水力学基础复习课课件.ppt
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- 水力学 基础 复习 课件
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1、连续介质的概念连续介质的概念:即假设液体是一种连续充满其即假设液体是一种连续充满其所占据空间毫无空隙的连续体。所占据空间毫无空隙的连续体。液体的基本特性是液体的基本特性是:易流动性、不易压缩、均匀等:易流动性、不易压缩、均匀等向的连续介质。向的连续介质。Vm国际单位:国际单位:kg/mkg/m3 3一个标准大气压下,温度为一个标准大气压下,温度为44,水密度为,水密度为1000kg/m1000kg/m3 3 。密度:是指单位体积液体所含有的质量。密度:是指单位体积液体所含有的质量。液体的容重:液体的容重:是指单位体积液体所具有的重量。是指单位体积液体所具有的重量。国际单位:国际单位:N Nm
2、m3 339.8GmgVVK Nm3.3.粘滞性粘滞性内摩擦力的计算公式内摩擦力的计算公式-牛顿内摩擦定律牛顿内摩擦定律duTAdydudy或或dydu流速梯度:衡量流速不均匀大小,从而影流速梯度:衡量流速不均匀大小,从而影响内摩擦力大小响内摩擦力大小为动力粘滞系数为动力粘滞系数为运动粘滞系数,国际单位:为运动粘滞系数,国际单位:m m2 2/s/s牛顿内摩擦定律的适用条件:层流运牛顿内摩擦定律的适用条件:层流运动和牛顿液体。动和牛顿液体。内摩擦力在静止液体中不存在。内摩擦力在静止液体中不存在。作用在液体上的力作用在液体上的力按特点分:表面力和质量力。按特点分:表面力和质量力。1.表面力表面力
3、作用于液体的表面,其大小与受作用的表面面积作用于液体的表面,其大小与受作用的表面面积成比例的力,称为表面力。如摩擦力、水压力、成比例的力,称为表面力。如摩擦力、水压力、边界对液体的反作用力边界对液体的反作用力应力:单位面积上所受的力。应力:单位面积上所受的力。压强:垂直指向作业面的应力。(本课程主要研究的压强:垂直指向作业面的应力。(本课程主要研究的是压强)是压强)切应力:平行作业面的应力。切应力:平行作业面的应力。2.质量力质量力质量力是作用在每个液体质点上其大小与液体的质量力是作用在每个液体质点上其大小与液体的质量成正比。如重力、惯性力。质量成正比。如重力、惯性力。单位质量液体所受到的质量
4、力,称为单位质量力单位质量液体所受到的质量力,称为单位质量力,用,用 表示。表示。MFf f等压面的概念等压面的概念由压强相等的点连成的面,称为等压面。等压面可以是平由压强相等的点连成的面,称为等压面。等压面可以是平面,也可以是曲面。面,也可以是曲面。注意注意:等压面概念使用时必须是同一水平面上相连的同种液体。:等压面概念使用时必须是同一水平面上相连的同种液体。举例举例:液体自由表面即为等压面,其压强为大气压。对于重力液体等压面有:同:液体自由表面即为等压面,其压强为大气压。对于重力液体等压面有:同种液体,统一高程(或水平面)压强相同,两点间压差看高差。种液体,统一高程(或水平面)压强相同,两
5、点间压差看高差。连通容器连通容器连通容器连通容器连通器被隔断连通器被隔断前进水头和单位势能的概念水头和单位势能的概念pzcgxzyp0AZZ位置水头,位置水头,pgpzg压强水头,压强水头,测压管水头,测压管水头,Apg静止液体内各点的测压管水头等于常数。静止液体内各点的测压管水头等于常数。单位位能单位位能单位压能单位压能单位势能单位势能静止液体内各点的单位势能相等。静止液体内各点的单位势能相等。三、静水力学的基本方程三、静水力学的基本方程p0=pa已知:已知:p p0 0=98kN/m=98kN/m2 2,h=1mh=1m,求:该点的静水压强求:该点的静水压强h解:解:0232298/100
