水利水電專業(yè)水力學(xué)第一章緒論

水力學(xué)主講：XX

水利水電工程專業(yè)一、教材參考教材：1、趙振興，何建京。《水力學(xué)》，清華大學(xué)出版社，2010年第2版。

2、吳持恭。《水力學(xué)》，高等教育出版社，2008年第4版。二、教學(xué)安排?

授課：（包括習(xí)題課）52學(xué)時(shí)?實(shí)驗(yàn)：共16學(xué)時(shí)

三、成績(jī)?

期末：50%?平時(shí)：30%（作業(yè)、出席）?實(shí)驗(yàn)：20%（出席、動(dòng)手、實(shí)驗(yàn)報(bào)告）

四、基本要求?

遵守正常教學(xué)秩序，不遲到、不早退；

?按時(shí)交作業(yè)（A4紙）；?準(zhǔn)備課堂練習(xí)本、計(jì)算器，以備隨堂練習(xí)；

三峽大壩

長(zhǎng)江三峽水利樞紐工程，是中國(guó)長(zhǎng)江上游段建設(shè)的大型水利工程項(xiàng)目。分布在重慶市到湖北省宜昌市的長(zhǎng)江干流上，大壩位于三峽西陵峽內(nèi)的宜昌市。它是世界上規(guī)模最大的水電站，是中國(guó)也是世界上有史以來建設(shè)的最大的水壩。三峽水電站1992年獲得中國(guó)全國(guó)人民代表大會(huì)批準(zhǔn)建設(shè)，1994年12月14日正式動(dòng)工興建，2003年開始蓄水發(fā)電，于2009年全部完工。三峽工程建筑由大壩、水電站廠房和通航建筑物三大部分組成。大壩為混凝土重力壩，壩頂總長(zhǎng)3035米，壩高185米，泄洪壩段共有47座泄洪閘門，總庫(kù)容393億立方米，總裝機(jī)容量為1820千瓦時(shí)。新安江水電站建在浙江的新安江上,

為中國(guó)第一座自己勘測(cè)、設(shè)計(jì)、施工和自制設(shè)備的大型水電站。以發(fā)電為主，兼有防洪、灌溉、養(yǎng)殖、旅游等效益。總庫(kù)容220億立方米。主壩壩型為混凝土寬縫重力壩,最大壩高105米,壩頂長(zhǎng)度465.4米,

9孔，每孔凈寬13米，采用上下雙扇平板式鋼閘門，堰頂高程99米，最大泄流量1.4萬(wàn)立方米每秒?？傃b機(jī)容量66.25萬(wàn)千瓦，設(shè)計(jì)年發(fā)電量18.6億千瓦時(shí)。1957年開工，1965年竣工。新安江水電站大伙房水庫(kù)，又名凈月湖。位于遼河支流渾河中上游，遼寧省撫順市境內(nèi)，位于撫順市東郊渾河中游，距撫順市18km，距沈陽(yáng)市68km，是一座防洪、供水、灌溉、發(fā)電、養(yǎng)魚等綜合利用的大型水利工程。水庫(kù)狹長(zhǎng)，面積110平方公里，總庫(kù)容22億立方米，平均水深12.00米，最大水深36.00米，控制流域面積5437平方公里。主壩壩型為粘土心墻土壩，壩長(zhǎng)1695米，最大壩高49米。最大泄洪量5000立方米/秒。灌溉面積8.6萬(wàn)公頃，裝機(jī)容量3.2萬(wàn)千瓦，年均發(fā)電5600萬(wàn)度。大伙房水庫(kù)是沈撫兩地的自然“大水缸”，魚類養(yǎng)殖規(guī)模較大。大伙房水庫(kù)尼爾基水庫(kù)位于黑龍江省與內(nèi)蒙古自治區(qū)交界的嫩江干流上，壩址右岸為內(nèi)蒙古自治區(qū)莫力達(dá)瓦達(dá)斡爾族自治旗尼爾基鎮(zhèn)，左岸為黑龍江省訥河市二克淺鄉(xiāng)，下距黑龍江省第二大城市齊齊哈爾市公路里程約189千米。主要由主壩、副壩、溢洪道、水電站廠房及灌溉輸水洞（管）等建筑物組成。尼爾基水利樞紐工程主要由主壩、副壩、溢洪道、水電站廠房及灌溉輸水洞（管）等建筑物組成。水庫(kù)總庫(kù)容86.11億立方米，大壩總長(zhǎng)7180m，最大壩高41.5m。其中，主壩為瀝青混凝土心墻土石壩，壩頂長(zhǎng)度1676m，左、右岸副壩為粘土心墻土石壩。設(shè)11個(gè)泄流孔，單孔寬12m。堰頂高程199.80m，溢洪道最大下泄流量為20300

