水力学第一章 绪论

《水力学》学习指南第一章绪 论(一)液体的主要物理性质1．惯性与重力特性：掌握水的密度ρ和容重γ；2．粘滞性：液体的粘滞性是液体在流动中产生能量损失的根本原因。

描述液体内部的粘滞力规律的是牛顿内摩擦定律 :注意牛顿内摩擦定律适用范围：1)牛顿流体， 2)层流运动3．可压缩性：在研究水击时需要考虑。

4．表面张力特性：进行模型试验时需要考虑。

下面我们介绍水力学的两个基本假设： (二)连续介质和理想液体假设1．连续介质：液体是由液体质点组成的连续体,可以用连续函数描述液体运动的物理量。

2．理想液体：忽略粘滞性的液体。

（三）作用在液体上的两类作用力第二章 水静力学水静力学包括静水压强和静水总压力两部分内容。

通过静水压强和静水总压力的计算，我们可以求作用在建筑物上的静水荷载。

（一）静水压强：主要掌握静水压强特性,等压面,水头的概念，以及静水压强的计算和不同表示方法。

1．静水压强的两个特性：（1）静水压强的方向垂直且指向受压面（2）静水压强的大小仅与该点坐标有关，与受压面方向无关，2.等压面与连通器原理：在只受重力作用,连通的同种液体内, 等压面是水平面。

(它是静水压强计算和测量的依据）3．重力作用下静水压强基本公式（水静力学基本公式）p=p 0+γh 或 其中 ： z —位置水头，p/γ—压强水头（z+p/γ）—测压管水头请注意，“水头”表示单位重量液体含有的能量。

4．压强的三种表示方法：绝对压强p ′，相对压强p ， 真空度p v , ↑ 它们之间的关系为：p= p ′-p a p v =│p │（当p ＜0时p v 存在）↑相对压强:p=γh,可以是正值，也可以是负值。

要求掌握绝对压强、相对压强和真空度三者的概念和它们之间的转换关系。

1pa(工程大气压)=98000N/m 2=98KN/m2下面我们讨论静水总压力的计算。

计算静水总压力包括求力的大小、方向和作用点，受压面可以分为平面和曲面两类。

第一章绪论1-2．20℃的水2.5m3，当温度升至80℃时，其体积增加多少？[解] 温度转变前后质量守恒，即又20℃时，水的密度80℃时，水的密度那么增加的体积为1-4．一封锁容器盛有水或油，在地球上静止时，其单位质量力为假设干？当封锁容器从空中自由下落时，其单位质量力又为假设干？[解] 在地球上静止时：自由下落时：第二章流体静力学2-1．一密闭盛水容器如下图，U形测压计液面高于容器内液面h=1.5m，求容器液面的相对压强。

[解]2-3．密闭水箱，压力表测得压强为4900Pa。

压力表中心比A点高0.5m，A点在液面下1.5m。

求液面的绝对压强和相对压强。

[解]绘制题图中面上的压强散布图。

Bh 1h 2A Bh 2h 1hAB解：Bρgh 1ρgh 1ρgh 1ρgh 2AB ρgh2-14．矩形平板闸门AB一侧挡水。

已知长l=2m，宽b=1m，形心点水深h c=2m，倾角=45，闸门上缘A处设有转轴，忽略闸门自重及门轴摩擦力。

试求开启闸门所需拉力。

[解] 作用在闸门上的总压力：作用点位置：2-15．平面闸门AB 倾斜放置，已知α＝45°，门宽b ＝1m ，水深H 1＝3m ，H 2＝2m ，求闸门所受水静压力的大小及作用点。

45°h 1h 2BA[解] 闸门左侧水压力：作用点：闸门右边水压力：作用点：总压力大小：对B 点取矩：2-13．如下图盛水U 形管，静止时，两支管水面距离管口均为h ，当U 形管绕OZ 轴以等角速度ω旋转时，求维持液体不溢出管口的最大角速度ωmax 。

[解] 由液体质量守恒知，I 管液体上升高度与 II 管液体下降高度应相等，且二者液面同在一等压面上，知足等压面方程：液体不溢出，要求， 以别离代入等压面方程得2-16．如图，，上部油深h1＝1.0m，下部水深h2＝2.0m，油的重度=m3，求：平板ab单位宽度上的流体静压力及其作用点。

[解] 合力作用点：一弧形闸门，宽2m，圆心角=，半径=3m，闸门转轴与水平齐平，试求作用在闸门上的静水总压力的大小和方向。

第一章 绪论1-1．20℃的水2.5m 3，当温度升至80℃时，其体积增加多少？ [解] 温度变化前后质量守恒，即2211V V ρρ= 又20℃时，水的密度31/23.998m kg =ρ 80℃时，水的密度32/83.971m kg =ρ 321125679.2m V V ==∴ρρ 则增加的体积为3120679.0m V V V =-=∆1-2．当空气温度从0℃增加至20℃时，运动粘度ν增加15%，重度γ减少10%，问此时动力粘度μ增加多少（百分数）？ [解] 原原ρννρμ)1.01()15.01(-+==Θ原原原μρν035.1035.1==035.0035.1=-=-原原原原原μμμμμμΘ此时动力粘度μ增加了3.5%1-3．有一矩形断面的宽渠道，其水流速度分布为μρ/)5.0(002.02y hy g u -=，式中ρ、μ分别为水的密度和动力粘度，h 为水深。

