1、n第一章第一章 液体的基本性质液体的基本性质n第二章第二章 水流运动的基本原理水流运动的基本原理n第三章第三章 水头损失水头损失第四章第四章 静水压力计算静水压力计算n第五章第五章 恒定管流水力计算恒定管流水力计算第六章第六章 明渠水流水力计算明渠水流水力计算第七章第七章 堰流和闸孔出流能力计算堰流和闸孔出流能力计算n第八章第八章 泄水建筑物下游水流的衔接与消能泄水建筑物下游水流的衔接与消能n目目 录：录：（一）课程地位（一）课程地位 水力计算技术是一门重要的专水力计算技术是一门重要的专业基础课程，它是衔接前期基础课程（工程力学、水业基础课程，它是衔接前期基础课程（工程力学、水利工程制图、工程
2、数学）和后续专业课程（水工建筑利工程制图、工程数学）和后续专业课程（水工建筑物、水电站、水利工程施工等）的桥梁。培养分析、物、水电站、水利工程施工等）的桥梁。培养分析、解决实际问题中水力计算技术的能力，为专业课程的解决实际问题中水力计算技术的能力，为专业课程的学习打下坚实基础。学习打下坚实基础。一一.课程的性质和任务课程的性质和任务（二）水力计算技术课程研究的对象（二）水力计算技术课程研究的对象n1.1.研究对象：研究对象：n 研究液体处于静止和运动状态下的水力基本研究液体处于静止和运动状态下的水力基本原理和计算方法，并探讨运用这些计算方法解原理和计算方法，并探讨运用这些计算方法解决工程实际问
3、题的一门专业技术基础课程。决工程实际问题的一门专业技术基础课程。n2.2.课程课程任务：任务：n 研究以水为代表的，液体机械运动规律及研究以水为代表的，液体机械运动规律及其在水工程中的应用。其在水工程中的应用。（三）水力计算技术课程由以下内容构成（三）水力计算技术课程由以下内容构成：由两大主要组成部分，：由两大主要组成部分，水力基础知识部分和专业应用部分。水力基础知识部分和专业应用部分。水力基础知识：液体的基本性质；水流水力基础知识：液体的基本性质；水流运动的规律。运动的规律。水力专业应用：静水压力计算；恒定管流水力专业应用：静水压力计算；恒定管流水力计算；明渠水力计算；堰流和闸孔出流能水力计
4、算；明渠水力计算；堰流和闸孔出流能力计算；水工建筑物下游消能水力计算力计算；水工建筑物下游消能水力计算研究对象：液体及不可压缩气体。研究对象：液体及不可压缩气体。（四）水力计算技术的在工程中的应用（四）水力计算技术的在工程中的应用 1.1.确定水工建筑物所受的静水压力确定水工建筑物所受的静水压力Fv vF2.2.确定水工建筑物过水能力确定水工建筑物过水能力3.3.分析水流流动形态分析水流流动形态4.4.确定水流能量消耗和利用确定水流能量消耗和利用农村小型自来水厂农村小型自来水厂三峡大坝泄洪三峡大坝泄洪5.5.特殊的水力学问题特殊的水力学问题某污水处理厂某污水处理厂二二.液体的基本特征与连续介质
5、的概念液体的基本特征与连续介质的概念n1.1.液体的基本特性：液体的基本特性：液体与固体的主要区别在于易流动性，液体与固体的主要区别在于易流动性，而液体与气体的主要区别在于是否具有可而液体与气体的主要区别在于是否具有可压缩性。压缩性。因此液体易流动性、不易压缩的特性使因此液体易流动性、不易压缩的特性使液体有许多与固体和气体不同的运动特征。液体有许多与固体和气体不同的运动特征。连续介质的概念连续介质的概念：即假设液体是一种连续充即假设液体是一种连续充满其所占据空间毫无空隙的连续体。满其所占据空间毫无空隙的连续体。特点特点：液体中的一切物理量都可以视为空间：液体中的一切物理量都可以视为空间坐标和时
6、间的连续函数，因此可采用连续函坐标和时间的连续函数，因此可采用连续函数的分析方法。数的分析方法。长期的生产和科学实验证明：利用连续长期的生产和科学实验证明：利用连续介质假定所得出的有关液体运动规律的基本介质假定所得出的有关液体运动规律的基本理论与客观实际是十分符合的。理论与客观实际是十分符合的。因此液体的基本特性是因此液体的基本特性是：易流动性、不：易流动性、不易压缩、均匀等向的连续介质。易压缩、均匀等向的连续介质。2.2.连续介质的概念连续介质的概念三三.液体的主要物理性质液体的主要物理性质1.1.惯性、质量与密度惯性、质量与密度惯性力：当液体受外力作用使运动状态发惯性力：当液体受外力作用使
