工程流體力學(xué)課件第一章 緒論

參考書：《水力學(xué)》《流體力學(xué)》工程流體力學(xué)世界最高壩（至2014.12）——羅貢壩世界最高的土石壩，也是世界最高壩。工程于1975年開工，1989年完工，位于塔吉克斯坦阿姆河支流瓦赫什河上。工程主要任務(wù)是灌溉與發(fā)電。最大壩高335米，壩頂長(zhǎng)660米，壩頂寬20米，底寬1500米。壩體體積7550萬立方米。水庫庫容133億立方米。水電裝機(jī)360萬千瓦。

小灣水電站：最大壩高294.5米

目前世界已經(jīng)蓄水的最高拱壩

位于云南省南澗縣與鳳慶縣交界的瀾滄江中游河段，是國(guó)家重點(diǎn)工程和實(shí)施西部大開發(fā)、“西電東送”戰(zhàn)略的標(biāo)志性工程，該電站總裝機(jī)容量420萬千瓦，總庫容約149億立方米。三峽大壩：世界上最大的混凝土重力壩三峽大壩壩頂高程185米，最大壩高181米；壩頂寬度15米；底部寬度一般為126米；大壩軸線全長(zhǎng)2309米?；炷翝仓窟_(dá)1600多萬立方米，1米見方的體積排列，可繞地球赤道三圈。最大113m的水位落差。五級(jí)船閘每次歷時(shí)超過2.5-3小時(shí)。1917年，孫中山先生在《建國(guó)方略》中最早提出建設(shè)三峽（瞿塘峽、巫峽和西陵峽）工程的設(shè)想，稱改良此上游一段，當(dāng)以水閘堰其水，使舟得溯流以行，而又可資其水力。1932年，國(guó)民政府建設(shè)委員會(huì)派出勘測(cè)隊(duì)在三峽進(jìn)行為期約兩個(gè)月的勘查和測(cè)量，編寫了《揚(yáng)子江上游水力發(fā)電測(cè)勘報(bào)告》，擬定了葛洲壩、黃陵廟兩處低壩方案。這是我國(guó)專為開發(fā)三峽水力資源進(jìn)行的第一次勘測(cè)和設(shè)計(jì)工作。1946年，國(guó)民政府資源委員會(huì)與美國(guó)墾務(wù)局正式簽訂合約，由該局代為進(jìn)行三峽大壩的設(shè)計(jì)；中國(guó)派遣技術(shù)人員前往美國(guó)參加設(shè)計(jì)工作。有關(guān)部門初步進(jìn)行了壩址及庫區(qū)測(cè)量、地質(zhì)調(diào)查與鉆探、經(jīng)濟(jì)調(diào)查、規(guī)劃及設(shè)計(jì)工作等。1947年5月，面臨崩潰的國(guó)民政府，中止了三峽水力發(fā)電計(jì)劃的實(shí)施，撤回在美的全部技術(shù)人員。美國(guó)墾務(wù)局工程師福斯脫在寫給中國(guó)同事的信中說：偉大如三峽計(jì)劃，中國(guó)自不能久置不問，相信于不久之將來，定有興工之一日。詞牌名：水調(diào)歌頭

題目：游泳才飲長(zhǎng)沙水，又食武昌魚。萬里長(zhǎng)江橫渡，極目楚天舒。不管風(fēng)吹浪打，勝似閑庭信步，今日得寬余，子在川上曰：逝者如斯夫！風(fēng)檣動(dòng)，龜蛇靜，起宏圖。一橋飛架南北，天塹變通途。更立西江石壁，截?cái)辔咨皆朴辏邖{出平湖。神女應(yīng)無恙，當(dāng)驚世界殊。1956年，毛主席在武漢暢游長(zhǎng)江后寫下《水調(diào)歌頭·游泳》，描繪出興建三峽工程的宏偉藍(lán)圖。1994年12月14日正式開工建設(shè)，歷經(jīng)十年奮戰(zhàn)，終于實(shí)現(xiàn)了一代偉人“更立西江石壁，截?cái)辔咨皆朴辏邖{出平湖”的世紀(jì)夢(mèng)想。長(zhǎng)江三峽水利樞紐，是當(dāng)今世界上最大的水利樞紐工程，已被列為全球超級(jí)工程之一。它是一個(gè)具有防洪、發(fā)電、航運(yùn)等多開發(fā)目標(biāo)的大型水利水電工程。項(xiàng)目總投資約2050億元人民幣。2009年完工，能發(fā)電18000兆瓦，相當(dāng)于18個(gè)核電站的發(fā)電量。改善650公里長(zhǎng)江航線的航運(yùn)條件。三峽大壩建在三斗坪中堡島，建成后其雄偉壯觀的大壩長(zhǎng)達(dá)2335米，高達(dá)70米以上，猶如一座橫跨長(zhǎng)江上的“水上長(zhǎng)城”。三峽大壩的利于弊:利：1防洪。能控制百年一遇洪水，確保中下游安全。遇千年一遇洪水，配合分洪區(qū)分洪，可避免發(fā)生毀壩的危害。2發(fā)電，3改善通航條件。弊：1淹沒文物，2改變生態(tài)環(huán)境甚至滑坡，3移民安置社會(huì)問題，世界十大水壩混凝土重力壩