6、0/9.8/11000107.8/ppghkN mkg mm smkN mppa四、压强的计示、单位及测量四、压强的计示、单位及测量压强的计示压强的计示 绝对压强绝对压强相对压强相对压强appp若将当地大气压强用若将当地大气压强用pa表示,则有表示,则有指绝对压强小于大气压强的数值,指绝对压强小于大气压强的数值,用用pk来表示来表示kappp举例举例以设想没有大气存在的绝对真空状态以设想没有大气存在的绝对真空状态 作为零点计量的压强,用作为零点计量的压强,用pp表示表示以当地大气压作为零点计量的压强,以当地大气压作为零点计量的压强,用用p p表示。表示。真空度(或真空压强)真空度(或真空压强)
7、压强的单位压强的单位 应力单位:应力单位:工程大气压单位:工程大气压单位:液柱高度:液柱高度:1 1个工程大气压个工程大气压=98kN/m=98kN/m2 2=10m=10m水柱压水柱压=736mm=736mm水银柱压水银柱压 例例1 1:如图已知,:如图已知,p p0 0=98kN/m=98kN/m2 2,h=1mh=1m,求:该点的绝对压强及相对压强求:该点的绝对压强及相对压强p0=pah2098 1 9.8 1107.8/ppghkN m 解:解:2107.8989.8/apppkN m例例2:如图已知,:如图已知,p p0 0=50kN/m=50kN/m2 2,h=1mh=1m,求:该
8、点的绝对压强及相对压强求:该点的绝对压强及相对压强p0h解:解:2050 1 9.8 159.8/ppghkN m 259.89838.2/apppkN m pa相对压强为什么是负值?相对压强为什么是负值?什么位置处相对压强为零?什么位置处相对压强为零?29859.838.2/kapppkN m压强单位压强单位1 1)以应力单位表示以应力单位表示:压强用单位面积上受力的大小,压强用单位面积上受力的大小,即应力单位表示,为:即应力单位表示,为:或或PaPa,kPakPa,可记为,可记为2 2)以工程中大气压表示以工程中大气压表示:1 1工程大气压工程大气压98kPa98kPa3 3)水柱高表示水
9、柱高表示:由于水的容重为常量,水柱高由于水的容重为常量,水柱高h h 的数值反映了压强的大小。的数值反映了压强的大小。三者关系:三者关系:1 1工程大气压工程大气压98kPa =10m98kPa =10m水柱水柱2/mN2/mkN)(ph 压强的测量压强的测量利用静水力学原理设计的液体测压计利用静水力学原理设计的液体测压计1.测压管测压管AhpaBABppghsinApgLAhL2.U形水银测压计形水银测压计AmhbApgb3.差压计差压计ABsh()AApg xh()BBmpg sxg h=ABsh油()AAnpg sxg h()BBpg xh=mgh静水压强分布图1、相对压强分布图绘制原则
10、(1)用有向线段(或箭头)长度代表该点静水压强的大小。(2)用箭头的方向表示静水压强的方向,必须垂直并指向受压面。2、相对压强分布图绘制方法选择上下两点,计算压强大小,定性绘出两点的箭杆长度,连接箭杆尾端,标注两点压强大小,图形中间以箭头填充。静水压强绘制示意图ABpaPa+gh画出下列画出下列AB或或ABC面上的静水压强分布图面上的静水压强分布图ABghBABCABAB一 作用在矩形平面上的静水总压力(解析法)静水总压力的计算公式PcCFgh AP A静水总压力的计算公式总压力作用点D总比作用面形心点C低一些。只有当受压面水平时,两点重合。CdccIyyAy一 作用在矩形平面上的静水总压力(
11、图解法)(一)、静水总压力的大小b:受压面 宽度::静水压强分布图的面积h1h2p0 xyeLdAdyPbbP(1)当压强分布图为梯形时:(2)当压强分布图为三角形时:bLhhP)(221hbLP2第2章 水静力学一 作用在矩形平面上的静水总压力(图解法)(二)静水总压力的方向和作用点 静水总压力的方向:垂直指向受压面。作用点:总压力P的作用点D必位于受压面纵向对称轴上,同时总压力P的作用线必然通过分布图的形心,则压力中心的位置于受压面边缘的距离e为:(1)当压强分布图为梯形的时:(2)当压强分布图为三角形时:212123hhhhLe3Le 第2章 水静力学如图所示,某挡水矩形闸门,门宽如图所
