目 录 第一章绪论 一、本章提要…………… 二、例题分析…………………… 三、自测题……………… 3 第二章水静力学……………… 4 、本章提要……………… 4 二、例题分析………………… 6 三、自测题 12 第三章水动力学理论基础 14 一、本章提要 14 二、例题分析 ………… 15 三、自测题 20 第四章相似原理与量纲分析 ++ 23 一、本章提要 23 二、例题分析 + 24 ￥) 三、自测题 28 第五章流动型态、水流阻力和水头损失 + 30 、本章提要 30 二、例题分析 31 三、自测题 37 第六章孔口、管嘴及有压管道的恒定流动 39 一、本章提要 39 二、例题分析 40 二三、自测题 46 第七章明梁均匀流…… 49 一、本章提要 49 二、例题分析 50
三、自测题 54 第八章明渠非均匀流 56 -、本章提要 56 二、例题分析 58 三、自测题 64 第九章堰流 66 一、本章提要 66 二、例题分析 68 三、自测题 71 第十章渗流……………… 73 一、本章提要………… 73 二、例题分析 … 75 三、自测题 … 78 附录自测题解答与提示 80 参考文献 98
第一章绪论 一、本章提要 液体连续介质模型 液体连续介质模型假定液体是由质点(或微团)毫无间隙地组成,其物理性质各向同性,且 在空间和时间上的变化具有连续性,因此可采用数学中的连续函数作为分析的工具 水力学在研究液体运动时,由于只研究外力作用下的机械运动,而液体分子又是极为密集 的,因此把液体视为连续介质既有必要又有可能。 2.液体的主要物理性质 液体的主要物理性质包括密度、容重(或重度)粘滞性和压缩性等。其中密度()和容重 (y)是大家较熟悉的,主要掌握y与P的关系y=/g,应熟记在常温F,淡水的密度p=1000 kg/m3和容重y=9800M/m3。 粘潜性是液体在运动状态下阻抗剪切变形速率能力的量度,是液体的固有属性,它直接影 响着液体的流动型态,是液流机被能损失的根源。粘滞性是本章学习的熏点。婁掌攆牛顿内 擦定r=n及两个粘性系数(动力粘性系数)和v(运动粘性系数)关系v=,理解 y在数学和企形上的意义,了解液体内摩擦力与固体间摩擦力的区别 压缩性应丁解体积压缩系数β和体积弹性系数K的意义,建立“不可压缩液体”的觀念 水力学-般视液体为不可压缩 3.作用在液体上的力 作用在液体上的力分为两大类:表面力和质量力。 攴面力作用在被研究液体的表面上,其大小与被作用的面积成正比,如法向压力利切向力 质量力作用在被研究液体的每个质点上,其大小与被研究液体的质量成正比,如重力和惯性力 在水力学中,质量力常用单位质量的质量力表示 二、例题分析 例11试分析牛顿内摩擦定律中y的物理意义。 解在所考虑的平行流中取相距为dy的两液层间矩形微团ab,如图1-1所小过山t 时段后,该液体微团运动到ab'd':因液层间存在流速差da,微团除平移运动外,还有剪切
变形,即由矩形abd变成平行四边形ab'cl"。d或b都发生了角变位d6,其角变形速率为 di。因dt为微分时段,d也为微量,故有 d≈gd)=adt dy 由此得 du de 即表征液体质点的剪切变形速率。 例1-2有一矩形断面的宽渠道,其水流 图1-1 速度分布为 式中,y为水的容重;P为水的动力粘性系数;h为水深,h=0.5m。试求渠底(y=0)处的 切应力o 解由题意知 d,=0.02(h-y) 将其代人牛顿内摩擦定律可得断面上切应力分布 =0.00(h-y) 故 ro=zl,=0=0.002mh=0.002×9800×0.5=98N/m2(Pa 例13欲使水的体积减少1.0%,则压强应增加多少? 解取水的体积弹性系数K=2×10N/m2,则 △P=-Kw=-2×10×(-1.0%)=2×107Nm2≈200个大气压 由此可知水的压缩性是极其微小的,因此在实际工程中,一般将水看作不可压缩液体,在 实用上是完全允许的 例1-4图1-2所示为一运水汽车,沿与水平面 成a=15°角的路面行驶,其加速度为a=2m/s2,试 求作用于单位质量水体上的质量力在x、y、方向的 分量 解车中水体受力如图所示,其质量力有重力 G=mg和惯性力I=-ma,总质量力F=n= G+I=mg-m,单位质最力为 ∫=g-a 图12 其各分量为 Y= a cos a=2 cos 150=1.93 m/s2 y=0 Z=-g+ a sin a=-9.8+2sin15°=-9.28m/s3
三、自测题 1-1单项选择题 (1)水力学中,单位质量力是指作用在单位( )液体上的质量力 ①面积②体积③质量重量 (2)下面关于流体粘性的说法中,不正确的是( ①粘性是流体的固有属性 ②粘性是在运动状态下,流体其有抵抗剪切变形速率能力的量度。 ③流体的粘性具有传递运动和阻滞运动的双重性。 ④流体的粘性随着温度的升高而增大。 1-2填空题 (1)已知某液体的容量y=839Nm3,其运动粘性系数v=3.39×10-6m2/,则该液体的 动力粘性系数=( )N·s/m2。 (2)-盛水封闭容器从空中自由下落,则器内水体质点所受单位质量力f (3)某液体的密度变化率42=-0.5%,则该液体的体积变化率=( 1-3已知液体中的流速分布a-y如测1-3图中所示三种情况:(a)均匀分和;(b)线 性分布;(c)抛物线形分布。试定性画出各种情况下的切应力分布ry图。 测13图 14一底面积为40cm×45cm,高为1cm的木块,质量为5kg,沿着涂有润滑油的斜面 向下作等速运动如测14图所示。已知木块运动速度U=1ms,油层厚度8=1m,由木块 所带动的油层运动速度呈直线分布试求油的动力粘性系数P 2】a=30 1-4图