水力学及桥涵水文教案.docx

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、外表力、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、讲解要点及各局部具体内容、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1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、流体的根本特征：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：掌握根本理论、根本方法，为今后的生产和科研效劳，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、采矿、选矿、土建工程等专业的一门主要的技术根底课。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、惯性惯性是物体对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3惯性TC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一流体的密度，用夕来表示。对于均质流体p=(kg/m3)V单位体积流体的重量一流体的重度，用了来表示。对于均质流体，其重度(FormUla)为=(N/m3)V在地球重力场的条件下，流体的密度和重度的关系为y=常温下水的密度和重度一般采用：pw=I(XX)kg/m3,w=9800Nm5。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，没有不规那么的流体运动及脉动参加其中，那么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，其速度沿y方向的变化规律如图121所示。设：F各流体层间产生的内摩擦力，大量实验证明，内摩擦力尸与接触面积A、相假设乘以比例系数那么有F = ±jliA- 1dy图1.2.1平行平板实验对速度差d"成正比，而与垂直距离力成反比，即尸Oc4立dyFdu=+u2Ady式中F内摩擦力，N：单位面积上的内摩擦力或切应力，NZm2；A流体层的接触面积，m2；速度梯度，即速度在垂直于该速度方向上的变化率，S-;dy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回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）：反响流体的粘性，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.sm2）,物理单位为泊（P或dn.sCm之）。它们的换算关系为lN.sr11-=10dn.scm=IOP运动粘性系数或运动粘度：D=巴PU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种油在50时的运动粘性系数平均值标注的，号数越大，粘性就越大一例如30号机械油，就是指这种油在50时的运动粘性系数平均值为30×10m 膨胀性当温度T时，体积T流体的膨胀性。大小用体积膨胀系数4表示。s思考？ ？ ？ 7 = 0时，流体没有粘性，这种说法对否？ 例题1一1轴置于轴套中,如下图。以尸二90N的力由 左端推轴向右移动，轴移动的速度为u = s,轴的直径I为d=75mm,其它尺寸见图中。求轴与轴套间流体的 皿 f 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=纳Au上式中 F = P, A = Ml图/On?那么FhPh _90x0.000075l - 3.1416×0.075×0.2×0.122轴与轴套= 1.174 Pa.s(3)温度、压力对粘性系数的影响液体：温度T，粘性L气体：温度粘性3液体、气体：压力3粘性3(4)理想流体与实际流体自然界中存在的流体都具有粘性粘性流体或实际流体。理想流体：是一种假想的无粘性的流体，"=0O流体力学的研究方法：将实际流体假想为理想流体，找出它的运动规律后，再考虑粘性的影响，修正后再用于实际流体。2、压缩性和膨胀性(1)压缩性当作用在流体上的压力T时，流体的体积I，密度,流体的压缩性。流体可压缩性的大小通常用体积压缩系数表示。在实际工程中，一般认为：液体是不可压缩的；气体，当压力和温度在整个流动过程中变化很小时(如通风系统)，可按不可压缩流体处理。如矿井通风系统。如研究液体的振动、冲击时，那么要考虑液体的压缩性在工程上：液体的以很小，一般不考虑其膨胀性；气体的民很大，当压力和温度变化时，密度或重度明显改变，其间的关系，可用理想气体状态方程式来描述。