【正文】 體靜壓強的基本公式求解任意點的流體靜壓強?；疽螅孩倭私忪o水壓強特性，等壓面，絕對壓強與相對壓強，水頭與單位勢能等基本概念。其中第一至第四節(jié)為2個學時，第六、第七節(jié)為2個學時，第五節(jié)、第八節(jié)不作要求。其單位為m/s2與加速度單位相同。下面給出它們的定義，如圖所示液體平面Ａ上作用著連續(xù)分布的壓力，在Ａ上任取一微小面積ΔA，其上壓力的合力為ΔP，則某點壓強的定義為： 若用作用面上總壓力比上作用面積，則為作用面上的平均壓強p＝P／A 同理某點切應力的定義為： 作用面A上的平均切應力τ＝T/A二． 質(zhì)量力質(zhì)量力（體積力）質(zhì)量力連續(xù)作用于液體質(zhì)點上，其值與液體的質(zhì)量成正比，對均質(zhì)液體其質(zhì)量力與體積成正比，故又稱為體積力。切應力：單位面積上的切力稱為切應力。壓強：單位面積上的壓力稱為壓強，又稱為壓應力。一． 表面力表面力：表面力連續(xù)作用于液體的表面，表面力又可分解成垂直和平行于作用面的壓力和切力。它們分別對液體運動規(guī)律有著不同的影響。粘性液體（實際液體）相對地，稱具有粘滯性的液體為粘性液體或?qū)嶋H液體。但由于粘滯性所產(chǎn)生的內(nèi)摩擦切應力，使水流受力變得復雜，許多情況下難以進行理論上的分析研究和求解，為此引入非粘性液體或理想液體的概念。工程中均需采取各種措施來避免這一現(xiàn)象或破壞的發(fā)生。所以空穴發(fā)生在水流低壓區(qū)。空穴：運動液體各點壓強不同，有的部位壓強可能大大低于大氣壓強，因而會在常溫下發(fā)生空化。水在沸點100 ０C時的飽和蒸氣壓為1個大氣壓，飽和蒸氣壓越低，水的沸點越低。沸騰時，液體內(nèi)部產(chǎn)生許多小汽泡，從而破壞了液體的連續(xù)性。蒸發(fā)：汽化在液體表面上發(fā)生時稱為蒸發(fā)。對水和水銀來說，當d20mm和d15mm時，其毛細管高度可以忽略不計。毛細現(xiàn)象液體與氣體、固體交界處，在液體的附著力、內(nèi)聚力和表面張力作用下，液體自由表面可以沿固體壁面上升或下降，呈現(xiàn)凹（凸）液面，由于這一現(xiàn)象在毛細管中特別明顯，稱毛細現(xiàn)象。表面張力只存在于液體的自由表面，液體內(nèi)部并不存在。表面張力自由液面附近的液體受到來自氣體和液體內(nèi)部的引力，但液體一側(cè)的引力較大，在引力差作用下，自由液面的液體呈現(xiàn)出收縮和承受張力的性質(zhì)，即具有表面張力特性。在供熱系統(tǒng)中，因水溫變幅較大，如水在800C和1000C時與40C相比，其密度（體積）的變化率Δρ/ρ(=ΔV/V)%%，為防止脹裂容器或管道，應給膨脹水體以出路。液體的膨脹性可用體積膨脹系數(shù)βt來表示： 式中dT為溫度增量。100C時，水的βp=1010m2/N，即每增加一個大氣壓強其體積壓縮率dV/V≈1/20000，這一數(shù)值很小，故一般情況下可以不考慮水的壓縮性。壓縮性與膨脹性壓縮性液體的體積因壓強的變化而改變，稱為壓縮性。稱作1“斯托克斯”。運動粘度水力學中通常以運動粘度ν來表示液體的粘滯性大小，它與μ的關系為： ν＝μ/ρ式中ρ為液體的密度。秒或帕s/m2亦可寫作Pas/m2）。動力粘度表示粘滯性大小的物理量，用動力粘度μ表示，單位為牛頓并且液體在流動時，必須不斷克服其內(nèi)摩擦切應力而消耗自身的機械能，這一現(xiàn)象是水力學研究的重點。粘滯性粘滯性我們知道，液體在靜止時，不能承受剪切應力，一旦液體受到切力作用時，會不斷發(fā)生切向變形而流動，此時液體會顯示出抵抗切向變形的能力，也就是液體處于運動狀態(tài)時，液體質(zhì)點間存在著相對運動，則質(zhì)點間就會產(chǎn)生內(nèi)摩擦切應力與作用切力相抗衡，這一性質(zhì)稱為液體的粘滯性。