(shí)驗(yàn)和理論分析緊密結(jié)合； 19041904年普朗特提出了邊界層理論；年普朗特提出了邊界層理論； 2020世紀(jì)世紀(jì)6060

4、年代以后，計(jì)算問題得到了很大的發(fā)展，流體力學(xué)不斷地得到了完年代以后，計(jì)算問題得到了很大的發(fā)展，流體力學(xué)不斷地得到了完 善與提高。善與提高。1-2 1-2 液體的主要物理性質(zhì)及作用于液體上的力液體的主要物理性質(zhì)及作用于液體上的力一. 液體的質(zhì)量和密度二液體的重量和容重（重度）三液體的黏滯性 體積彈性系數(shù) VdVdpK1五液體的表面張力 毛細(xì)現(xiàn)象：由于表面張力作用，玻璃管中液面 和與之連同的大容器中的液面不在同一水平面上，這種現(xiàn)象叫毛細(xì)現(xiàn)象。 四液體的壓縮性 體積壓縮系數(shù) dpVdV六作用于液體上的力六作用于液體上的力 按物理性質(zhì)：重力、慣性力、彈性 力、磨擦力、表面張力。 按特點(diǎn)分： 質(zhì)量力和表

5、面力。1-3 1-3 液體的基本特征和連續(xù)介質(zhì)的概念液體的基本特征和連續(xù)介質(zhì)的概念一液體的基本特征一液體的基本特征 在水力學(xué)中，認(rèn)為液體是連續(xù)充滿其所占據(jù)空間毫無空隙的連續(xù)體。 二連續(xù)介質(zhì)假設(shè)二連續(xù)介質(zhì)假設(shè) 假設(shè)液體是一種連續(xù)充滿其所占據(jù)空間的連續(xù)體,水力學(xué)所研究的液體是連續(xù)介質(zhì)的連續(xù)流動(dòng)。三理想液體的概念三理想液體的概念 理想液體就是把水看做是絕對(duì)不可壓縮、不能膨脹、沒有粘滯性、沒有表面張力的連續(xù)介質(zhì)。 1-4 1-4 水力學(xué)的研究方法水力學(xué)的研究方法 理論分析： 數(shù)值計(jì)算： 實(shí)驗(yàn)研究： 理論分析：理論分析： 將普遍規(guī)律、公理，如：將普遍規(guī)律、公理，如： 牛頓定律 能量守恒原理 力系的平衡定律 動(dòng)能定律 動(dòng)量定律等 用于液體分析中，建立液體微分方程、積分方程，優(yōu)化方程，結(jié)合邊界條件、限定條件求解。 數(shù)值計(jì)算：數(shù)值計(jì)算： 利用計(jì)算機(jī)技術(shù)，數(shù)值求解描述液體運(yùn)動(dòng)的微分方程、積分方程等，得到問題的數(shù)值解 例如，水力學(xué)實(shí)驗(yàn)研究例如，水力學(xué)實(shí)驗(yàn)研究 實(shí)驗(yàn)研究：實(shí)驗(yàn)研究： 對(duì)有關(guān)問