工程流体力学课件第一章 绪论

参考书：《水力学》《流体力学》工程流体力学世界最高坝（至2014.12）——罗贡坝世界最高的土石坝，也是世界最高坝。工程于1975年开工，1989年完工，位于塔吉克斯坦阿姆河支流瓦赫什河上。工程主要任务是灌溉与发电。最大坝高335米，坝顶长660米，坝顶宽20米，底宽1500米。坝体体积7550万立方米。水库库容133亿立方米。水电装机360万千瓦。

小湾水电站：最大坝高294.5米

目前世界已经蓄水的最高拱坝

位于云南省南涧县与凤庆县交界的澜沧江中游河段，是国家重点工程和实施西部大开发、“西电东送”战略的标志性工程，该电站总装机容量420万千瓦，总库容约149亿立方米。三峡大坝：世界上最大的混凝土重力坝三峡大坝坝顶高程185米，最大坝高181米；坝顶宽度15米；底部宽度一般为126米；大坝轴线全长2309米。混凝土浇筑量达1600多万立方米，1米见方的体积排列，可绕地球赤道三圈。最大113m的水位落差。五级船闸每次历时超过2.5-3小时。1917年，孙中山先生在《建国方略》中最早提出建设三峡（瞿塘峡、巫峡和西陵峡）工程的设想，称改良此上游一段，当以水闸堰其水，使舟得溯流以行，而又可资其水力。1932年，国民政府建设委员会派出勘测队在三峡进行为期约两个月的勘查和测量，编写了《扬子江上游水力发电测勘报告》，拟定了葛洲坝、黄陵庙两处低坝方案。这是我国专为开发三峡水力资源进行的第一次勘测和设计工作。1946年，国民政府资源委员会与美国垦务局正式签订合约，由该局代为进行三峡大坝的设计；中国派遣技术人员前往美国参加设计工作。有关部门初步进行了坝址及库区测量、地质调查与钻探、经济调查、规划及设计工作等。1947年5月，面临崩溃的国民政府，中止了三峡水力发电计划的实施，撤回在美的全部技术人员。美国垦务局工程师福斯脱在写给中国同事的信中说：伟大如三峡计划，中国自不能久置不问，相信于不久之将来，定有兴工之一日。词牌名：水调歌头

题目：游泳才饮长沙水，又食武昌鱼。万里长江横渡，极目楚天舒。不管风吹浪打，胜似闲庭信步，今日得宽余，子在川上曰：逝者如斯夫！风樯动，龟蛇静，起宏图。一桥飞架南北，天堑变通途。更立西江石壁，截断巫山云雨，高峡出平湖。神女应无恙，当惊世界殊。1956年，毛主席在武汉畅游长江后写下《水调歌头·游泳》，描绘出兴建三峡工程的宏伟蓝图。1994年12月14日正式开工建设，历经十年奋战，终于实现了一代伟人“更立西江石壁，截断巫山云雨，高峡出平湖”的世纪梦想。长江三峡水利枢纽，是当今世界上最大的水利枢纽工程，已被列为全球超级工程之一。它是一个具有防洪、发电、航运等多开发目标的大型水利水电工程。项目总投资约2050亿元人民币。2009年完工，能发电18000兆瓦，相当于18个核电站的发电量。改善650公里长江航线的航运条件。三峡大坝建在三斗坪中堡岛，建成后其雄伟壮观的大坝长达2335米，高达70米以上，犹如一座横跨长江上的“水上长城”。三峡大坝的利于弊:利：1防洪。能控制百年一遇洪水，确保中下游安全。遇千年一遇洪水，配合分洪区分洪，可避免发生毁坝的危害。2发电，3改善通航条件。弊：1淹没文物，2改变生态环境甚至滑坡，3移民安置社会问题，世界十大水坝混凝土重力坝

目前世界已建最高的是瑞士的大狄克逊，高285m，

中国最大的三峡，坝高181m。混凝土拱坝：

已建最高的为前苏联的英古里双曲拱坝，坝高271.5m，

在建的是中国的小湾，坝高294.5m；土石坝

已建最高的是前苏联的罗贡心墙土石坝，坝高335m。第一章

绪

论

§1—1水力学的研究内容

§1—2液体的主要物理性质§1—3作用在液体上的力§1—1水力学的研究内容

水力学：研究液体机械运动规律及其实际应用的一门科学，是力学的一个分支，它是专门研究水流运动的一门技术科学。自然界物质存在的一般形式有三种，即固体、液体和气体。

流体：液体和气体统称为流体，在性质上有许多异同之处，在一定条件下，水力学的运动规律也适用于气体运动。

流体与固体的主要区别：对外力抵抗的能力不同。

固体：可以抵抗一定的拉力、压力和剪力，当外力作用于固体时，固体将产生相应的变形，相应的科学有材料力学、弹性力学等。

流体：几乎不能承受拉力，处于静止状态下的流体还不能抵抗剪力，即流体在很小剪力作用下将发生连续不断的变形，流体的这种特性称为易流动性。§1—2

液体的主要物理性质

1连续介质模型（假说）

在水力学中，把液体作为连续介质看待，即假设液体是一种充满其所占据空间毫无空隙的连续体。（瑞士学者欧拉，1753年）把液体视为连续介质后，液体运动中的物理量都可视为空间坐标和时间的连续函数，就可以利用连续函数的分析方法来研究液体运动。实践也证明，采用液体连续介质模型解决—般工程中的水力学问题是能够满足要求的。

2

密度和容重

密度

ρ=M/V

量纲为M/L3

，国际单位为kg/m3

容重（均匀液体重度）：γ=Mg/V

量纲为

M/T2L2

，国际单位为N/m3—般采用g=9.8m/s2

一个标准大气压下，温度为40C时的纯净水（淡水）密度

容重

3．粘滞性

当液体处于运动状态时，若液体质点之间存在着相对运动，则质点间要产生内摩擦力抵抗其相对运动，这种性质称为液体的粘滞性或简称粘性，此内摩擦力又称为粘滞力。

牛顿平板实验：平板面积A，板间充满液体，设下板固定不动，上板受拉力T作用，以匀速U向右运动。当h或U不大时，板间速度为线形分布。牛顿内摩擦定律液体的粘滞系数μ，ν

粘性大的液体其μ，ν值也大，液体的性质对摩擦力的影响，可通过粘性系数来反映。液体的μ，ν随压力变化甚微，随温度变化较为敏感。理想液体模型：动力粘滞性系数μ=0（简化分析计算）4．压缩性

液体不能承受拉力，但能承受压力。

液体受压，体积缩小，内部产生一种企图恢复原状的内力（弹性力），卸压后，液体立即恢复原状，此性质称液体的压缩性或弹性，用体积压缩系数β或体积弹性系数K表示。

水的压缩性很小，一般工程中认为水不可压缩是足够精确的。当气体速度远小于音速时，气体的压缩性也不考虑。按物理性质分：重力、摩擦力、弹性力、表面张力及惯性力等按作用方式分：表面力、质量力两大类。1．表面力作用于液体的表面上，并与受作用的液体表面积成比例的力（压力与切力（压应力与切应力，摩擦力）。2．质量力作用于液体的每个质点上，并与受作用的液体的质量成比例的力（最常见的是重力，直线运动的惯性力、离心惯性力）。§1—3

作用在液体上的力

单位质量力：作用在单位质量液体上的质量力。

质量为M的均质液体，所