容重：單位體積的液重叫容重，以γ表示。液體的密度常以符號ρ表示，若一均質(zhì)液體質(zhì)量為Ｍ，體積為Ｖ，則ρ＝Ｍ／Ｖ 當液體為非均質(zhì)時，則某點密度 密度隨溫度和壓強而變化，但在常溫常壓范圍內(nèi)變化不大。設物體的質(zhì)量為Ｍ，加速度為a，則慣性力為 Ｆ＝－Ｍa 式中負號表示慣性力的方向與物體的加速度方向相反。慣性的大小用質(zhì)量來度量。第二節(jié) 液體主要物理性質(zhì)慣性慣性慣性就是物體所具有的反抗改變原有運動狀況的物理性質(zhì)。工程上所研究的液體尺度遠比液體的分子尺度大得多，這一假設對大多數(shù)液流的情況是適用的。由于水力學的任務并不是研究液體分子的運動，而是研究整個液流的宏觀機械運動，因此在水力學中引入了連續(xù)介質(zhì)的假定，即認為液體是由連續(xù)的液體質(zhì)點所組成，這些液體質(zhì)點完全充滿所占空間，沒有空隙存在，其物理性質(zhì)和運動要素都是連續(xù)分布的。所以液體不能保持固定的形狀并具有流動性；液體能保持比較固定的體積并具有自由表面；液體的壓縮性很小。水力學的基本內(nèi)容不但在水利建設方面有著廣泛的應用，并且在許多國民經(jīng)濟部門，如城市建設及環(huán)境保護、機械制造、石油開采和輸送、金屬冶煉和化學工業(yè)等也都需要應用水力學知識。氣體和液體的主要區(qū)別就是它們的可壓縮程度不同，但當氣流速度遠比音速為小的時候，在運動過程中其密度變化很小，氣體也可視為不可壓縮，此時水力學的基本原理也同樣可適用于氣流。氣體不僅沒有固定的形狀，也沒有固定的體積，極易膨脹和壓縮，它可以任意擴散直到充滿其所占據(jù)的有限空間。液體與氣體兩者相比，液體分子內(nèi)聚力卻又比氣體大得多，因為液體分子間距離較小，密度較大，所以液體雖然不能保持固定的形狀，但能保持比較固定的體積。它能承受一定數(shù)量的拉力、壓力和剪切力。液體和氣體統(tǒng)稱為流體。一是關于液體平衡的規(guī)律，它研究液體處于靜止（或相對平衡）狀態(tài)時，作用于液體上的種種力之間的關系，這一部分稱為水靜力學；二是關于運動的規(guī)律，它研究液體在運動狀態(tài)時，作用于液體上的力與運動要素之間的關系，以及液體的運動特性與能量轉(zhuǎn)換等等，這一部分稱為水動力學。一方面根據(jù)基礎科學中的普遍規(guī)律，結(jié)合水流特點，建立理論基礎，同時又緊密聯(lián)系工程實踐，發(fā)展學科內(nèi)容。水力學是力學的一個分支，水力學符合力學三大定律，即質(zhì)量守恒定律、動量守恒定律和能量守恒定律。基本概念：⑴連續(xù)介質(zhì)?、埔后w密度　⑶液體容重?、纫后w的粘滯性、運動粘度、動力粘度?、梢后w的壓縮性、體積壓縮系數(shù)、彈性系數(shù)?、室后w的膨脹性、體積膨脹系數(shù)?、吮砻鎻埩?、毛細現(xiàn)象?、汤硐胍后w（非粘性液體）?、蛯嶋H液體（粘性液體）?、伪砻媪?、壓應力（壓強）?、腺|(zhì)量力（體積力）、單位質(zhì)量力重點掌握：⒈連續(xù)介質(zhì)的概念?、惨后w的粘滯性　⒊液體的壓縮性、液體的膨脹性概念　⒋表面力、質(zhì)量力（體積力）、單位質(zhì)量力的概念基本內(nèi)容：水力學是研究液體的力學性質(zhì)的一門科學?；疽螅孩僬_理解液體的五種主要物理性質(zhì)，重點掌握粘滯性的有關概念。通過本課程的學習，要求能掌握液體平衡和液體運動的基本概念、基本理論和分析方法，能正確區(qū)分不同水流的運動狀態(tài)和特點，掌握水流運動的基本規(guī)律，能解決實際工程中有關管流和明渠流的常見水力學問題，為今后學習專業(yè)課程、從事專業(yè)技術工作打下良好的基礎。