12、示,某挡水矩形闸门,门宽b=2m,一,一侧水深侧水深h1=4m,另一侧水深,另一侧水深h2=2m,试用图,试用图解法求该闸门上所受到的静水总压力。解法求该闸门上所受到的静水总压力。h1h2解法一:解法一:首先分别求出两侧的水压力,然后求合力。首先分别求出两侧的水压力,然后求合力。1 1111000 9.8 442156800156.822PFbghhbNkN 左左22111000 9.8 2 2 23920039.222PFbgh h bNkN 右右h1/3h2/3156.839.2117.6PPPFFFkN左右方向向右方向向右e依力矩定理:依力矩定理:1233PPPhhFeFF 左右可解得:
13、可解得:e=1.56m答答:该闸门上所受的静水总压力大小为该闸门上所受的静水总压力大小为117.6kN,方向向右,作用点距门底,方向向右,作用点距门底1.56m处。处。前进描述液体运动的两种方法描述液体运动的两种方法1.1.拉格朗日法拉格朗日法 2.2.欧拉法欧拉法 水力学中普遍采用欧拉法描述液体运动。水力学中普遍采用欧拉法描述液体运动。流线的基本特征:流线的基本特征:1、流线与迹线不同,流线是液体中不存在的假想的线,是、流线与迹线不同,流线是液体中不存在的假想的线,是用来反映流速场内瞬时流速方向的曲线。用来反映流速场内瞬时流速方向的曲线。2、流线就有瞬时性,代表了某时刻这条曲线上的各点的流、
14、流线就有瞬时性,代表了某时刻这条曲线上的各点的流速方向。速方向。3、流线是一条光滑的曲线。流场中的两条流线不会相交。、流线是一条光滑的曲线。流场中的两条流线不会相交。4、对于不可压缩的液体,流线的疏密可以反映该时刻流场、对于不可压缩的液体,流线的疏密可以反映该时刻流场中各处流速大小的变化情况,流线密集的地方,流速大;流中各处流速大小的变化情况,流线密集的地方,流速大;流线稀疏的地方,流速小。线稀疏的地方,流速小。5、不同时刻,流场中的同一点所绘制的流线是不同的。但、不同时刻,流场中的同一点所绘制的流线是不同的。但是,对于恒定流,流线的形状和位置是不变的。是,对于恒定流,流线的形状和位置是不变的
15、。湿周湿周液体过水断面和固体边界接触的周界线长,称液体过水断面和固体边界接触的周界线长,称为湿周。用为湿周。用 表示,单位表示,单位cmcm或或m m。水力半径水力半径过水断面面积与湿周之比,用过水断面面积与湿周之比,用R R表示,单位表示,单位m m。AR过水断面越大,过水能力越强。过水断面越大,过水能力越强。湿周越长,过水能力越小。湿周越长,过水能力越小。水力半径越大,过水能力越强。水力半径越大,过水能力越强。水流的分类水流的分类按按运动要素运动要素是否随时间变化是否随时间变化表征液体运动的物理量,如流速、加速度、动水压强等恒定流恒定流非恒定流非恒定流按运动要素随空间坐标的变化按运动要素随
16、空间坐标的变化一元流一元流二元流二元流三元流三元流按流线是否为彼此按流线是否为彼此平行平行的的直线直线均匀流均匀流非均匀流非均匀流渐变流渐变流急变流急变流均匀流、非均匀流均匀流、非均匀流恒定流、非恒定流的划分标准是时间,恒定流、非恒定流的划分标准是时间,空间内一点的空间内一点的运动要素是否随时间变化。运动要素是否随时间变化。但是均匀流、非均匀流的划分标准是空间。但是均匀流、非均匀流的划分标准是空间。水流是否随空间位置而变化,分成均匀流和非均匀流水流是否随空间位置而变化,分成均匀流和非均匀流。位于同一流线上质点的流速的大小和方向均相同的液位于同一流线上质点的流速的大小和方向均相同的液流,称均匀流
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