7、运动状态发生改变时，由于液体的惯性引起对外界抵生改变时，由于液体的惯性引起对外界抵抗的反作用力。抗的反作用力。Fma 单位：单位：N N密度：是指单位体积液体所含有的质量。密度：是指单位体积液体所含有的质量。Vm国际单位：国际单位：kg/mkg/m3 3 一个标准大气压下，温度为一个标准大气压下，温度为44，水密度，水密度为为1000kg/m1000kg/m3 3 。2.万有引力特性，重力与容重万有引力特性，重力与容重万有引力万有引力：是指任何物体之间相互具有吸引：是指任何物体之间相互具有吸引力的性质，其吸引力称为万有引力。力的性质，其吸引力称为万有引力。重力重力：地球对物体的引力称为重：地球
8、对物体的引力称为重力，或称为重量。力，或称为重量。大小为：大小为：G GMgMg，g g：重力加速度。：重力加速度。液体的容重：液体的容重：是指单位体积液体所具是指单位体积液体所具有的重量。有的重量。国际单位：国际单位：N Nm m3 339.8GmgVVKN m3.3.粘滞性粘滞性牛顿内摩擦定律：牛顿内摩擦定律：duTAdydudy或或dydu流速梯度流速梯度为动力粘滞系数为动力粘滞系数为运动粘滞系数，国际单位：为运动粘滞系数，国际单位：m m2 2/s/sn牛顿内摩擦定律的适用条件：牛顿内摩擦定律的适用条件：n 层流运动和牛顿液体。层流运动和牛顿液体。n粘滞性是产生水头损失的根本原因粘滞性
9、是产生水头损失的根本原因4.液体的液体的压缩性压缩性 压缩性：液体受压后体积要缩小，压压缩性：液体受压后体积要缩小，压力撤除后也能恢复原状，这种性质称为液力撤除后也能恢复原状，这种性质称为液体的压缩性或弹性。体的压缩性或弹性。用体积压缩率或体积模量用体积压缩率或体积模量K K来描述液体来描述液体的压缩性。的压缩性。dVVdp 为体积压缩系数，单位为为体积压缩系数，单位为m m2 2/N/N1K K K值越大，表示值越大，表示液体愈不容易压缩。液体愈不容易压缩。对一般水利工程来说对一般水利工程来说，可认为水不可压缩，可认为水不可压缩的。但在有压管道中的。但在有压管道中水击计算时，则必须水击计算时
10、，则必须考虑水的压缩性。考虑水的压缩性。5.液体的液体的表面张力表面张力 表面张力：自由表面张力：自由表面上液体分子由一表面上液体分子由一受两侧分子引力不平受两侧分子引力不平衡，使自由面上液体衡，使自由面上液体分子受有极其微弱的分子受有极其微弱的拉力拉力 表面张力仅在自表面张力仅在自由表面存在，液体内由表面存在，液体内部并不存在部并不存在。表面张力示意图表面张力示意图毛细管现象毛细管现象6.汽化压强汽化压强 汽化压强是指液体汽化和凝结达汽化压强是指液体汽化和凝结达到平衡时液面的压强。汽化压强随液到平衡时液面的压强。汽化压强随液体的种类和温度的不同而改变。水利体的种类和温度的不同而改变。水利工程
11、中的空化现象与液体的汽化压强工程中的空化现象与液体的汽化压强有关，需要注意。有关，需要注意。综上所述，液体的惯性、重力特综上所述，液体的惯性、重力特性和粘滞性对液体运动有重要的影响，性和粘滞性对液体运动有重要的影响，而液体的可压缩性、表面张力和汽化而液体的可压缩性、表面张力和汽化压强只有在特殊问题中才需要考虑，压强只有在特殊问题中才需要考虑，请注意区分。请注意区分。7.理想液体的概念理想液体的概念 在水力学中液体分为理想液体和实际液在水力学中液体分为理想液体和实际液体。体。理想液体：就是把水看作绝对不可压缩、理想液体：就是把水看作绝对不可压缩、不能膨胀、没有粘滞性、没有表面张力的连不能膨胀、没