试求m h 5.0=时渠底（y =0）处的切应力。

[解] μρ/)(002.0y h g dydu-=Θ)(002.0y h g dydu-==∴ρμτ 当h =0.5m ，y =0时)05.0(807.91000002.0-⨯⨯=τPa 807.9=1-4．一底面积为45×50cm 2，高为1cm 的木块，质量为5kg ，沿涂有润滑油的斜面向下作等速运动，木块运动速度u=1m/s ，油层厚1cm ，斜坡角22.620 （见图示），求油的粘度。

[解] 木块重量沿斜坡分力F 与切力T 平衡时，等速下滑yuATmgddsinμθ==001.0145.04.062.22sin8.95sin⨯⨯⨯⨯==δθμuAmgsPa1047.0⋅=μ1-5．已知液体中流速沿y方向分布如图示三种情况，试根据牛顿内摩擦定律yuddμτ=，定性绘出切应力沿y方向的分布图。

[解]1-6．为导线表面红绝缘，将导线从充满绝缘涂料的模具中拉过。

已知导线直径0.9mm，长度20mm，涂料的粘度μ=0.02Pa．s。

水力学整理版第1章绪论1水力学的研究对象以水为代表的液体的均衡和机械运动的规律及其在工程中的应用领域。

包括：水静力学水动力学2液体流动的基本特征（自己整理）物质的三态（固体、液体、气体）3连续介质假定假设液体质点之间没空隙，液体质点已连续充满著所占到的空间，其物理性质和运动要素都就是已连续原产的。

水力学中认为液体是易流动、不可压缩、均匀等向的连续介质。

4国际单位制（si）和工程单位制1.量纲和单位量纲：表示物理量性质的属性。

如：长度[l]，时间[t]，质量[m]，力[f]分为基本量纲和诱导量纲两种单位：量度各种物理量数值大小的标准。

例如：长度需用mm,m,km等则表示。

αβγ任何一个物理量的量纲需用三个基本量纲的指数乘积去则表示：[x]=[ltm]5国际单位制和工程单位制的差别和换算关系差别：选好的基本量纲相同，从而诱导量纲相同国际单位制度（si）:基本量纲选[l]、[t]、[m]诱导量纲：如果长度、时间、质量的单位采用：m、s、kg,则：力的单位：kgm/s2工程单位制：基本量纲选[l]、[t]、[f]诱导量纲：如果长度、时间、力的单位采用：m、s、kgf,则：质量的单位：kgfs2/m6液体的主要物理性质1.惯性、质量和密度设液体质量为m,加速度为a，则惯性力为f=-ma液体单位体积内所具备的质量称作密度，用ρ则表示。

均质液体：ρ=m/v非均质液体：??lim?m?v?0?v2.万有引力、重量、土壤湿度物体之间相互具有的吸引力称为万有引力。

地球对物体的引力称为重力（或重量g）g=mg液体单位体积内所具有的重量称为容重，用γ表示。

均质液体：γ=g/v 非均质液体：??lim?g?v?0?v3.粘滞性和粘滞系数在运动状态时，液体质点之间或流层之间就存有相对运动，此时，液体质点之间或流层之间会抗拒相对运动而产生质点之间的内摩擦力，内摩擦力做功而消耗有效机械能。

液体的这种特性称为粘滞性。

表征液体粘滞性质的系数称为粘滞系数。

第一章绪论
（一）课程地位
（二）水力学研究的对象
⏹1.水力学的定义
⏹水力学是研究液体（主要指水）宏观机械运动的规律，并探讨运用这些规律解决工程实际问题的一门科学。

⏹2.水力学的任务
研究以水为代表的，液体机械运动规律及其在工程中的应用。

⏹3.研究对象
液体
（三）水力学由以下内容构成
水力学所研究的基本规律：两大主要组成部分，水静力学和水动力学。

（四）水力学的在工程中的应用
2.确定水工建筑物过水能力
4.确定水流能量消耗和利用
农村小型自来水厂
5.特殊的水力学问题
三.液体的基本特征与连续介质的概念
2.连续介质的概念连续介质的概念
四.
1.惯性、质量与密度
V =ρ
2.粘滞性
，相互邻近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，
⏹
例题一极薄的平板，在厚度分别为4cm的两种油层中以的速度运动。

已知上层动力粘0.8u m s =
()du τμμ
=+
3. 液体的压缩性
4.
毛细管现象
汽化压强是指液体汽化和凝结达
2.
数值模拟
（2）模型试验
1. 水力学的定义
2．水力学的任务：研究以水为代表的机械运动规
（1）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。