水工建筑物的渗流问题 水工建筑物的过水能力问题
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水力学的主要研究课题：
作用于建筑物表面上静水总压力 在压管中的恒定流 明渠恒定流 堰流及闸孔出流 泄水建筑物下游的水流衔接与消能 渗流
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连续介质的假说
假设液体是一种连续充满其所占据空间的毫无空隙 的连续体。水力学所研究的液体运动是连续介质的连 续流动。 意义：使描述液体运动的一切物理量在空间和时间上 连续，故可利用连续函数的分析方法来研究液体运动。
A线为牛顿液体，当液体种类一定、温
B
度一定时，η=const ，切应力与剪切
τ
C
变形速度成正比
A B线是理想宾汉液体，如泥浆、血浆等
D C线是伪塑性流体，如尼龙、橡胶的溶液、
η 1
颜料、油漆等
O
du/dy D线膨胀性流体，如生面团、浓淀粉糊等
（4）液体的粘滞性是液体运动产生能量损失的主要根源 实际液体与理想液体的概念
单位质量力
若一质量为M的均质液体，作用于其上的总质量力为F，则所受的
单位质量力为
f ， F与加速度有一样的量纲[L/T2]
M
若总质量力F在空间坐标上的投影分别为Fx、Fy、Fz、，单位质量
力在相应坐标上的投影为fx、fy、fz，则有
X Fx ,Y Fy , Z Fz MMM
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具体说：是以数学、物理、理论力学为基础，采 用理论分析与实验研究的方法，研究液体平衡和机械 运动的规律及其实际应用。
水静力学 按液体的存在形式
水动力学
基本原理 按研究的内容
工程应用
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实际工程中的水力学问题
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水对水工建筑物的作用力问题 水工建筑物的渗流问题
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河渠水面曲线问题
水工建筑物下游的消能问题
关于牛顿内摩擦定律的几点讨论
（1）
du dy
d dt
即
d dt
切应力与液体的剪切变形速度（率）成正比
证明：如图 d tan(d ) dudt
dy
故
d du
dt dy
DC AB
dudt
D′ C′ dθ
A′ B′
u+du u
（2）粘度 ——反映液体的性质对摩擦力的影响 。粘性大的液体η值大，
粘性小的液体η值小。单位：Ns/m2或PaS ，称为动力粘度
密度是指单位体积液体所含有的质量，用ρ表示
密度的量纲为[M/L3]，单位为kg/m3
对于均质液体， M V
液体的密度随温度和压强而变化，但这种变化
很小，水力计算中常把水的密度视为常数，采用
一个标准大气压、温度为4℃时蒸馏水的密度来计
算，即取ρ水=1000 kg/m3
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粘滞性
又称为粘滞力
当液体处在运动状态时，若液体质点之间存在着
工程中常用，
单位：m2/s，称为运动度
粘度值的主要影响因素有：液体的种类、液体的温度（对于液体，随 温度升高，粘度值减小；而对于气体，随温度的升高，粘度值增大）
对于水，
0.01775 1 0.0337t 0.000221t2
式中水温t以°C计，ν以cm2/s计
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（3）牛顿液体与非牛顿液体
一般把符合牛顿内摩擦定律的液体称为牛顿液体（属于水力学 研究的范畴），反之称为非牛顿液体（属于牛变学研究的范畴）。
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作用于液体上的力
表面力
•表面力是作用于液体的表面上，并与受作 用的表面面积成正比的力
总作用力 •表面力大小的度量 表面应力
按作用的特点分
•按表面力的作用方向分 压力或压强 切力或切应力
质量力
•质量力是指通过液体质量而起作用，其大 小与质量成正比的力，如重力、作惯用性于力单；位质量液 •质量力大小的度量 总质量力 体上的质量力
相对运动，则质点间要产生内摩擦力抵抗其相对运动
y
单位面积上的内摩擦力H
U
u
流速梯度
实验表明，内摩擦应力（粘滞应力） du
dy
牛顿内擦定律
du
dy
动力粘度，简称粘 度
作层流运动的液体，相邻液层间单位面积上所作用的
内摩擦力与流速梯度成正比，同时与液体的性质有关。 前进
加一个大气压，水的体积相对压缩值为2万分之一，故认
为水是不可压缩的液体。
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表面张力
表面张力是自由表面上液体分子由于受两侧分子引力 不平衡，使自由面上液体受有极其微小的拉力，它是 一种局部受力现象。
表面张力的大小可用表面张力系数σ来表示，σ是指自 由面上单位长度上所受拉力的数值，单位：N/m，其随液 体种类和温度变化而变化。对于20℃的水， σ=0.074N/m，对于水银σ=0.54N/m。
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压缩性
液体受压后体积缩小，即为压缩性；
压力撤除后恢复原状，为弹性。
dV
用体积压缩率来表示压缩性的大小：
V
dp
κ越大，表示液体越易压缩，单位：m2/N或Pa-1
还可用体积模量K来表示压缩性的大小： K 1
K越大，表示液体越不易压缩，单位：N/m2 或Pa
水的压缩性很小，在10℃时，K = 2×109 N/m2，即增
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绪论
主要内容：
❖水力学的任务 ❖实际工程中的水力学问题 ❖连续介质的假说 ❖液体的主要物理性质 ❖作用于液体上的力
前进 结束
水力学的任务
水力学是一门技术科学，是力学的一个分支， 是水利类专业的一门重要的技术基础课。
水力学的任务是研究液体（主要是水）的平衡 和机械运动的规律及其在实际工程中应用。
根据长期的生产和科学实验证明：利用连续介质的假 定所得出的有关液体运动规律的基本原理与客观实际 是十分符合的。
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液体的主要物理性质
•密度 •粘滞性 •压缩性 •表面张力
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密度
每个物理量都包括有量的数值及量的种类。 量的种类即称为量纲。同一种类的物理量 可有不同的单位，单位不同，量的数值也 不同。