水力学第一章绪论long课件.ppt
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- 水力学 第一章 绪论 long 课件
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1、第一章 绪论水力学的定义水力学是研究液体平衡和机械运动规律及其应用的一门技术科学。水力学与流体力学、工程流体力学水力学的任务解决与水、流体相关的工程实际问题;水力学是一门重要的专业基础课程,它是连接前期基础课和后续专业课程的桥梁,为专业课程的学习打下坚实的基础。1.1 水力学的定义、任务和发展简史 此件滴漏是中国古代的计时工具,由广州人冼运行、杜子盛等铸造于元延祐三年(公元1316年)使用时,日壶的水以恒定的流量滴入下层的月壶,月壶之水滴入星壶,星壶上部有一个小洞,如果月壶滴下的水多了,多余的就会从这里流出,使星壶的水量保持恒定,以便均匀地滴水给受水壶。受水壶中的水逐渐增加,浮舟便托起木箭缓缓
2、上升。将木箭的顶端与铜表尺上的刻度对照,就可知道当时的时间。这件铜壶滴漏从制成之日一直被使用到公元1900年前后,历时将近700年,是我国现存最早、最大、最完整的铜壶滴漏。第一章 绪论水力学的发展简史相传四千多年前(公元前2070,夏左右)大禹治水;大约在4000多年之前,我国的黄河流域洪水为患,尧命鲧负责领导与组织治水工作。鲧采取水来土挡的策略治水。鲧治水失败后由其独子 禹主持治水大任。禹接受任务后,首先就带着尺、绳等测量工具到全国 的主要山脉、河流作了一番周密的考察。他发现龙门山口过于狭窄,难 以通过汛期洪水;他还发现黄河淤积,流水不畅。于是他确立了一条与 他父亲的堵相反的方针,叫作疏,就
3、是疏通河道,拓宽峡口,让洪水能更快的通过。 禹采用了“治水须顺水性,水性就下,导之入海。高处凿通,低处疏导”的治水思想。 1.1 水力学的定义、任务和发展简史古代中国水力学的发展古代中国水力学的发展 秦国蜀郡太守李冰在岷江中游修建了都江堰,闻名世界的防洪灌溉工程;都江堰位于四川省都江堰市城西,是中国古代建设并使用至今的大型水利工程,被誉为“世界水利文化的鼻祖”,是四川著名的旅游胜地。通常认为,都江堰水利工程是由秦国蜀郡太守李冰及其子率众于前256年左右修建的,是全世界迄今为止,年代最久、唯一留存、以无坝引水为特征的宏大水利工程,属全国重点文物保护单位。 拜水都江堰! 问道青城山! 中国历史上最
4、激动人心的工程不是长城,而是都江堰。深淘滩,低作堰、遇湾截角,逢正抽心都江堰主要由渠首、附属工程和灌溉渠系工程组成,渠首包括鱼嘴、飞沙堰和宝瓶口。与自然条件协调,三大部分组成了一个科学、完整的水利工程体系,通过各自功能的有效发挥,达到自动分水、泄洪、排沙、沉沙、引水的目的。工程布局合理,配合巧妙,功效显著,蕴涵着丰富、精深的科学哲理。鱼嘴与上游的百丈堤及下游的内、外金刚堤联合作用,自动将岷江上游的水流按照丰水期“内四外六”、枯水期“外四内六”的比例分流引入灌区,工作原理满足弯道水流“大水走直,小水走弯”的规律;鱼嘴的位置处在水流中泓线左右偏转的一个临界点上。飞沙堰位于内金刚堤与人字堤之间,堰顶
5、高程较低。当内江水量超过需要时,水便会从堰顶溢人外江;飞沙堰筑成微弯的形状,与上游的内江河段形成一微弯的河道形态,水流挟带的泥沙在弯道环流作用下,从凸岸的飞沙堰顶上翻出,进入外江,内江水量愈大,飞沙堰的分洪飞沙效果愈明显;当内江水量超过某个最大值时,水流就会直冲飞沙堰,将由竹笼垒砌而成的飞沙堰冲毁,于是更多的上游来水都由此进入外江,从而保证了灌区的防洪安全。宝瓶口是都江堰灌区的总取水口;当上游来水不大时,其壅水作用不明显,进入宝瓶口的水流接近明渠水流;而当上游来水过大时,宝瓶口的:壅水作用加强,一方面会抬高上游水位,使多余水量溢出飞沙堰,同时促进泥沙夸宝瓶口上游处沉积;另一方面,从水力学的角度
