水力学及桥涵水文教案

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1、授课题目绪论授课类型讲授首次授课时间2011年8月29、5日学时4教学目标使学生明确流体力学这门课的性质、任务及研究对象。使学生掌握流体的主要物理性质。重点与难点重点：黏性、牛顿内摩擦定律、质量力、表面力、连续介质概念。难点：牛顿内摩擦定律具体应用教学手段与方法多媒体教学过程：（包括授课思路、过程设计、讲解要点及各部分具体内容、时间分配等）一、流体力学的研究对象及意义1、流体力学的任务：研究流体平衡和运动的力学规律、流体与固体之间的相互作用及其在工程技术中的应用。2、研究对象：流体（包括气体和液体）。3、力学中对流体的定义：在静力平衡时，不能承受剪切力的物质就是流体。4、流体

2、的基本特征：易流动性，也是流体与固体的主要区别，是由它的力学性质决定的。5、易流动性：处于静止状态的流体不能承受剪切力，即使在很小的剪切力的作用下也将发生连续不断的变形，直到剪切力消失为止。这也是它便于用管道进行输送，适宜于做供热、制冷等工作介质的主要原因。流体也不能承受拉力，它只能承受压力。利用蒸汽压力推动气轮机来发电，利用液压、气压传动各种机械等，都是流体抗压能力和易流动性的应用。没有固定的形状，取决于约束边界形状，不同的边界必将产生不同的流动。学习目的：掌握基本理论、基本方法，为今后的生产和科研服务，为流体机械、选矿等后续课程作必要的理论准备。6、应用流体力学是机械、采

3、矿、选矿、土建工程等专业的一门主要的技术基础课。其应用十分广泛，如车辆工程、航天航空、水运、航海、矿井通风、机械工业中的润滑、液压传动、高层建筑受风的作用、污染物在大气中的扩散等、舰船结构。二、流体的主要物理性质　　是决定流体平衡和运动规律的内因。1、惯性惯性是物体反抗外力作用而维持其原有运动状态的性质。惯性的大小取决于物体的质量，质量↑，惯性↑。举例：汽车减速。工程中常用体积来表示流体的量的多少，如：煤气表、水表的示数都是体积。单位体积流体的质量——流体的密度，用来表示。对于均质流体　（kg/m）　　　　　　　　　单位体积流体的重量——流体的重度，用来表示。对于均质流体，其

4、重度（Formula）为　　（N/m）　在地球重力场的条件下，流体的密度和重度的关系为常温下水的密度和重度一般采用：kg/m，9800N/m。注意：密度和重度的本质区别。2、粘性粘性——流体阻止发生剪切变形的一种特性。粘性是流体的固有属性。当流体运动时，流体内部各质点间或流体层间会因相对运动而产生内摩擦力（剪切力）以抵抗其相对运动，流体的这种性质称为粘性。此内摩擦力称为粘滞力（粘性切应力）。（1）牛顿内摩擦定律图1.2.1为平行平板实验的示意图。假定在两板之间流体是分层运动，没有不规则的流体运动及脉动加入其中，则由下板到上板之间有许多流体层。各层流体由于质点间的内摩擦力作用，

5、其速度沿方向的变化规律如图1.2.1所示。设：——各流体层间产生的内摩擦力，大量实验证明，内摩擦力与接触面积、相对速度差成正比，而与垂直距离成反比，即。若乘以比例系数，则有★★★1★★★2式中　——内摩擦力，N；图1.2.1　平行平板实验——单位面积上的内摩擦力或切应力，N/m；——流体层的接触面积，m；——速度梯度，即速度在垂直于该速度方向上的变化率，s；——与流体性质有关的比例系数，称为动力粘性系数，或称动力粘度★★★1、★★★2式称为牛顿内摩擦定律或粘性定律。.牛顿内摩擦定律只能应用于层流运动。而非层流流场中的切应力规律将在第4章紊流理论中讨论。牛顿流体：符合牛顿内摩擦

6、定律。如水、酒精、汽油和一般气体等分子结构简单的流体都是牛顿流体。非牛顿流体：不符合牛顿内摩擦定律。如泥浆、有机胶体、油漆、高分子溶液等。（2）粘性系数动力粘性系数（dynamicviscosity）：反应流体的粘性，具有动力学问题的量纲。↑，↑。值由实验测定。值表示速度梯度等于1时的接触面上的切应力。动力粘性系数国际单位为Pa.s（N.s/m），物理单位为泊（P或dn.s/cm）。它们的换算关系为　　1N.s/m=10dn.s/cm=10P运动粘性系数或运动粘度：　　　　　　　　的单位及各种单位之间的见换算关系P5。液压油的牌号多用运动粘性系数表示。一种机械油的号数就是以这

7、种油在50°C时的运动粘性系数平均值标注的，号数越大，粘性就越大。例如30号机械油，就是指这种油在50°C时的运动粘性系数平均值为3010m/s。思考？？？时，流体没有粘性，这种说法对否？例题1—1轴置于轴套中，如图1.2.2所示。以90N的力由左端推轴向右移动，轴移动的速度为0.122m/s，轴的直径为75mm，其它尺寸见图中。求轴与轴套间流体的动力粘性系数。解　因轴与轴套间的径向间隙很小，故设间隙内流体的速度为线性分布，由式上式中　，图1.2.2轴与轴套则　Pa.s（3）温度、压力对粘性系数的影响液