12、有粘滞性、没有表面张力的连续介质。续介质。有没有考虑粘滞性：是理想液体和实际有没有考虑粘滞性：是理想液体和实际液体的最主要差别。液体的最主要差别。四四.作用在液体上的力作用在液体上的力 按物理性质：重力、惯性力、弹性力、按物理性质：重力、惯性力、弹性力、摩擦力、表面张力。摩擦力、表面张力。按特点分：表面力和质量力按特点分：表面力和质量力。1.表面力表面力 作用于液体的表面，其大小与受作用作用于液体的表面，其大小与受作用的表面面积成比例的力，称为表面力。如的表面面积成比例的力，称为表面力。如摩擦力、水压力、边界对液体的反作用力摩擦力、水压力、边界对液体的反作用力2.质量力质量力 质量力是作用在每
13、个液体质点上其大小质量力是作用在每个液体质点上其大小与液体的质量成正比。如重力、惯性力。与液体的质量成正比。如重力、惯性力。单位质量液体所受到的质量力，称为单位质量液体所受到的质量力，称为单位质量力，用单位质量力，用 表示表示。MFf f五五.水力学的研究方法水力学的研究方法1.1.理论分析理论分析2.2.科学试验科学试验等等等等经典力学的基本原理：经典力学的基本原理：牛顿的三大定律、动量定律、动能定律牛顿的三大定律、动量定律、动能定律水流运动的基本方程式：水流运动的基本方程式：连续性方程、能量方程、动量方程连续性方程、能量方程、动量方程1.理论分析理论分析2.2.科学试验科学试验（1 1）原
14、型观测）原型观测（2 2）模型试验）模型试验（3 3）系统试验）系统试验（4 4）数值模拟）数值模拟（1 1）原型观测）原型观测 在野外或水工建筑物现场，对水流运动在野外或水工建筑物现场，对水流运动进行观测，收集第一性资料，为检验理论分进行观测，收集第一性资料，为检验理论分析成果或总结某些基本规律提供依据。析成果或总结某些基本规律提供依据。（2 2）模型试验）模型试验 当实际水流运动复杂，而理论分析困难，无法当实际水流运动复杂，而理论分析困难，无法解决实际工程的水力学问题时采用。解决实际工程的水力学问题时采用。指在实验室内，以水力相似理论为指导，把实指在实验室内，以水力相似理论为指导，把实际工
15、程缩小为模型，在模型上预演相应的水流运动际工程缩小为模型，在模型上预演相应的水流运动，得出模型水流的规律性，再把模型试验成果按照，得出模型水流的规律性，再把模型试验成果按照相似关系换算为原型的成果以满足工程设计的需要相似关系换算为原型的成果以满足工程设计的需要（3 3）系统试验）系统试验 在实验室内，小规模的造成某种水流运动，用在实验室内，小规模的造成某种水流运动，用已进行系统的实验观测，从中找到规律。已进行系统的实验观测，从中找到规律。（4 4）数值模拟）数值模拟 通过求解水流的运动方程来得到模拟区域内通过求解水流的运动方程来得到模拟区域内任意时刻任意位置力和运动要素的值。任意时刻任意位置力
16、和运动要素的值。先进先进性：采用计算机、流体计算软件等高新技术。性：采用计算机、流体计算软件等高新技术。经济性：可给定不同的边界条件，进行大量的模经济性：可给定不同的边界条件，进行大量的模拟，给出足够多的力和运动要素值以进行分析。拟，给出足够多的力和运动要素值以进行分析。本章小结本章小结 1.1.水力计算技术的研究对象和内容。水力计算技术的研究对象和内容。2 2课程的任务：研究以水为代表的课程的任务：研究以水为代表的机械运动规律及其在工程中的应用。机械运动规律及其在工程中的应用。3 3液体的基本特性：易流动性、不液体的基本特性：易流动性、不易压缩、均匀等向的连续介质。易压缩、均匀等向的连续介质
17、。4 4液体的主要物理特征：惯性液体的主要物理特征：惯性.重力特重力特性性.均质液体的质量与密度均质液体的质量与密度.粘滞性粘滞性.压缩压缩性性.表面张力特性表面张力特性.和汽化压强。和汽化压强。其中粘滞性是本章的重点，掌握牛顿内摩其中粘滞性是本章的重点，掌握牛顿内摩擦定律的物理意义，其适用条件是层流运擦定律的物理意义，其适用条件是层流运动和牛顿液体。动和牛顿液体。5 5理想液体的概念：无粘性的液体。理想液体的概念：无粘性的液体。6 6作用在液体上的力：质量力和表面力。作用在液体上的力：质量力和表面力。（1）质量力：作用在液体内部每个质点）质量力：作用在液体内部每个质点上，并且与液体质量成正比。上，并且与液体质量成正比。（2）表面力：作用在液体上，并且与表）表面力：作用在液体上，并且与表面积成正比。面积成正比。
