【水力學(xué)】-水力學(xué)相關(guān)教案2

PAGEPAGE5/5水力學(xué)教案第一章 緒 論【教學(xué)基本要求】、明確水力學(xué)課程的性質(zhì)和任務(wù)。、了解液體的基本特征，理解連續(xù)介質(zhì)和理想液體的概念及其在水力學(xué)研究中的作用。、理解液體個主要物理性質(zhì)的特征和度量方法，重點掌握液體的重力特性、慣性、粘滯、了解質(zhì)量力、表面力的定義，理解單位面積表面力（壓強、切應(yīng)力）和單位質(zhì)量力的物理意義?！緦W(xué) 習(xí) 重 點】、連續(xù)介質(zhì)和理想液體的概念。、作用在液體上的兩種力。【內(nèi)容提要和教學(xué)重點】水力學(xué)課程的性質(zhì)和任務(wù)連續(xù)介質(zhì)的概念構(gòu)也就沒有必要了。這樣我們就可以提出下列假設(shè)：即液體所占據(jù)的空間是由液體質(zhì)點連續(xù)地?zé)o空隙地充滿的，組成液體的質(zhì)點運動的物理量是連續(xù)變化的連續(xù)函數(shù)。這就是連液體的基本特征（純水卻可以承受（一，這是液體的第二個基本特征。液體的熱脹性也比較小。與液體比較，氣體既沒有一定的易變形的、不易被壓縮的、均勻等向的連續(xù)介質(zhì)。實踐證明，這一基本特征研究液體運動所得出的結(jié)論是液體的主要物理性質(zhì)在水力學(xué)中，與機械運動有關(guān)的液體主要物理性質(zhì)如下：（）液體的慣性、質(zhì)量和密度慣性是物體具有的反抗改變它原有運動狀態(tài)的物理特性。質(zhì)量是物體慣性大小的度量，常以符號表示當(dāng)物體受其到它物體的作用而改變運動狀態(tài)時它反抗改變原來的運動狀態(tài)而作用在其它物體上的反作用力稱為慣性力，慣性力的表達(dá)式為：F Maρ表示。請注意在國際單位（）液體的重量與容重地球?qū)ξ矬w的萬有引力稱為重力，或稱為物體具有的重量，常用符號表示γρ。液體的密度和容重隨溫度和壓強的改變而變化，但這種變化很小，通常可以視作常數(shù)。。（）液體的粘滯性和粘滯系數(shù)牛頓內(nèi)摩擦定律的內(nèi)容敘述如下當(dāng)液體內(nèi)部的液層之間存在相對運動時相鄰液層間的內(nèi)摩擦力的大小與流速梯度 和接觸面面積成正比，與液體的性質(zhì)（即粘滯性）有關(guān)，而與接觸面上的壓力無關(guān)。dudyμ（稱為運動粘滯系數(shù)，它的單位是（或。

μμ的數(shù)值隨μ值的大小隨壓強的變化可以忽略不計但溫度對它的影響卻比較大而且對液體與氣體的影響規(guī)律還不相同。具體表現(xiàn)為，溫度升高，液體的粘滯性降低，氣體的粘滯性增大。其原因可簡單解釋如下液體的粘滯性是由分子引力產(chǎn)生的溫度升高，分子間距增大，內(nèi)聚力減小，粘滯性減小；氣體的粘滯性是由分子碰撞產(chǎn)生的，溫度升高，分子碰撞加劇，粘滯性增大例如溫度由15℃升高到50℃,水μ值將減空氣μ值將增可見溫度對液體粘滯性的影響遠(yuǎn)比氣體為大。例如，溫度為2℃時，μ ,μ 空μ＝，但水的ν×-6m2，空氣ν×-6m2.牛頓內(nèi)摩擦定律的另一種表達(dá)式，表示切應(yīng)力τ與剪切變形速度d的關(guān)系，即dtddt需要強調(diào)的是：牛頓內(nèi)摩擦定律只適用于牛頓流體作層流運動，牛頓流體是指在溫度不變的情況下切應(yīng)力τ與流速梯度du成正比，這時粘滯系數(shù)μ為常數(shù)。dy對于靜止液體，液體質(zhì)點之間沒有相對運動，因而也就不存在粘滯切應(yīng)力。（）液體的壓縮性β或體積彈性系數(shù)表示，即dVVdVVdp

