水力學(xué)教案-水力學(xué)課程主頁

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1、水力學(xué)教案第三章水動力學(xué)基礎(chǔ)【教學(xué)基本要求】1、了解描述液體運動的拉格朗日法和歐拉法的內(nèi)容和特點。2、理解液體運動的基本概念，包括流線和跡線，元流和總流，過水斷面、流量和斷面平均流速，一元流、二元流和三元流等。3、掌握液體運動的分類和特征，即恒定流和非恒定流，均勻流和非均勻流，漸變流和急變流。4、掌握并能應(yīng)用恒定總流連續(xù)性方程。5、掌握恒定總流的能量方程，理解恒定總流的能量方程和動能修正系數(shù)的物理意義，了解能量方程的應(yīng)用條件和注意事項，能熟練應(yīng)用恒定總流能量方程進行計算。6、理解測壓管水頭線、總水頭線、水力坡度與測壓管水頭、流速水頭、總水頭和

2、水頭損失的關(guān)系。7、掌握恒定總流的動量方程及其應(yīng)用條件和注意事項，掌握動量方程投影表達式和矢量投影正負號的確定方法，會進行作用在總流上外力的分析。8、能應(yīng)用恒定總流的動量方程、能量方程和連續(xù)方程聯(lián)合求解，解決工程實際問題。9、了解液體運動的基本形式：平移，變形（線變形和角變形），旋轉(zhuǎn)。10、理解無旋流動（有勢流動）和有旋流動的定義。11、初步掌握流函數(shù)、勢函數(shù)的性質(zhì)和流網(wǎng)原理?！窘虒W(xué)　難點】1、液體運動的分類和基本概念。2、恒定總流的連續(xù)性方程、能量方程和動量方程及其應(yīng)用是本章的重點，也是本課程討論工程水力學(xué)問題的基礎(chǔ)。3、恒定總流的連續(xù)性方

3、程的形式及應(yīng)用條件。4、恒定總流能量方程的應(yīng)用條件和注意事項，并會用能量方程進行水力計算。5、能應(yīng)用恒定總流的連續(xù)方程和能量方程聯(lián)解進行水力計算。6、掌握恒定總流動量方程的矢量形式和投影形式，掌握恒定總流動量方程的應(yīng)用條件和注意事項。重點注意和影響水體動量變化的作用力。7、能應(yīng)用恒定總流的連續(xù)方程、能量方程和動量方程進行水力計算。8、流函數(shù)、勢函數(shù)的性質(zhì)及求解方法。159、流網(wǎng)原理及流網(wǎng)法求解勢流問題?！緝?nèi)容提要和教學(xué)重點】3.1概述本章討論液體運動的基本規(guī)律，建立恒定總流的基本方程——連續(xù)性方程、能量方程和動量方程，作為解決工程實際問題的基

4、礎(chǔ)。由于實際液體流動時質(zhì)點間存在著相對運動，因而必須考慮液體的粘滯性，而液體運動要克服粘滯性，必然導(dǎo)致液體能量的損耗，這就是液體運動的水頭損失。關(guān)于水頭損失放在第4章專門進行討論。3.2描述液體運動的拉格朗日法和歐拉法（1）拉格朗日法也稱為質(zhì)點系法。它是跟蹤并研究每一個液體質(zhì)點的運動情況，把它們綜合起來就能掌握整個液體運動的規(guī)律。這種方法形象直觀，物理概念清晰，但是對于易流動（易變形）的液體，需要無窮多個方程才能描述由無窮多個質(zhì)點組成的液體的運動狀態(tài)，這在數(shù)學(xué)上難以做到，而且也沒有必要。對于固體運動，特別是簡化為剛體運動，雖然剛體由無窮多個質(zhì)

5、點構(gòu)成，但質(zhì)點之間具有固定的位置和距離，這時只需要研究剛體上兩個質(zhì)點的運動就可以反映剛體的運動狀態(tài)，所以拉格朗日法在固體力學(xué)中較多應(yīng)用。（2）歐拉法：液體流動所占據(jù)的空間稱為流場。在水力學(xué)中，我們只關(guān)心不同的液體質(zhì)點在通過流場中固定位置時的運動狀態(tài)。例如河道某斷面處，不同時間的水位、流量和流速；管道中某處的流速和壓強等。我們并不關(guān)心這個液體質(zhì)點是怎么來的，下一步又流到哪里去。把某瞬時通過流場各個固定點的液體質(zhì)點運動狀態(tài)綜合起來，就能反映液體在某個時刻流場內(nèi)的運動狀況。這種描述液體運動的方法稱為歐拉法，也稱為流場法，這是水力學(xué)中常用的方法。這種

6、方法物理意義不如拉格朗日法直觀，因為歐拉法研究的對象是隨時間而變的，但是對我們研究流場的運動狀況較為方便。最后必須說明，兩種描述流動的方法只是看問題的角度不同，著眼點不同，并沒有本質(zhì)上或原則上的區(qū)別，拉格朗日表達法和歐拉表達法是可以相互轉(zhuǎn)化的。究其原因，從物理概念上講，流場是運動的液體質(zhì)點占據(jù)整個流動區(qū)域構(gòu)成的，因而流場空間點上反映出來的運動要素值及其隨時間的變化當然是質(zhì)點運動的結(jié)果。換言之，流場中的流動情況自然也可反映或轉(zhuǎn)化成質(zhì)點的運動情況。這些就是上述兩種方法可以轉(zhuǎn)化的依據(jù)。不過，歐拉法的著眼點是流場，便于直接運用場論分析液流問題；而且對

7、加速度來講，在歐拉法中是速度場的一階偏導(dǎo)數(shù)，但在拉格朗日法中是位移的二階偏導(dǎo)數(shù)。因此，數(shù)學(xué)處理上歐拉法也較為方便，故今后除特別說明外，都采用歐拉法的觀點研究問題。153.3液體運動分類和基本概念（1）恒定流和非恒定流流場中液體質(zhì)點通過空間點時所有的運動要素都不隨時間而變化的流動稱為恒定流；反之，只要有一個運動要素隨時間而變化，就是非恒定流。非恒定流的流速、壓強等運動要素是時間的函數(shù)，由于描述液體運動的變量增加，使得水流運動分析更加復(fù)雜和困難。雖然自然界的水流絕大部分是非恒定流，但在一定條件下，常將非恒定流簡化為恒定流進行討論。本課程主要討論恒

8、定流運動。（2）跡線和流線跡線是液體質(zhì)點運動的軌跡，它是某一個質(zhì)點不同時刻在空間位置的連線，跡線必定與時間有關(guān)。跡線是拉格朗日法描述液體運動的圖線。流線是某一瞬間在