水力学课件主讲人华北水利水电学院孙东坡教授

1、)1 第一讲 绪论和水静力学2第一章: 绪论（一）水力学的性质与任务1.性质：水利水电工程专业 的技术基础课32.任务：研究液体在静止与运动状态下力学规律及其工程应用3.研究对象：以水为代表，反映宏观运动特征的液体44.在水电工程中的应用：（1）确定水力荷载FFF54.在水电工程中的应用：（1）确定水力荷载FvvF6（2）确定过流能力7（3）分析水流流动形态 8（4）水流能量的利用与消散 9（5）特殊水力学问题 10(二)液体的基本特征1.易流动性：流动连续的变形 2.连续介质：由质点组成的无空隙连续体 11(3) 粘滞性(4) 可压缩性(5) 表面张力特性和汽化压强(三)液体的主要物理性质

2、惯性 (2) 重力特性 水=1000kg/m3 水=9800N/m3(1) 惯性(2) 重力特性(3) 粘滞性(1) 惯性(2) 重力特性(3) 粘滞性12（1）产生液体流动速度的不均匀分布（2）产生液体流动中的能量损失粘滞性引起 ：13平板边界的模拟流动14dduuyyyx明渠流速分布15牛顿内摩擦定律：dydumt=动力粘滞系数 适用范围：1)牛顿流体 2)层流运动 161.理想液体：忽略粘滞性的液体2.实际液体：存在粘滞性的液体 (四)液体的两种分类:171.表面力：压力、剪切力等（五）液体所受外力的分类： 2.质量力 ：重力、离心惯性力等 18(一)静水压强：1静水压强的两个特性：第二

3、章 水静力学（1）垂直指向受压面（2）大小与受压面方向无关19AB（1）方向：垂直指向受压面（2）大小：与受压面方位无关202.等压面与连通器原理：只受重力作用,连通的同种静止液体内, 等压面是水平面21hpp+= 03. 静水压强基本公式cpz=+p0p0h h z位置水头p/压强水头22在静止液体内部任何一点的 z+p/= 常数 z+p/= 常数 z+p/= 常数 z+p/测压管水头2324P0025P00264. 压强的三种表示方法:pppp pva=-=绝对压强 p 相对压强 p真空压强 pv仅当p0时pv存在 271pa(工程大气压) =98000N/m2=98KN/m2mmHgPa

4、OmHPa73611012=gg压强计量单位换算28例1: 静止液体中A点的相对压强p1=8KN/m2, B点的绝对压强p2=78KN/m2，求A点的绝对压强，B点的相对压强和真空度，A、B两点的压强差。 29解: A点相对压强 p1= 8KN/m2绝对压强 p1 = pa+p1=98+8 =106KN/m2P10, 真空度不存在30解: B点绝对压强 p2 = 78KN/m2相对压强 p2 = p2-pa=78-98 = -20KN/m2真空度 pv = p2 =20KN/m231解: A、B两点的压强差 PA- pB=106-78=28 KN/m2(以绝对压强计)pA- pB =8-(-2

5、0)=28 KN/m2(以相对压强计) 32如图示复式比压计, 已知油的比重为0.8, 水银的比重13.6,例2:求A、B两点的压强差?0.6m0.3m0.2m水油水银0.4m水0.5mABCCDDEEFGG33解：计算如下6.04.03.02.05.0-=+=-=+=水泵油汞水gggggEBDECDACpppppppp0.6m0.3m0.2m水油水银0.4m水0.5mABCCDDEEFGG34()()2/569.783.05.06.004.2.0mNppBA=-+=-油水汞ggg6.04.03.02.05.0ppAB-+-+=水汞油汞水ggggg351.平面壁静水总压力（1）图解法： 大小：

6、P=b -压强分布图面积 方向: 垂直指向受压面（二）静水总压力的计算36ABCPP37 作用线：过压强分布图形心 作用点D： 位于对称轴上212123hhhhLe+=38ABCPP39大小: P=pcA,pc形心处压强方向: 垂直指向受压平面AyIyyCCCD+=作用点:(2) 解析法:40例3: 引水涵管进口高h=1m, 宽b=1m, H1=5m， H2=2m, =45,矩形盖板与坝铰接, 不计摩擦及盖板重，求提升盖板所需力F。FH1铰OhH2(1)下游无水(2)下游有水 4132例3: (1)下游无水时FH1铰Oh42例3: (1)下游无水时mhHyc36.6sin5.01=-=ahc

7、=H1-0.5h=4.5m P =hcA= 62.18KN43对铰O取矩)sin5.0(1shPF+=a F=45.95KNmAyIscC026.0= y - y D C=44232例3:(2)下游有水时3FH1铰ohH245例3:(2)下游有水时p=(H1-H2) =29.40KN/m2P=pA=41.45KN其合力为46FKN31.29=KN31.29=hPF5.01=sina对铰O取矩47(1) 水平分力:Px=pcAx=hcAx(2) 铅垂分力: Pz=V2. 曲面壁静水总压力xzPParctg=a(4) 合力方向:(3) 合力:22ZXPPP+=48(5) 水平分力的确定PzPz49(6) 压力体剖面图的绘制Px50例4：盛水容器宽度为b，圆弧曲面BC半径为R。绘出平面AB 的压强分布图，曲面BC的压力体剖面图及水平分力的压强分布图，确定铅垂分力的大小和方向 。51PXPZHRABC52 解：(1)平面 AB ： bHP221g=bRRRHPz41)(2pg-+= (2)曲面BC： RbRHHPx)(21gg