或 K1

1ddpββ值的單位是。（）液體的表面張力特性表面張力是僅在液體自由表面上存在的局部水力現(xiàn)象，它使液體表面有盡量縮小的趨力σ度量，它表示液體自由面上單位長度所受到拉力的大小，單位為（。表面張力系數(shù)σ20。（）汽化壓強：汽化壓強是指液體汽化和凝結(jié)達(dá)到平衡時液面的壓強。汽化壓強隨液體的種類和溫度的不同而改變。水利工程中的空化現(xiàn)象與液體的汽化壓強有關(guān)，需要注意。綜上所述，液體的各種物理特性，它們各自不同程度地影響著液體的運動，其中慣性、“理想液體”的概念。理想液體量綱和單位量綱分為基本量綱和導(dǎo)出量綱，單位也分為基本單位和導(dǎo)出單位?；玖慷际仟毩⒌?，構(gòu)成一組基本量綱，這三個物理量的基本單位千克（組成的單位制稱為國際單位制。某一個物理量的量綱可以表示成基本量綱的單項指數(shù)乘積形式，即[][··] （—）[]其在不同單位制下的單位。．作用在液體上的兩種力請理解單位質(zhì)量力和單位面積表面力（壓強和切應(yīng)力τ）的含義及相應(yīng)的單位與量綱。．水力學(xué)的研究法【思考題】液體的基本特征是什么？它與氣體、固體有什么區(qū)別？為什么要引進(jìn)連續(xù)介質(zhì)的假設(shè)？為什么可以把液體當(dāng)作連續(xù)介質(zhì)？液體的主要物理特性是什么？研究液體運動一般主要考慮哪些物理性質(zhì)？什么情況下要考慮液體的可壓縮性和表面張力特性？液體內(nèi)摩擦力的大小與哪些因素有關(guān)？敘述牛頓內(nèi)摩擦定律的內(nèi)容、表達(dá)式和使用條件。理想液體與實際液體有什么區(qū)別？為什么要引入理想液體的概念？作用在液體上的力有哪幾種？如何定義？單位質(zhì)量力怎樣定義的？它的量綱和單位是什么？第五章有壓管道中的恒定流5.2已知：預(yù)制混凝土引水管 查表（P118）n=0.01~0.013D=1m,l=40m, =0.4 D =70m,D =60.5m,D =62.0m Q上 下 管底c解：自由出流流量公式Q=μ A 2g H n取0.013co作用水頭H=70-62.5=7.5m(管道形心點與上有水面的距離)oA=4D2= 4 ㎡π πcμ = 1c21 d2

假設(shè)在阻力平方區(qū) =8g c2C=Rn

6= 110.0131

11×( )614

=61.05(m 1/s)故 =8gc2

=0.021 μ =c

11 d

=0.668Q=0.668×4×2g . 7.5=6.36（m3/s)πV=Q6.36=8.10m/s>1.2m/s 原假設(shè)成立A π45.4Z

=4.5m,l=20m,d=150mm,l

=12m,d

=150mm,=0.03sξ =2.0，ξ自網(wǎng)

=9.0，ξ水泵閥

1=0.3，h900

16m（）Qv 泵（2)Z122（1）解：水泵安裝高度為：1Z≤h-（α+γl1

+）v2 故 =(h-Z)2g/(α+l1v21

+)s v d1

2g max v s d1=(6-4.5)×19.6/(1+0.03×0.15=2.15

+9.0+0.3)故v =1.52（m/s) Q =v

.A=1.52×πd

2=0.0269(m

/s)max

max

max

41 32gz(2)對于自流管：Q=μ 2gzc

作用水頭Z=2/

2A22gcd4

2=0.018μ = 1 = 1 =0.378c d

0.03

200.15

21故Z= 0.02692

=0.83（m)0.372

0.012 19.65.6已知：d=0.4m,H=4m,Z=1.8m,l1

=8m,l2

=4m,l3

=12m求（1）Q（2）p 的斷面位置及hmin vmax解1）淹沒出流QμcA 2gzμ = 1

(n的取值及ξ的取值都要明確)c d

1 (0.4)1n0.013，c=1

R1= ×

6=52.41(m

1/s)6n 0.013 4 263PAGEPAGE6=8gc2

=0.029c故μ= 1 =0.414c0.029 8412 2.520.31.00.4π2Aπd = ×2=0.1256㎡)π24 4Q=0.414×0.1256×

2g2g43

/s)(2)最小壓強發(fā)生在第二轉(zhuǎn)折處（距出口最遠(yuǎn)且管道最高）n=0.012 1-1,2-2為上游水面p0+ a

+0=(Z－d

P +)+2 2+)+

v +(

l＋) 22v2 2 2g d 2g2v2V=Q=2 A

0.473=3.766(m/s)0.1256h= P P =Z－d+( l

)+v2v a 2

1 22 d 2g21=(1.8-0.2)+(1+0.024×l 21

l + +

)×762=4.871(m)5.9P14551C=130h采用哈威廉森S=1.1319× 1

d=137421.72

網(wǎng) 彎 19.6d4.871S=1.38× 10(d=1200mm)1 1S=3.35× 10(d=1000mm)2 2S=9.93× 10(d=800mm)3 3

C1.852h

d4.871假設(shè)J節(jié)點壓力水頭為h=25(m)(5m<h<30m)A,B,CD=30m,D=15m,D=0A B C利用h=Sl1.852

h =30－25=5m=S

852l

=1.38×10

10×750852f f1 11 1 1Q=3.92(m3/s)15.12并聯(lián)：

=h =hf1 f2 f3Q2 l Q2 l Q2 l1即 1=1k2

2 2= 33k2 k23

l=l=l1 2 31 2 3所以Q=k Q/k2 2 1 1Q= k3 3

Q/k1 1Rk= 故kR

d2×

18gd4×( 1)8gd4AC 11 42k d2×22 4

18gd×( 2)28gd4= ×πd= ×k 3

18gd×( 3)8gd4相同故k =( k2

d2)2=325d325

k =(k3

d3)2=2435d24351 1 1 1所以Q