水力学教学课件(第1章绪论).ppt
- 文档编号:18813734
- 上传时间:2023-12-04
- 格式:PPT
- 页数:16
- 大小:283KB
水力学教学课件(第1章绪论).ppt
《水力学教学课件(第1章绪论).ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《水力学教学课件(第1章绪论).ppt(16页珍藏版)》请在冰点文库上搜索。
水力学,Hydraulics,主要内容Content,第1章绪论1Introduction第2章水静力学2Hydrostatics第3章水动力学基础3BasicHydrodynamics第4章相似原理和量纲分析4SimilitudeandDimensionalAnalysis第5章水头损失5HeadLoss第6章有压管流6PipeFlows第7章明渠流动7OpenChannelFlows第8章孔口、管嘴出流和堰流8Orifice,NozzleFlowsandWeirFlows第9章渗流9SeepageFlows,第1章绪论(Introduction),1.1水力学及其任务1.1.1水力学的定义与研究对象水力学研究液体机械运动规律的科学。
液体(liquid)与气体(gas)统称为流体(fluid)。
流体力学(fluidmechanics)研究流体机械运动规律的科学。
水力学为流体力学的一个分支。
水力学的研究对象是液体,液体的基本特征就是其具有流动性。
流动性(mobility)指任何微小切应力都会使液体流动的性质;或静止的液体不能承受任何微小切应力的作用。
流动性还表现在液体不能受拉。
1.1.2连续介质模型(continuum)液体是由大量的分子构成的,这些分子间存在空隙,描述液体的诸物理量(如密度、压强和流速等)在空间的分布是不连续的。
水力学的研究目的是液体的宏观机械运动规律,而这一规律恰恰是研究对象中所有分子微观运动的宏观表现。
1755年瑞士数学家、力学家欧拉(L.Euler)首先提出:
“液体是一个不存在分子间隙的连续介质。
”连续介质模型由密集质点构成的、内部无间隙的液体。
质点含有大量分子的,与一切流动空间相比体积可忽略不计的具有一定质量的液体微团。
建立连续介质模型:
(1)排除了分子运动的复杂性;
(2)引入质点的概念,各质点物理量都可视为空间坐标和时间变量的连续函数,可用数学分析方法来研究液体运动。
1.1.3水力学的研究方法,理论分析是通过对液体性质及流动特性的科学抽象,提出合理的理论模型,应用已有的普遍规律,建立控制液体运动的方程组,将流动问题转化为数学问题,并在一定的边界条件和初始条件下求解。
数值计算是在计算机应用的基础上,采用各种离散化方法(有限差分法、有限元法等),建立各种数值模型,通过计算机进行大规模数值计算,获得定量描述流场的数值解。
实验研究则是通过对具体流动的观察与测量来认识流动的规律。
理论上的分析结果需要经过实验验证,实验又须用理论来指导。
上述三种方法互相结合,为解决复杂的工程技术问题奠定了基础。
1.1.4水力学的任务,作为独立学科,在理论基础上可独立应用解决工程实际问题。
作为专业基础,可在诸多的领域中得到应用:
航海船的航行;水利引水、防洪;动力水力发电;机械液压传动、润滑;石油固井、采油、输油;化工分离、成型、输送;海洋海流、潮汐、海浪;医疗微循环、血液流变;军事导弹、投弹、鱼雷;体育游泳、赛艇;农业灌溉;交通桥涵、港口;土木基坑排水、材料输送;环境水污染治理;市政水源取水、水厂净化、管网输水、废水收集、管渠输送、泵站提升以及污水厂处理等。
1.2作用在液体上的力,取隔离体如图,并在隔离体表面,根据作用方式,可分为两类。
1.2.1表面力(surfaceforce),表面力通过直接接触,施加在隔离体接触表面上的力。
取微元面积A,若设,作用在A上的表面力为Fs,,根据力的分解原理则有:
A上Fs的法向分力为FP;,A上Fs的切向分力则为FV。
A,FP,Fs,FV,为A上的平均压应力,取极限,为A点的压应力,又称A点的压强(pressure);同理,为A点的切应力(shearstress)。
应力的单位是帕斯卡(Pascal),以符号Pa表示。
水力学中,通常以单位面积表面力的大小应力来表,1Pa相当于1N/m2。
示表面力,即,1.2.2质量力(bodyforce)质量力施加在隔离体每个质点上的力,如重力。
质量力与隔离体的质量成正比。
质量力的大小用单位质量力表示。
设一均质隔离体质量为m,所受质量力为Fb,则单位质量力为,在直角坐标系中有,于是,式中X、Y、Z为单位质量力在各坐标轴的分力。
若作用在液体上的质量力只有重力,如图所示。
单位质量重力则分别为:
z,单位质量力的单位为米每二次方秒(m/s2)。
y,x,mg,o,质量力的三个分力分别为:
密度的单位为千克每立方米(kg/m3)。
常用液体的密度:
4oC时水的密度水=1000kg/m3;常温下水银的密度汞=13600kg/m3。
1.3液体的主要物理性质,惯性(inertia)物体维持原有运动状态的性质。
通常用质量(mass)来衡量惯性大小。
液体的惯性则用单位体积液体的质量密度来衡量。
体积为V、质量为m、均质液体的密度(density)为,1.3.1惯性,1.3.2黏性(viscosity),液体流动时,质点之间会产生相对运动,产生摩擦阻力,从而阻碍流动。
液体的这种性质为黏性。
固体运动时摩擦发生在边界,液体运动时摩擦发生在内部。
因此,液体运动的摩擦又称内摩擦。
摩擦阻力又称内摩擦力或切力。
黏性是液体特有的性质。
y,u,U,y,y+dy,u,u+du,于是,或,以应力表示,上式称为牛顿内摩擦定律。
牛顿内摩擦定律,内摩擦力FV的大小与,
(1)速度梯度du/dy成正比;,
(2)液层的接触面积A成正比;,(3)液体的性质有关。
根据大量实验,牛顿(I.Newton)在1686年提出:
黏度在牛顿内摩擦定律中,比例系数又称为动力黏度(dynamicviscosity),单位是帕秒(Pas)。
动力黏度是液体黏性的度量,值越大,液体黏性越大,液体的流动性越差。
有时,动力黏度和密度经常以比的形式出现,也可用来描述液体的黏性,即,定义为运动黏度(kinematicviscosity),单位为,液体的黏度与温度有关,温度越高,黏度越小。
二次方米每秒(m2/s)。
理想液体(idealliquidoridealfluid)液体黏性的存在,往往给运动规律的研究带来极大困难,为简化理论分析,特引入理想液体的概念。
理想液体不存在黏性,或黏度为零的液体。
1.3.3压缩性(compressibility)压缩性指液体因压强增大,分子间距减小,体积缩小,密度增大的性质。
液体的压缩性用压缩系数表示。
一定温度下,液体体积为V,压强增加dp后,体积减小dV,则压缩系数表示为,不可压缩液体(incompressibleliquid)密度等常数,的液体。
1.3.4表面张力(surfacetension)特性,1.3.5汽化压强(vaporpressure)特性气蚀(cavitation),毛细现象(capillarity),
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 水力学 教学 课件 绪论