流體力學輔導教案作者：日期：流體力學輔導教案課程名稱：流體力學學時：36（適用于土木、環(huán)境工程）教材：水力學，中國水利水電出版社，遲耀瑜，1999年12月版參考書：，人民教育出版社，清華大學水力學教研組編，1981年7月版，高等教育出版社，成都科技大學水力學教研室編，1983年6月第二版水力學是一門技術基礎課，也是水利工程、土木工程、環(huán)境工程、交通工程、建筑工程等專業(yè)的必修課程。學習水力學課程必須具備物理學、理論力學和材料力學等基礎知識。第一章 　緒論《緒論》部分授課學時為2個學時。②弄清連續(xù)介質(zhì)和理想流體的概念，了解作用于流體上的力的分類及其各種力的含義。水力學的任務是研究液體的平衡和機械運動的規(guī)律及其實際應用。從學科的角度來看，水力學是介乎基礎科學和工程技術之間的一門技術科學。水靜力學、水動力學水力學所研究的基本規(guī)律，有兩大主要組成部分。研究對象自然界的物質(zhì)一般有三種存在形式，即固體、液體和氣體。固體由于其分子間距離很小，內(nèi)聚力很大，所以它能保持固定的形狀和體積。而流體則不同，由于其分子間距離較大，內(nèi)聚力很小，它幾乎不能承受拉力，抵抗拉伸變形；在微小剪切力作用下，流體很容易發(fā)生變形或流動，所以流體不能保持固定的形狀。一個盛有液體的容器，若其容積大于液體的體積時，液體就不會充滿整個容器，而具有自由表面。而液體的壓縮性很小。水力學雖以水為主要研究對象，但其基本原理同樣適用于一般常見的液體和可以忽略壓縮性影響的氣體。第一節(jié) 液體基本特征及連續(xù)介質(zhì)液體基本特征液體與固體的差異是幾乎不能承受拉力，抵抗拉伸變形；在微小剪切力作用下，液體很容易發(fā)生變形或流動，或者說，靜止液體不能抵抗剪切應力。連續(xù)介質(zhì)液體的真實結(jié)構(gòu)是由彼此之間有空隙并在進行復雜的運動的大量液體分子所組成的聚集態(tài)。引入連續(xù)介質(zhì)假定有兩個目的：①能擺脫復雜的分子運動，而著眼于實際所關心的宏觀機械運動，②能充分利用連續(xù)函數(shù)這一數(shù)學工具，對液體的運動規(guī)律進行理論分析。必須指出，當所研究的液體尺度接近分子尺度時，如很稀薄的氣體，連續(xù)介質(zhì)的假設便不能適用。液體同其他物體一樣，也具有慣性。當液體受外力作用使運動狀態(tài)發(fā)生改變時，由于液體的慣性引起對外界抵抗的反作用力稱為慣性力。密度密度是指單位體積的液體所含有的質(zhì)量。萬有引力特性液體在地球引力場內(nèi)受到引力作用，其重力Ｇ為： Ｇ＝Ｍg式中，g為重力加速度。 γ＝Ｇ／Ｖ＝ρg工程上常采用水的容重γ＝、水銀容重γm=。此內(nèi)摩擦力又稱為液體的粘滯力粘滯性主要來自液體分子間的內(nèi)聚力，是質(zhì)點間的一種內(nèi)在聯(lián)系，粘滯力阻滯質(zhì)點間的相對位移，并使其流速分布具有連續(xù)性。粘滯性大小因液體而異，水的粘滯性遠小于甘油。秒/米２（Ｎ又N/m2稱為帕斯卡，簡稱“帕”，以“Pa”表示，則Ｎs，稱為帕斯卡秒。ν的單位為m2/s，它是運動量綱，故稱運動粘度。水的粘度隨溫度而變化，溫度上升其粘度減小。液體壓縮性的大小可用體積壓縮系數(shù)βp或彈性系數(shù)k來表示，其定義為： 或 　　式中，dp為壓強增量，dV/V為液體體積變化率，式中負號是為了使βp為正值而加。膨脹性液體的體積因溫度的變化而改變，稱為膨脹性。在200C常溫下，水的βt=150106(1/0C)，故通常亦不考慮其膨脹性。液體表面特性液體與氣體間的分界面，即液體的自由液面，其表面特性在某些情況下應予考慮。