及必须考虑膨胀性。3、外表张力和毛细管现象（自学）要点：外表张力是如何产生的，大小与什么有关，如何表示？何谓毛细管现象？三、流体的连续介质模型流体微团是使流体具有宏观特性的允许的最小体积。这样的微团，称为流体质点。流体微团：宏观上足够大，微观上足够小。流体的连续介质模型为：流体是由连续分布的流体质点所组成，每一空间点都被确定的流体质点所占据，其中没有间隙，流体的任物理量可以表达成空间坐标及时间的连续函数，而且是单值连续可微函数。四、作用在流体上的力1、质量力质量力（G）：质量T，Gt长程力。质量力包括重力和惯性力。在流体力学中，常用单位质量力来衡量质量力的大小。X、丫、Z分别代表单位质量力在直角坐标轴x、y、Z方向的分量，那么x=2y=Z=2mO单位与加速度的单位相同，均mtnm是ms2o2、外表力外表力近程力。外表切向力（为摩擦力）：T切应力或摩擦应力外表法向力（压力）。；一压应力简称为压强。口由流体粘性所引起的内摩擦力是外表切向力，平衡流体或理想流体，不存在外表切向力，只有外表法向力。本次课小结：1、工程流体力学研究的是实际流体；2、研究方法是将实际流体假想为理想流体；3、符合牛顿内摩擦定律；4、各物理性质及之间的换算关系。思考题、讨论题、作业教学后记授课题目水静力学授课类型讲授首次授课时间2009年9月10日学时教学目标重点与难点教学手段与方法多媒体教学过程：（包括授课思路、过程设计、讲解要点及各局部具体内容、时间分配等）提问:1、粘滞性2、作用在流体上的力：3.理想液体与连续介质的概念上次课内容回忆及本次课内容引出：2.1 流体静压强及其特性一、流体静压强设作用在?点周围微小面积AA上的合力为AP,根 据压强的定义，其平均压强为-PP = 一 A(NZm2)当面积AA无限缩小到机点时，那么得P= Iim ZiATo 44图静止液体中的别离体p外部流体作用在流体内部加点上而产生的压 力，称流体静压力。流体静压强作用在单位面积上的力。 二、流体静压强的特性流体静压强有两个重要特性：（1）垂直性（2）各向等值性三、帕斯卡定律（自学）（N/m 2或乙）要点：I什么是帕斯卡定律？ 2、帕斯卡定律的适用条件？ 3、帕斯卡定律有哪些应用？ 四、等压面在平衡流体中，压强相等的各点所组成的面称为等压面。特征：（1）等压面为等势面。（2）等压面是一个垂直于质量力的面。2.2 流体静力学根本方程一、静止液体中压强分布规律如图示。单位质量力J在各轴上的投影为 X=O Y = OZ = -g理解和掌握流体静压强及其特性：（2）掌握流体静压强的分布规律及点压强的计算（利用等压面），（3）掌握流体静压强的量测和表示方法；重点：静压强及其特性，水静力学根本方程,及静水压强的量度难点:水静力学根本方程代入式dp=p(-g)dz=-PgdZ=-dz或迎+dz=O积分得z+'=c(常数)Y图重力平衡液体静止液体中压强的分布规律，称流体静力学根本方程。对静止流体中1、2两点，可写成如下形式2i+A=22+PlYY由上式看出：(1)当P=Pz时，那么Z=Z2，即等压面为水平面。(2)当Z2>Z时，那么P.P2,即位置较低点处的压强恒大于位置较高点处的压强。(3)当任一点的压强及其位直标高时,便可求得液体内其它点的压强。二、静止液体中的压强计算ZM =Y= p = -z. + c积分常数C=Po+%0，因此P=Po+/(zO-2)式中ZO-Z表示液体质点在自由外表以下的深度，假设用力表示，上式可写成P=Po+浊为静止液体中的压强计算公式。该式说明：任意位置处，加、P意义：静止流体中任一点C处的压强P等于外表压强Po与液柱重量防之和：谀当维习.9«三、静止液束市的压面(自学)要点：1、静止液体中等压面的形状？2、各种复杂情况下等压面的判断？四、绝对压强、相对压强和真空度压强值的大小，从不同基准计算就有不同的表达方法。(1)绝对压强以设想没有大气存在的绝对真空状态作为零点(起量点)计量的压强，它表示该点压强的全部值P=Pa+/(2)相对压强以当时当地大气压强P"乍为零点计量的压强，也称为表压强。P=P-Pa=4(3)真空度真空度是该点绝对压强P小于当地大气压强Pa的数值。因为P=Pa-Pv所以Pv=Pa-P图绝对压强、相对压强和真空度的关系可见，有真空存在的点，相压强为负值,真空度为正值。因而真空有时也称为负压。液体自由液面上能否完全真空？真空原理在日常生活中的应用:滴管抽取液体、深井抽水等五、流体静力学根本方程的几何意义与能量意义(1)几何意义图测压管水头与静压水头Za、Zb>Zc、Zd位置水头。2-、红一测压管高度或称相对压强高度。YY生、“2静压高度或绝对压强高度。相对压强高度与绝对压强高度，均称为压强水头,位置高度与测压管高度之和如ZA+区，称为测压管水头。位置高度与静压高度之和如图Zc+互静压水头。