6、看,这时进人宝瓶口的水流已属宽顶堰淹没出流的性质,其过流量不再与上游来量成正相关,从而控制了进入灌区的水量,达到稳定引水量的目的。秦始皇元年(公元前246)韩国水工郑国主持兴建郑国渠;秦始皇二十八年(公元前219)修建的灵渠;灵渠开凿于公元前218年(秦代)。横亘湘、桂边境的南岭山势散乱,湘江、漓江上源在此相距很近。兴安城附近分水岭为一列灵渠地处桂林兴安县境内,是中国著名的古代水利工程,也是世界上最古老的运河之一,它沟通了湘江(长江水系)与漓江(珠江水系),为开发岭南起了重要作用。灵渠为秦始皇帝时期所建,至今有二千二百多年的历史,其设计之精巧,令人赞叹。 明朝张季训:“塞旁决以挽正流,以堤束水
7、,以水攻沙”,的治理黄河的措施。第一章 绪论水力学的发展简史1.1 水力学的定义、任务和发展简史阿基米德阿基米德 Archimedes Archimedes (约公元前(约公元前287287前前212212)世界公认的最早的水力学的萌芽世界公认的最早的水力学的萌芽在论浮体一文中首先提出了论述液体平衡规律的定律;确立了流体静力学的基本原理,给出许多求几何图形重心,证明了浮力原理,后称阿基米德的原理。第一章 绪论水力学的发展简史1.1 水力学的定义、任务和发展简史达芬奇Leonardo da Vinei (14521519)15-1715-17世纪水力学的缓慢发展世纪水力学的缓慢发展最先对漩涡的流
8、速分布、突然扩大断面和尾流漩涡、波浪传播和水跃等进行探讨或描述,成就远超过前人 ;提出水的连续定律,认识到明渠流的边界阻力,还首先提出关于流线形物体、降落伞、风速表、离心泵等设想;在水利方面的著作有水的运动与测量。第一章 绪论水力学的发展简史1.1 水力学的定义、任务和发展简史斯蒂文S. Simon Stevin (15481620) 15-1715-17世纪水力学的缓慢发展世纪水力学的缓慢发展斯蒂文在数学上的贡献是他在1585年采用了十进位的小数记数方法; 对流体力学的贡献是关于液体平衡的论著静力学原理,1586年发表,1605年收入他的数学文集。第一章 绪论水力学的发展简史1.1 水力学的
9、定义、任务和发展简史托里拆利Evangelista Torricelli (16081647) 15-1715-17世纪水力学的缓慢发展世纪水力学的缓慢发展托里拆利是伽利略的学生及其晚年的助手(16411642);托里拆利以发明气压计而闻名;1643年他提出了托里拆利公式。第一章 绪论水力学的发展简史1.1 水力学的定义、任务和发展简史15-1715-17世纪水力学的缓慢发展世纪水力学的缓慢发展牛顿Isaac Newton(16421727) 提出了关于液体内摩擦的假定和粘滞性的概念,建立了液体的内摩擦定律第一章 绪论水力学的发展简史1.1 水力学的定义、任务和发展简史伯努利Daniel I
10、Bernoulli (17001782)建立了理想液体运动的能量方程伯努里方程;以水动力学,关于流体中力和运动的说明(1738)一书著称。经典流体力学经典流体力学第一章 绪论水力学的发展简史1.1 水力学的定义、任务和发展简史欧拉Leohard Euler (17071783) 建立了理想液体的运动方程欧拉运动微分方程;以水动力学,关于流体中力和运动的说明(1738)一书著称欧拉用两种方法来描述流体的运动,这两种方法通常称为欧拉表示法和拉格朗日表示法(1755和1759)描述流体速度场;给出反映质量守恒的连续性方程(1752)和反映动量变化规律的流体动力学方程(1755)经典流体力学经典流体力
11、学第一章 绪论水力学的发展简史1.1 水力学的定义、任务和发展简史纳维C.L.M.H. Navier(17851836)斯托克斯George Gabriel stokes(18191903)建立了理想液体的运动方程欧拉运动微分方程建立了实际液体的运动方程纳维尔斯托克斯方程,奠定了古典流体力学的理论基础,使它成为力学的一个分支;古典流体力学采用严格数学分析方法,理论上比较严密,但数学上求解困难或某些假设不能符合实际尚难求解大部分实际问题。 经典流体力学经典流体力学第一章 绪论水力学的发展简史1.1 水力学的定义、任务和发展简史雷诺Osborne Reynolds (18421912)1883年,
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