水力學(xué)課件-緒論+水靜力學(xué)

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1、注冊(cè)公用設(shè)備師給排水基礎(chǔ)考試水力學(xué)－水靜力學(xué)南京工業(yè)大學(xué)城建學(xué)院市政工程系二零零四年七月九日第一章流體力學(xué)的基本知識(shí)第一節(jié)流體的基本特性及流體力學(xué)的基本概念一、流體的基本特性（一）、易流動(dòng)性流體在靜止時(shí)不能承受切應(yīng)力抵抗剪切變形的性質(zhì)稱(chēng)易流動(dòng)性。流體也被認(rèn)為不能抵抗拉力，而只能抵抗對(duì)它的壓力。（二）質(zhì)量?密度流體單位體積內(nèi)所具有的質(zhì)量稱(chēng)密度，以ρ表示。對(duì)于均質(zhì)流體，設(shè)體積為V的流體具有的質(zhì)量為m，則密度ρ為密度的單位為kg/m3。一般采用水的密度值為1000kg/m3。（三）、重量?重度流體單位

2、體積內(nèi)所具有的重量稱(chēng)重度或容重或重率，以γ表示。對(duì)于均質(zhì)流體，設(shè)體積為V的體積具有的重量為G，則重度γ為一般采用水的重度值為9.8×103N/m3,水銀的重度值為133.28×103N/m3。（四）粘性流體在運(yùn)動(dòng)時(shí)，具有抵抗剪切變形能力的性質(zhì)，稱(chēng)粘性。相鄰層發(fā)生相對(duì)位移而引起體積變形時(shí)，在流體中所產(chǎn)生的切力（也稱(chēng)內(nèi)摩擦力）。由于內(nèi)摩擦力，流體的部分機(jī)械能轉(zhuǎn)化為熱能而消失。在流體的二維平行直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)中，流層間的切力（內(nèi)摩擦力）T的大小與流體的粘性有關(guān)，并與速度梯度和接觸面積A成正比，而與接觸面積上的

3、壓力無(wú)關(guān)，即圖1-1(1-4)單位面積上的切力，即切應(yīng)力τ為(1-4a)式中μ為與流體粘性有關(guān)的系數(shù)，稱(chēng)粘度，單位為Pa?s。流體的粘度是粘性的度量，它的值愈大，粘性的作用愈大。（1）μ的數(shù)值隨流體的種類(lèi)而不同.（2）隨流體的壓強(qiáng)和溫度而發(fā)生變化。它隨壓強(qiáng)的變化不大，一般可忽略；對(duì)于液體來(lái)說(shuō)，隨著溫度升高，粘度值則減少；對(duì)于氣體來(lái)說(shuō)則反之。運(yùn)動(dòng)粘度ν與動(dòng)力粘度μ牛頓內(nèi)摩擦定律使用條件是（1）層流運(yùn)動(dòng)（流體質(zhì)點(diǎn)作有條不紊的線(xiàn)狀運(yùn)動(dòng)，彼此互不混摻的流動(dòng)）。（2）牛頓流體。符合牛頓內(nèi)摩擦定律的流體，稱(chēng)

4、牛頓流體，水、空氣、汽油、煤油、乙醇等。不符合牛頓內(nèi)摩擦定律的流體，稱(chēng)非牛頓流體，如聚合物液體、泥漿、血漿等。理想流體是沒(méi)有粘性的流體。例題1．一平板在油面上作水平運(yùn)動(dòng)，如圖所示。已知平板運(yùn)動(dòng)速度v=1m/s,板與固定邊界的距離δ=10mm,油的動(dòng)力粘滯系數(shù)μ=0.09807Pa·s,則作用在平板單位面積上的粘滯切力為（）。(A)98N(B)9.8N(C)9.8×10-3(D)以上均不正確例:已知某種液體在某一溫度下重度γ=9.807KN/m3,運(yùn)動(dòng)粘滯系數(shù)為1.519×10-6m2/s,則該液

