水力学 复习讲义

：水力学网上辅导材料1 一、水力学学习方法指导水力学是中央广播电视大学水利水电工程专业（专科）必修的一门主要技术基础课， 是研究以水为代表的液体的平衡和机械运动规律，以及这些规律在工程中的应用的课程。通过本课程的学习，要求学员掌握水流运动的基本概念、基本理论和分析方法，能正并能运用水流运动基本理论确区分不同水流的运动状态和特点；掌握水流运动的基本规律，能进行水力荷载的分析小型水利工程中一般的水力现象；学会常见水利工程中的水力计算，了解水流过水能力和过流建筑物尺寸的设计计算，以及水流衔接和消能的水力设计，确定、 运动要素的量测方法，为今后学习专业课程、从事专业技术工作打下良好的基础。学员们学习使用的是由李国庆、刘之平主编的为开放试点教育编写的水力学教材。教材每一章包括基本要求、学习重点、本章内容、小结和练习题。学员在学习每一章内容前，可以预先阅览基本要求和学习重点，以便明确学习的主要内容。在学习完每一章的内容后，掌握水通过习题练习，要对本章进行小结，并用后面的思考题检查对理论知识的掌握程度， 力计算的基本方法，这些水力计算方法是实际工程中经常会遇到的。如果在学习中有疑难问题，可以通过信件、电话或网上联系，由教师进行答疑。对于 在工作中遇到的实际水力学问题，也欢迎来信来电联系。认真完成习题是学习过程中加深理解基本概念、基本原理，掌握基本分析方法和计算 方法，培养提高分析、解决问题能力的重要环节。应认真、独立完成思考题和规定的作业。解题时要审明题意，明确已知条件和要求的水力参数，绘出简图，理顺解题思路，确定应用的公式、图表，做到分析有依据，计算准确，步骤清楚，书写整洁，答案完整。每个求解过程应包括引用的公习题解题过程应包括：已知条件、所求的问题、简图和求解过程。式及其编号、必要的坐标、计算过程及答案，还要注意物理量的单位。计算的程序为：计算 未知量表达式 代入数据 公式 重要计算过程 答案。 还需要强调的是，在练习题中通常把基本条件和参数都告诉了你，根据这些已知条件你可以直接进行分析和计算。但是在实际工作中这些基本条件和参数需要靠自己去收集整理和选择。因此，当你在工作中遇到有关水力学问题时，首先要收集基本资料和计算条件，并能准确选定各种参数和系数，并在实际工作中不断积累经验。错误的选择会得到不合理的结果。 水力学是实践性很强的学科，实验是学习水力学课程的重要环节。通过实验可以观察水流现象，验证和巩固所学的理论知识，培养严肃认真、实事求是的治学态度。有条件的教学辅导站可以安排一定的教学实验，以演示实验为主。学员们可以通过观察周围河渠内的水流现象，结合课本的内容，加深对所学知识的理解。 二、第1章 绪 论 求】 要 本 基 学 【教． 1、明确水力学课程的性质和任务。 2、了解液体的基本特征，理解连续介质和理想液体的概念和在水力学研究中的作用。 3、理解液体5个主要物理性质的特征和度量方法，重点掌握液体的重力特性、惯性、粘滞性，包括牛顿内摩擦定律及其适用条件。了解什么情况下需要考虑液体的可压缩性和表面张力特性。 4、了解质量力、表面力的定义，理解单位面积表面力（压强、切应力）和单位质量力的物理意义。 5、了解量纲的概念，能正确确定各种物理量的量纲。 【学 习 重 点】 1、连续介质和理想液体的概念。 2、液体的基本特征和主要物理性质，特别是液体的粘滞性和牛顿内摩擦定律及其应用条件。 3、作用在液体上的两种力。 【内 容 提 要 和 学 习 指 导】 1.1水力学课程的性质和任务 水力学是水利水电工程专业重要的技术基础课，它的任务是研究以水为代表的液体的平衡和机械运动的规律，并依据这些规律来解决工程中的实际问题，为今后学习专业课程和从事专业技术工作打下良好的基础。 1.2 连续介质的概念 连续介质是水力学研究中常用的基本概念。我们在学习普通物理时都知道，世界上一切物质都是由分子构成的。从微观上而言，组成物体的分子都是离散的，其运动状态是随机的呈不均匀状态。这给运用高等数学微积分方法来分析讨论液体的运动带来了很大的困难，因为微积分运算的必要条件是连续性。从宏观上而言，我们所研究的是由液体质点组成的液体的宏观运动。液体质点是由大量分子组成的在微观上充分大而宏观上是非常小的几何点的液体微团，它呈现的运动是由组成质点的大量分子运动的平均，因而宏观运动是均匀而连续的。这样我们就可以提出下列假设：即液体所占据的空间是由液体质点连续地无空隙地充满的，组成液体的质点运动的物理量是连续变化的连续函数。这就是连续介质的概念。这样水力学研究的液体运动就是连续介质的连续运动，可以运用微积分来分析液体运动和建立运动方程，给水力学研究带来极大的方便。 1.3液体的基本特征 自然界的物质有三种基本形式，即气体、液体和固体。液体是介于固体和气体之间的物质形态，因此液体既具有固体和气体的某些特征，也存在与两者不同的特征。液体的基本特、不易被压缩的、均匀各向同性的连续)易变形的(液体是一种具有流动性征可以总结如下： 介质。 1.4液体的主要物理性质 在水力学中，与机械运动有关的液体主要物理性质如下： （1）液体的惯性、质量和密度： 惯性是物体具有的反抗改变它原有运动状态的物理特性。质量是物体惯性大小的度量，常以符号M表示。当物体受其到它物体的作用而改变运动状态时，它反抗改变原来的运动状态而作用在其它物体上的反作用力称为惯性力，惯性力的表达式为： ??MF??a （1—1 ） 密度是单体体积液体具有的质量，液体的密度常用符号ρ表示。请注意在国际单位制和工程单位制中质量和密度的单位是不同的，我国规定推荐使用国际单位制，但在工程中还有些地方使用工程单位制，因此物理量两种单位制的表达都应掌握。 （2）液体的重量与容量： 地球对物体的万有引力称为重力，或称为物体具有的重量，常用符号G表示。单位体积液体所具有的重量称为容重，也称为重度，容重用符号γ表示，γ=ρg。 液体的密度和容重随温度和压强的改变而变化，但这种变化很小，通常可以视作常数。33γ。 水的密度为ρ=1000kg/m=9800N/m，水的容重为（3）液体的粘滞性和粘滞系数： 液体的粘滞性是本章的重点，它是液体在流动中产生能量损失的主要原因，也是今后讨论液体运动基本方程的关键一项内容。 当液体流动时，液体质点之间存在着相对运动，这时质点之间会产生内摩擦力反抗它们之间的相对运动，液体的这种性质称为粘滞性，这种质点之间的内摩擦力也称为粘滞力。相邻液层之间内摩擦力的大小F由牛顿内摩擦力定律给出，即 du?A?F 2）（1— dy 单位面积上的内摩擦力（切应力）du??? 1—3） （