第一講：水流運(yùn)動(dòng)的兩種方法

水力分析與計(jì)算主講人：肖婷婷水流運(yùn)動(dòng)的兩種方法和水流運(yùn)動(dòng)的基本概念水流運(yùn)動(dòng)的研究方法與水靜力學(xué)有何區(qū)別？什么是水動(dòng)力學(xué)？一、水流運(yùn)動(dòng)的兩種方法水流運(yùn)動(dòng)要素：表征液體運(yùn)動(dòng)的各種物理量。常見(jiàn)的運(yùn)動(dòng)要素：流速、流量、壓強(qiáng)、加速度、切應(yīng)力、密度、容重。這些運(yùn)動(dòng)要素除了與空間坐標(biāo)有關(guān)以外，還與時(shí)間有關(guān)。1、描述水流運(yùn)動(dòng)的兩種方法

一、水流運(yùn)動(dòng)的兩種方法通過(guò)物理學(xué)家朗格朗日和歐拉通過(guò)長(zhǎng)期的努力，研究出兩種描述水流運(yùn)動(dòng)的方法，正是因?yàn)樗麄兊目炭嚆@研為水動(dòng)力學(xué)提供了寶貴的研究經(jīng)驗(yàn)。①跡線法（拉格朗日法）以液體中單個(gè)質(zhì)點(diǎn)為研究對(duì)象，考察分析質(zhì)點(diǎn)所經(jīng)過(guò)的軌跡及運(yùn)動(dòng)要素的變化規(guī)律，然后把每個(gè)質(zhì)點(diǎn)在不同時(shí)刻的運(yùn)動(dòng)情況綜合起來(lái)，得到整個(gè)液體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。適用條件：適用于研究液體質(zhì)點(diǎn)做有規(guī)則的運(yùn)動(dòng)，如波浪運(yùn)動(dòng)；不適用于液體做復(fù)雜運(yùn)動(dòng)。一、水流運(yùn)動(dòng)的兩種方法②流線法（歐拉法）是把充滿液體質(zhì)點(diǎn)的空間為研究對(duì)象，不再跟蹤每個(gè)質(zhì)點(diǎn)?？疾旆治鏊髦械牟煌|(zhì)點(diǎn)在通過(guò)固定空間時(shí)的速度、壓強(qiáng)變化情況，得到整個(gè)液體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。通常將液體運(yùn)動(dòng)所占據(jù)的空間稱(chēng)為流場(chǎng)。流線是指某一瞬時(shí)在流場(chǎng)中繪制出一條空間曲線，該曲線上所有液體質(zhì)點(diǎn)在該時(shí)刻的流速矢量與這一曲線相切。一、水流運(yùn)動(dòng)的兩種方法2、流線的特征

一、水流運(yùn)動(dòng)的兩種方法3、流線圖流線圖：某一瞬時(shí)，在運(yùn)動(dòng)液體的整個(gè)空間繪制出一系列流線所構(gòu)成的圖形。流線圖可以形象地描繪出該瞬時(shí)整個(gè)質(zhì)點(diǎn)的流動(dòng)趨勢(shì)。橫斷面小的地方流線密，流速大。二、水流運(yùn)動(dòng)的基本概念1、流管在流場(chǎng)中，任取一個(gè)面積dA，通過(guò)其周界上的每一個(gè)點(diǎn)，均可作一條流線。這些流線圍成的一個(gè)封閉管狀曲面。二、水流運(yùn)動(dòng)的基本概念2、微小流束以流管為邊界的一束液流，稱(chēng)為微小流束。從微小流束流入和流出的質(zhì)量、能力和動(dòng)量相等。二、水流運(yùn)動(dòng)的基本概念3、總流在已給定的流動(dòng)邊界內(nèi)，無(wú)數(shù)微小流束的總和，稱(chēng)為總流。任何一個(gè)具有一定尺寸大小的邊界（如水管、渠道水庫(kù)等）的實(shí)際流，都是總流。二、水流運(yùn)動(dòng)的基本概念4、過(guò)水?dāng)嗝媾c微小流束或流線正交的、過(guò)水的橫斷面為過(guò)水?dāng)嗝?，用A表示，單位m2。過(guò)水?dāng)嗝婵赡苁乔婊蚱矫?。?dāng)水流的流線為平行線時(shí)，過(guò)水?dāng)嗝鏋槠矫?，否則，就是曲面。過(guò)水?dāng)嗝鏋榍孢^(guò)水?dāng)嗝鏋槠矫鍭二、水流運(yùn)動(dòng)的基本概念5、水流運(yùn)動(dòng)要素（1）流量Q單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)某一過(guò)水?dāng)嗝娴囊后w體積，稱(chēng)為流量。用Q表示，單位m3/s，或L/s二、水流運(yùn)動(dòng)的基本概念5、水流運(yùn)動(dòng)要素（2）斷面平均流速v通常，整個(gè)過(guò)水?dāng)嗝嫔?，流速分布是曲面，在平面上看，流速分布是曲線。u(y)yQ二、水流運(yùn)動(dòng)的基本概念實(shí)際過(guò)程中，為簡(jiǎn)化計(jì)算，引入平均流速。即假想過(guò)水?dāng)嗝娴牧魉偈蔷鶆蚍植嫉摹Ａ髁縌=斷面平均流速v*過(guò)水?dāng)嗝婷娣eA

vu(y)Q小結(jié)描述水流運(yùn)動(dòng)的兩種方法：跡線法、流線法。由于跡線法的使用條件限制，更多地采用流線法；流線的特征：流線上所有各質(zhì)點(diǎn)的切線方向代表了該點(diǎn)的流動(dòng)方向；流線即不能相交，也不是折線，流線是一條連續(xù)光滑的曲線；流線上的液體質(zhì)點(diǎn)只能沿著流線運(yùn)動(dòng)。水流運(yùn)動(dòng)的基本概念：流管、微小流束、總流、過(guò)水?dāng)嗝嫠鬟\(yùn)動(dòng)要素：流量Q、斷面平均流速v以及兩者的關(guān)系：Q=vA或v=Q/A思考對(duì)于過(guò)水?dāng)嗝鏋榍娴乃?，是否也能運(yùn)用Q=VA的計(jì)算公式來(lái)計(jì)算其