5、體的密度為（）kg/m3,動(dòng)力粘滯系數(shù)為（）N·S/m2。（五）壓縮和膨脹性當(dāng)作用在流體上的壓強(qiáng)增大時(shí)，體積減少；壓強(qiáng)減少時(shí)，體積增大的性質(zhì)稱(chēng)流體的壓縮性。當(dāng)流體所受的溫度升高時(shí)，體積膨脹；溫度降低，體積收縮的性質(zhì)稱(chēng)流體的膨脹性。流體的壓縮性，一般以壓縮系數(shù)β和體積模數(shù)K來(lái)度量。設(shè)流體體積為V，壓強(qiáng)增加dp后，體積減少dV，則壓縮系數(shù)β為式中負(fù)號(hào)表示壓強(qiáng)增大，體積減少，使β為正值。β的單位為m2/N。因?yàn)橘|(zhì)量為密度與體積的乘積，流體壓強(qiáng)增大，密度也增大，所以β也視為密度的相對(duì)增大值與壓強(qiáng)增大值之

6、比，即壓縮系數(shù)的倒數(shù)稱(chēng)流體的體積模量，即K的單位為N/m2。不同的流體有不同的β和K值，同一種流體它們也隨溫度和壓強(qiáng)而變化。一般情況下，水的壓縮性和膨脹性都是很小的，可忽略不計(jì)。在某些特殊情況，如水擊、熱水輸送等，需考慮水的壓縮性和膨脹性。（六）汽化壓強(qiáng)汽化壓強(qiáng)與溫度關(guān)系高原煮飯高壓鍋虹吸管最高點(diǎn)位置離水渠水面的距離氣穴和氣蝕現(xiàn)象水泵的最大安裝高度二、流體靜力學(xué)流體靜力學(xué)是研究流體處于靜止?fàn)顟B(tài)下的力學(xué)規(guī)律及其在工程中的應(yīng)用。靜止?fàn)顟B(tài)是指流體質(zhì)點(diǎn)之間不存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)，因而流體的粘性不顯示出來(lái)。靜止流

7、體中不會(huì)有切應(yīng)力，也不會(huì)產(chǎn)生拉應(yīng)力，而只有壓應(yīng)力。流體質(zhì)點(diǎn)間或質(zhì)點(diǎn)與邊界之間的相互作用，只能以壓應(yīng)力的形式來(lái)體現(xiàn)。因?yàn)檫@個(gè)壓應(yīng)力發(fā)生在靜止流體中，所以稱(chēng)流體靜壓強(qiáng)，以區(qū)別于運(yùn)動(dòng)流體中的壓應(yīng)力（稱(chēng)動(dòng)壓強(qiáng)）。（一）、壓強(qiáng)的計(jì)量單位和表示方法第一種單位是從壓強(qiáng)的的基本定義出發(fā)，用單位面積上的力來(lái)表示，單位為N/m2(Pa).第二種單位是用大氣壓的倍數(shù)來(lái)表示。國(guó)際上規(guī)定一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓（溫度為0℃，緯度為45°時(shí)海平面上的壓強(qiáng)，用atm表示）相當(dāng)于760mm水銀柱對(duì)柱底部所產(chǎn)生的壓強(qiáng)，即1atm=1.01

8、3×105Pa。在工程技術(shù)中，一個(gè)工程大氣壓（相當(dāng)于海拔200米處的正常大氣壓）相當(dāng)于736mm水銀柱對(duì)柱底部所產(chǎn)生的壓強(qiáng)，即1at=9.8×104Pa。第三種單位是用液柱高度來(lái)表示，其單位為mH2O或mmHg。這種單位可由p=γh。只要知道液柱重度γ，h和p得關(guān)系就可以通過(guò)上式表現(xiàn)出來(lái)。液柱高度液可以表示壓強(qiáng)，例如一個(gè)工程大氣壓相應(yīng)的水柱高度為相應(yīng)的水銀高度為在工程技術(shù)中，計(jì)量壓強(qiáng)的大小，可以用不同的基準(zhǔn)算起，因而由兩種不同的表示方法。以當(dāng)?shù)卮髿鈮簆a作為零點(diǎn)起算的壓強(qiáng)值，稱(chēng)為相對(duì)壓強(qiáng)，以p表