也就是說，由于受內(nèi)、外兩側(cè)分子引力不平衡，使自由液面上液體分子受有極其微小的拉力。表面張力以表面張力系數(shù)σ表示，是指在自由面單位長度上所受拉力的數(shù)值，單位為N/m，其值與液體種類及溫度有關。下面給出200C時水和水銀在潔凈玻璃毛管中的毛細管高度近似計算公式： 水 h=(mm) 水銀 hm=－(mm)式中d為毛管內(nèi)徑，以mm計。汽化性汽化：液態(tài)轉(zhuǎn)化為汽態(tài)稱為汽化。沸騰：汽化在液體內(nèi)部發(fā)生時稱為沸騰。沸騰時的溫度稱為沸點，此時蒸汽壓強稱為飽和蒸汽壓，以pv表示?？栈核W稱沸點低于1000C時的沸騰為空化?？栈幇l(fā)生大量氣體（或蒸汽）空泡，這一現(xiàn)象稱為空穴?？瘴g現(xiàn)象：在發(fā)生空穴處的下游高壓區(qū)，往往因空泡的潰滅引起過流壁面的剝蝕破壞，即所謂空蝕現(xiàn)象。第三節(jié) 非粘性液體在研究液體運動規(guī)律時，一般僅須考慮其慣性、萬有引力特性和粘滯性。非粘性液體（理想液體）非粘性液體是沒有粘滯性的液體，但它仍保留使液體流速具有連續(xù)分布的性質(zhì)。第四節(jié) 作用于液體上的力作用于液體上的力很多，按性質(zhì)可分為重力、慣性力、彈性力、內(nèi)摩擦力以及表面張力等。這些力按其作用方式分為表面力和質(zhì)量力兩類。表面力如邊界對液體的反作用力，再如液體質(zhì)點之間的作用力在作用面上的表現(xiàn)。以p表示。以τ表示。設某液體的質(zhì)量為Ｍ、質(zhì)量力為Ｆ，則單位質(zhì)量力f為： f＝F／M (m/s2)f的矢量式為： f＝Xi+Yj+Zk式中，Ｘ、Ｙ、Ｚ為單位質(zhì)量力在坐標x、y、z上的投影。第二章 水靜力學《水靜力學》授課學時為4個學時。實驗學時為2個學時，實驗內(nèi)容為靜水壓強實驗。了解壓強測量的基本方法和壓強的各種表示方法。③能正確繪制靜水壓強分布圖和壓力體圖，能利用該圖或基本公式求解作用于平面上和曲面上的靜水總壓力的大小，方向及其作用點。靜止液體的特點：靜止液體不能承受切力，其質(zhì)點間沒有相對位移，故不顯示粘滯性，也不存在切應力。因此，在研究水靜力學問題時，理想液體與實際液體都是一樣的。即：①靜水壓強方向垂直并指向作用面，②壓強值與方向無關。微分四面體MABC上受力包括表面力和質(zhì)量力，其表面上的壓強各為px、py、pz、pn，表面力為　　Px=1/2px，……Pn=pndAnPn在x軸向的分量Pnx=Pncos(n,x)=pndAndydzX=1/6dxdydz由x方向平衡條件　　　　Px－Pnx＋Fx＝0即　　　1/2pndydz＋1/6X＝0當dx、dy、dz→０時，忽略高階微量，有px＝pn。第二節(jié) 靜止液體平衡微分方程式一． 靜止液體平衡微分方程式　　在靜止液體中任取一微分正六面體，由x、y、z方向的平衡得　　　　　　二． 等壓面等壓面：液體中各點壓強相等的面為等壓面。等壓面具有下列性質(zhì)：１． 等壓面亦為等勢面。第三節(jié) 重力作用下靜水壓強基本方程式當液體為絕對靜止時，其質(zhì)量力僅為重力，這是工程中最常見的情況。該式表明，靜止液體某點壓強為表面壓強與該點以上液柱重量之和。2. 式中p0及γ皆為常數(shù)，故p與水深h成線性關系。4. 兩點間壓強差等于兩點間垂直液柱重量，即： p1p2=γ(h1h2)=γΔh應當指出，在應用上述規(guī)律時，液體應滿足均質(zhì)和連續(xù)條件。第四節(jié) 絕對壓強、相對壓強、真空壓強及其量測一． 絕對壓強、相對壓強、真空壓強絕對壓強 某點實際壓強叫作絕對壓強。真空壓強 某點絕對壓強pabspa時，則定義該點的真空壓強pv為： pv=pa pabs工