目前世界已建最高的是瑞士的大狄克遜，高285m，

中國(guó)最大的三峽，壩高181m?；炷凉皦危?/p>

已建最高的為前蘇聯(lián)的英古里雙曲拱壩，壩高271.5m，

在建的是中國(guó)的小灣，壩高294.5m；土石壩

已建最高的是前蘇聯(lián)的羅貢心墻土石壩，壩高335m。第一章

緒

論

§1—1水力學(xué)的研究?jī)?nèi)容

§1—2液體的主要物理性質(zhì)§1—3作用在液體上的力§1—1水力學(xué)的研究?jī)?nèi)容

水力學(xué)：研究液體機(jī)械運(yùn)動(dòng)規(guī)律及其實(shí)際應(yīng)用的一門科學(xué)，是力學(xué)的一個(gè)分支，它是專門研究水流運(yùn)動(dòng)的一門技術(shù)科學(xué)。自然界物質(zhì)存在的一般形式有三種，即固體、液體和氣體。

流體：液體和氣體統(tǒng)稱為流體，在性質(zhì)上有許多異同之處，在一定條件下，水力學(xué)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律也適用于氣體運(yùn)動(dòng)。

流體與固體的主要區(qū)別：對(duì)外力抵抗的能力不同。

固體：可以抵抗一定的拉力、壓力和剪力，當(dāng)外力作用于固體時(shí)，固體將產(chǎn)生相應(yīng)的變形，相應(yīng)的科學(xué)有材料力學(xué)、彈性力學(xué)等。

流體：幾乎不能承受拉力，處于靜止?fàn)顟B(tài)下的流體還不能抵抗剪力，即流體在很小剪力作用下將發(fā)生連續(xù)不斷的變形，流體的這種特性稱為易流動(dòng)性?！?—2

液體的主要物理性質(zhì)

1連續(xù)介質(zhì)模型（假說）

在水力學(xué)中，把液體作為連續(xù)介質(zhì)看待，即假設(shè)液體是一種充滿其所占據(jù)空間毫無空隙的連續(xù)體。（瑞士學(xué)者歐拉，1753年）把液體視為連續(xù)介質(zhì)后，液體運(yùn)動(dòng)中的物理量都可視為空間坐標(biāo)和時(shí)間的連續(xù)函數(shù)，就可以利用連續(xù)函數(shù)的分析方法來研究液體運(yùn)動(dòng)。實(shí)踐也證明，采用液體連續(xù)介質(zhì)模型解決—般工程中的水力學(xué)問題是能夠滿足要求的。

2

密度和容重

密度

ρ=M/V

量綱為M/L3

，國(guó)際單位為kg/m3

容重（均勻液體重度）：γ=Mg/V

量綱為

M/T2L2

，國(guó)際單位為N/m3—般采用g=9.8m/s2

一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，溫度為40C時(shí)的純凈水（淡水）密度

容重

3．粘滯性

當(dāng)液體處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)，若液體質(zhì)點(diǎn)之間存在著相對(duì)運(yùn)動(dòng)，則質(zhì)點(diǎn)間要產(chǎn)生內(nèi)摩擦力抵抗其相對(duì)運(yùn)動(dòng)，這種性質(zhì)稱為液體的粘滯性或簡(jiǎn)稱粘性，此內(nèi)摩擦力又稱為粘滯力。

牛頓平板實(shí)驗(yàn)：平板面積A，板間充滿液體，設(shè)下板固定不動(dòng)，上板受拉力T作用，以勻速U向右運(yùn)動(dòng)。當(dāng)h或U不大時(shí)，板間速度為線形分布。牛頓內(nèi)摩擦定律液體的粘滯系數(shù)μ，ν

粘性大的液體其μ，ν值也大，液體的性質(zhì)對(duì)摩擦力的影響，可通過粘性系數(shù)來反映。液體的μ，ν隨壓力變化甚微，隨溫度變化較為敏感。理想液體模型：動(dòng)力粘滯性系數(shù)μ=0（簡(jiǎn)化分析計(jì)算）4．壓縮性

液體不能承受拉力，但能承受壓力。

液體受壓，體積縮小，內(nèi)部產(chǎn)生一種企圖恢復(fù)原狀的內(nèi)力（彈性力），卸壓后，液體立即恢復(fù)原狀，此性質(zhì)稱液體的壓縮性或彈性，用體積壓縮系數(shù)β或體積彈性系數(shù)K表示。

水的壓縮性很小，一般工程中認(rèn)為水不可壓縮是足夠精確的。當(dāng)氣體速度遠(yuǎn)小于音速時(shí)，氣體的壓縮性也不考慮。按物理性質(zhì)分：重力、摩擦力、彈性力、表面張力及慣性力等按作用方式分：表面力、質(zhì)量力兩大類。1．表面力作用于液體的表面上，并與受作用的液體表面積成比例的力（壓力與切力（壓應(yīng)力與切應(yīng)力，摩擦力）。2．質(zhì)量力作用于液體的每個(gè)質(zhì)點(diǎn)上，并與受作用的液體的質(zhì)量成比例的力（最常見的是重力，直線運(yùn)動(dòng)的慣性力、離心慣性力）。§1—3

作用在液體上的力

單位質(zhì)量力：作用在單位質(zhì)量液體上的質(zhì)量力。

質(zhì)量為M的均質(zhì)液體，所