立方米/秒。尼爾基水庫(kù)第一章緒論主要內(nèi)容1.1水力學(xué)的定義、任務(wù)和發(fā)展史1.2液體的連續(xù)介質(zhì)模型1.3液體的主要物理性質(zhì)1.4作用于液體的力一、水力學(xué)的定義：

水力學(xué)是研究液體處于靜止和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的力學(xué)規(guī)律，并探討運(yùn)用這些規(guī)律解決工程實(shí)際問題的一門科學(xué)。水力學(xué)是力學(xué)的一個(gè)分支。二、水力學(xué)的任務(wù)：研究以水為代表的液體宏觀運(yùn)動(dòng)規(guī)律，即水在各種外力作用下，它的平衡和機(jī)械運(yùn)動(dòng)規(guī)律及其如何應(yīng)用這些規(guī)律來解決實(shí)際問題。第一節(jié)水力學(xué)的定義、任務(wù)和發(fā)展史水力學(xué)是流體力學(xué)的一個(gè)分支，是一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程，它是連接前期基礎(chǔ)課程和后續(xù)專業(yè)課程的橋梁。課程的學(xué)習(xí)將有利于力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)的鞏固與提高，培養(yǎng)分析、解決實(shí)際問題的能力，為專業(yè)課程的學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

力學(xué)基礎(chǔ)課程水力學(xué)專業(yè)基礎(chǔ)課程學(xué)科有關(guān)專業(yè)課程三、學(xué)科領(lǐng)域四、組成水靜力學(xué)水動(dòng)力學(xué)按水流存在狀態(tài)按研究的內(nèi)容基本理論：如三大方程基本應(yīng)用：如管、渠恒定流專門問題：消能、水擊五、研究方法1、理論分析：應(yīng)用物理、力學(xué)的基本原理，通過數(shù)學(xué)推導(dǎo)得到水流平衡及運(yùn)動(dòng)規(guī)律。2、科學(xué)實(shí)驗(yàn)：通過原型觀測(cè)、模型實(shí)驗(yàn)，找出水流的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。解決實(shí)際問題，彌補(bǔ)理論的不足。同時(shí)又可驗(yàn)證理論公式，是一種常用方法。3、數(shù)值計(jì)算：對(duì)于復(fù)雜邊界條件的流動(dòng)問題，通過數(shù)值計(jì)算的方法，利用計(jì)算機(jī)求得理論公式的近似解。六、水力學(xué)發(fā)展史公元3世紀(jì)，古希臘的阿基米德撰寫的“論浮體”奠定了水力學(xué)的基礎(chǔ)。在此后的千余年間，水力學(xué)沒有重大發(fā)展。公元15世紀(jì)到17世紀(jì)，達(dá)芬奇、伽利略、托里拆利、帕斯卡、牛頓等人用實(shí)驗(yàn)方法研究了靜水壓力、大氣壓力、壓強(qiáng)傳遞和水的切應(yīng)力等問題。牛頓內(nèi)摩擦定律公元18世紀(jì)以后，水力學(xué)得到了較快發(fā)展。主要為兩大類理論分析法科學(xué)實(shí)驗(yàn)法原型觀測(cè)模型試驗(yàn)伯努利方程數(shù)學(xué)分析方法歐拉方程謝才公式實(shí)驗(yàn)觀測(cè)雷諾實(shí)驗(yàn)達(dá)西定律第二節(jié)液體的連續(xù)介質(zhì)模型

液體與任何物質(zhì)一樣，都是由分子組成的，分子與分子之間是不連續(xù)而有空隙的。

水力學(xué)在研究液體運(yùn)動(dòng)時(shí)，只研究由于外力作用下的機(jī)械運(yùn)動(dòng)，不研究液體內(nèi)部的分子運(yùn)動(dòng)，也就是說只研究液體的宏觀運(yùn)動(dòng)而不研究微觀運(yùn)動(dòng)。歐拉在1753年提出了連續(xù)介質(zhì)的概念。在水力學(xué)中，把液體當(dāng)作連續(xù)介質(zhì)看待，即假設(shè)液體是一種連續(xù)充滿其所占據(jù)空間毫無空隙的連續(xù)體。實(shí)踐證明，在連續(xù)介質(zhì)這一假說的條件下得到的結(jié)論具有足夠的精度，完全能夠滿足工程實(shí)際的需要。連續(xù)介質(zhì)假設(shè)貢獻(xiàn)不考慮復(fù)雜的微觀分子運(yùn)動(dòng)運(yùn)用數(shù)學(xué)中的連續(xù)函數(shù)1.3液體的主要物理性質(zhì)1.質(zhì)量與重量國(guó)際單位：kg/m3

