水力学基础知识.ppt
课前小思考：什么是水力学？答：水力学是研究液体平衡和运动规律，以及这些规律在工程实际方面的应用的科学.本节内容：1、液体的主要物理性质2、水静力学3、水动力学4、流动阻力与水头损失 1.1.1液体的主要物理性质液体的主要物理性质 液体中分子之间的聚合力比固体小，因此液体的抗拉、抗剪能力是很小的，但具有相当大的抗压能力。由于液体具有流动性，所以它没有固定的形状，但具有固定的体积，并能形成自由表面。下面分别介绍液体的几个主要物理性质。1.1.1.1密度和容重密度和容重液体和固体一样具有质量。质量愈大，其惯性就愈大。对于匀质液体，单位体积所具有的质量称为密度，以符号表示，即：(11)式中 液体的密度，kgm3 液体的质量，kg 液体的体积，m3 对于匀质液体，单位体积所具有的重量称为容重，以符号表示，即：(12)式中液体的容重，N/m 液体的重量,N(牛顿)液体的体积,m 由于物体的重量G等于质量M与重力加速度 的乘积，所以密度和容重之间的关系为：=g （13）式中 重力加速度,=9.81m/s。以上关系式表明:液体的容重等于液体液体的容重等于液体的密度与重力加速度的乘积。的密度与重力加速度的乘积。液体的密度和容重受外界压力和温度的影响。因此，当表示某种液体的密度或容重值时，必须指出所处外界压力和温度条件。水在标准大气压条件下，温度为4C时，其密度和容重是：=1000kg/m3，=9810N/m（此处插入图片，不同温度下液体的质量和密度）1.1.1.2液体的压缩性与膨胀性液体的压缩性与膨胀性 当液体的温度不变，而外界的压力增大时，液体的体积减小，这种物理性质称为液体的压缩性。通过实验证明：当外界压强在10个大气压范围内，每增加一个大气压，水的体积相对减小量仅为十万分之五左右，这说明当外界压强条件增大时，液体的压缩性是很微小的，所以在实际工程中，可以不考虑压缩比的影响，将液体视为不可压缩液体看待。当液体的外界压强不变，而温度升高时，液体的当液体的外界压强不变，而温度升高时，液体的体积增大，这种物理性质称为液体的膨胀性。体积增大，这种物理性质称为液体的膨胀性。在实际给水工程问题中，水的压缩性和膨胀性一般均不考虑，也就是将水的密度、容重视为常数。1.1.1.3液体的粘滞性液体的粘滞性 在管、渠中的水流，通过实验可以证实：在过流断面上各质点流速不相同。在明渠中做无压流动的水流，自由表面的水质点流速最大，渠底水质点的流速为零；在圆管中做压力流动的水流，管中心水质点的流速最大，管内壁处的水质点流速为零。由于水流中各流层的流速不同，相邻两流层存在相对运动，这种相对运动使各流层的接触面上产生一种相互作用的剪切力。速度快的薄层对速度慢的薄层产生一种拖力；而速度慢的薄层对速度快的薄层产生一种反拖力（即阻力）。这种拖力与反拖力的剪切力是成对出现的，是作用与反作用力的具体表现，这种剪切力成为液体内摩擦力或称粘滞力。液体具有粘滞力的性质，就称为液体的粘滞性。必须指出，必须指出，当液体处于静止状态时，粘滞力不存在，粘滞当液体处于静止状态时，粘滞力不存在，粘滞性显示不出来。性显示不出来。液体粘滞性的大小，可用粘度来表达。液体粘滞性的大小，可用粘度来表达。实验证明：外界压强条件对液体的粘度影外界压强条件对液体的粘度影响甚小，而温度条件对液体粘度的影响明响甚小，而温度条件对液体粘度的影响明显。对于某种液体，温度增高，粘度减小；显。对于某种液体，温度增高，粘度减小；温度降低，粘度增大。温度降低，粘度增大。1.1.1.4表面张力表面张力 液体表层由于分子间的吸引力,而形成类似薄膜的表层,这个表面能承受一定的拉力,称为表面张力。例如水面稍高出碗口而不外溢。1.1.1.5汽化压力汽化压力 当液体分子具有足够大的动能时，就会克服分子间的引力，从液面释放出来而成为蒸汽，这种现象称为汽化汽化。液体汽化时所具有的外扩张压力（压强）就是汽化压力，也叫饱和蒸汽压力。若液体所受外界压力等于或稍低于汽化压力，液体就沸腾（冷沸）。水在正常流动时，如因压力降低而汽化时将影响水流运动，造成不良后果，必须注意防止。1.1.2水静力学水静力学 水静力学是研究水在静止状态下的力学规律，以及这些规律在工程上的应用的科学。静止状态是指对地球不作相对运动的状态。1.1.2.1静水压强及特性静水压强及特性静水压强有两个基本特性：（1）静水压强的方向垂直作用面，并指向作）静水压强的方向垂直作用面，并指向作用面。用面。（2）任意一点各方向的静水压强均相等。）任意一点各方向的静水压强均相等。1.1.2.2静水压强的分布规律静水压强的分布规律自由表面和表面压强：所谓自由表面是指水体与气体的交界面。在重力作用下静止液体的自由表面是水平面，如水箱、水池、江河的水面。液体的自由表面受上部气体压强作用，此压强称为表面压强，用符号P0表示；当自由表面上的压强为当地大气压时，用符号Pa表示，则P0=Pa。1.1.2.3压强的量度单位压强的量度单位(1)用单位面积上所受的压力表示：工程单位制中以kgfcm2或tfm2 表示。国际单位制中以Pa或 KPa表示。(2)以大气压表示。物理学中规定：以海平面的平均大气压（760mm高的水银柱的压强）为一标准大气压（代号atm），其数值为:1标准大气压（atm）=1.033 kgfcm2