一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，溫度為4℃，水密度為ρ=1000kg/m3。水銀密度ρ=13.6×103kg/m3。密度：是指單位體積液體所含有的質(zhì)量。對(duì)于均質(zhì)液體：對(duì)于非均質(zhì)液體：重力：地球?qū)ξ矬w的引力。單位：N或KN，1N=1kg.m/s22.粘滯性

粘滯性：當(dāng)液體處在運(yùn)動(dòng)時(shí)，若液體質(zhì)點(diǎn)之間存在著相對(duì)運(yùn)動(dòng)，則質(zhì)點(diǎn)間要產(chǎn)生內(nèi)摩擦力抵抗其相對(duì)運(yùn)動(dòng)，這種性質(zhì)稱為液體的粘滯性。

易流性：液體一旦承受剪切力就會(huì)連續(xù)變形（即流動(dòng)），這種特性稱為易流性。粘滯性只有在流層間存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)才顯示出來，靜止液體是不顯示粘滯性的。也就是說，靜止?fàn)顟B(tài)下的液體是不能承受切力來抵抗剪切變形的。牛頓內(nèi)摩擦定律：或流速梯度為動(dòng)力粘滯系數(shù)，國(guó)際單位：N·s/m2為運(yùn)動(dòng)粘滯系數(shù)，國(guó)際單位：m2/s牛頓內(nèi)摩擦定律：作層流運(yùn)動(dòng)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），與流速梯度成正比，同時(shí)與液體的性質(zhì)無關(guān)。內(nèi)摩擦力單位面積上的內(nèi)摩擦力，切應(yīng)力

適用條件：牛頓流體（Newtonianfluid）

圖1.2

牛頓流體的適用條件

τ0du/dyτ1牛頓流體理想賓漢流體(泥漿,血液)偽塑性流體(尼龍,橡膠)膨脹性流體(生面團(tuán),濃淀粉)粘滯性是液體具有易流動(dòng)性的原因，也是液體產(chǎn)生水頭損失的根本原因。例:一極薄的平板，在厚度分別為4cm的兩種油層中以的速度運(yùn)動(dòng)。已知上層動(dòng)力粘滯系數(shù)為下層的動(dòng)力粘滯系數(shù)2倍，兩油層在平板上產(chǎn)生的總切應(yīng)力為。試求：上、下油層的動(dòng)力粘滯系數(shù)。4cm4cm平版u解：3.液體的壓縮性

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。用壓縮系數(shù)β或體積模量K來描述液體的壓縮性。

為體積壓縮系數(shù)，單位為m2/N。K單位為N/m2。

K值越大，表示液體愈不容易壓縮。對(duì)一般水利工程來說，可認(rèn)為水不可壓縮的。但在有壓管道中水擊計(jì)算時(shí)，則必須考慮水的壓縮性。4.液體的表面張力

表面張力：液體自由表面在分子作用半徑一薄層內(nèi)由于分子引力大于斥力而在表層沿表面方向產(chǎn)生的拉力。水力學(xué)問題中，一般不考慮表面張力的影響，但在水力學(xué)實(shí)驗(yàn)室中，測(cè)壓管插在液體中所產(chǎn)生的毛細(xì)現(xiàn)象，管內(nèi)液體會(huì)高于或低于管外的液體，必須考慮由于表面張力造成的影響。表面張力示意圖毛細(xì)管現(xiàn)象升高值降低值5.理想液體的概念

在水力學(xué)中液體分為理想液體和實(shí)際液體。

理想液體：就是把水看作絕對(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)。

有沒有考慮粘滯性：是理想液體和實(shí)際液體的最主要差別。第四節(jié)、作用在液體上的力

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。1.表面力

作用于液體的表面，其大小與受作用的表面面積成比例的力，稱為表面力。表面力又稱為面積力。如摩擦力、水壓力