上式说明：静止液体中各点位置水头和测压管高度可以相互转换，但各点测压管水头却永远相等，即敞口测压管最高液面处于同一水平面一测压管水头面。静止液体中各位置水头和静压高度亦可以相互转换，但各点静压水头永远相等，即闭口的玻璃管最高液面处在同一水平面静压水头(2)能量意义(物理意义)Z比位能，表示单位重量液体对基准面00的位能；P_7比压能，表示单位重量液体所具有的压力能;Z+K比势能，表示单位重量液体对基准面具有的势能。由式知：比位能与比压能可以相互转化，比势能总是相等的，常量。Za+=Zb+包-及ZC+=Zd+YYYY能量意义：在同一静止液体中，各点处单位重量液体的比位能可以不相等，比压能也不相同，但其比位能与比压能可以相互转化，比势能总是相等的，是一个不变的常量。是能量守恒定律在静止液体中的表达。小结1静水压强的两个特性2水静力学根本方程及其意义(重点)3压强的量度4等压面思考题、讨论题、作业教学后记授课题目水静力学授课类型讲授首次授课时间2009年9月14日学时2教学目标(1)熟练掌握作用于平面壁上流体总压力的计算。(2)熟练掌握绘制静水压强分布图。重点与难点重点:平面壁上流体总压力的计算难点:流体总压力作用点的计算教学手段与方法教学过程：（包括授课思路、过程设计、讲解要点及各局部具体内容、时间分配等）1、绝对压强,相对压强2、水静学根本方程的的能量意义计几何意义3.等压面上次课内容回忆及本次课内容引出：2.5静止液体作用在壁面上的总压力应用平衡流体中压强的分布规律，解决工程上的实际计算问题，如计算水耨、密封容卷、管道、锅炉、水池、路基、港口建筑物（堤坝、水闸）、储油设施（油箱、油罐）、液压油缸、活塞及各种形状阀门以及液体中潜浮物体的受力等,液体对壁面的总压力（包括力的大小、方向和作用点壁面：平面壁、曲面壁一、静水压强分布图与作用于矩形平面上的静水总压力（图解法）1静水压强分布图表示静水压强沿受压面分布规律的几何图形。静水压强分布图绘制原那么：1）根据根本方程式P=Pgh绘制静水压强大小：2）静水压强垂直于作用面且为压应力。静水压强分布图绘制规那么：1）按照一定的比例尺，用一定长度的线段代表静水压强的大小；2）用箭头标出静水压强的方向，并与该处作用面垂直。受压面为平面的情况下，压强分布图的外包线为直线；当受压面为曲线时，曲面的长度与水深不成直线函数关系，故压强分布图外包线亦为曲线。静水压强分布图的形状:三角形,梯形2作用于矩形平面上的静水总压力（大小、方向和作用点）平面上静水总压力的大小，应等于分布在平面上各点静水压强的总和，即压强分布图所形成的体积，那么，大小,PMQU=5（叫+泮2）Lb-（fy+h2）Lbhc-APCW作用点D（压力中心）：P的作用线与矩形平面纵轴相交的D点。压强为三角形分布时，压力中心D离底部距离”5压强为梯形分布时，压力中心D离底部距离3（%+4）二、用分析法求任意平面上的静水总压力MN为任意形状的平面，倾斜放置于水中，与水面成q角，面积为A,其形心C的坐标为a，yc,形心C在水面下的深度为上。1静水总压力的大小，微小面积dA的作用力：dA:dP=pdA=yhdAP=IdP=JhdA=ysinaILdArsinaLA=hA=pAAAACCC结论：潜没于液体中的任意形状平面的静水总压力F,大小等于受压面面积A与其形心点的静压强PC之积2静水总压力作用点(压力中心)D(LD,bD)22PLD=1LpdA=LLsxtadA三LdA-sinalNySinG(JC+AAA22sin(+L/)sina(+L4)ICCCCC压力对ob轴的力矩:PbD=JbpdA=AJb-LsinadAA=ysinIbLdA=rsinal,bLA/SmaIbLysnalbL1bLbD-压力对OL轴的力矩P"csina-ALAC例1铅直矩形闸门，hI=hnfh2=2m,宽，求总压力及其作用点。f=Pca=y&A=y(1+长)bh2=9800×(1+-)×1.5×2=58800葡=58,87力"+r×1.5×23 2×1,5×2IXlm例2用图解法计算解析法中例1的总压力大小与压心位置。解：作出矩形闸门上的压强分布图：底为受压面面积，高度是各点的压强。总压力为压强分布图的体积：FT%+r(¾+&)也期=58.肽”yD=1+学*+2-=217用作用线通过压强分布图的重心：3÷,y(÷2)本章小结水静力学的核心问题是根据平衡条件来求解静水中的压强分布，并根据静水压强的分布规律，进而确定作用在平面及曲面上的静水总压力。本章主要学习以下内容。1作用于液体的力：质量力和外表力；最常见的质量力是重力和惯性力，外表力常分为垂直于外表的压力和平行于外表的切力。2静水压强的两个特性：a.只能是压应力，方向垂直并指向作用面。b.同一点大小各向相等，与作用面方位无关。3压强的表示方法：a由压强计算基准面不同，压强可分为绝对压强、相对压强和真空值。b由于计量方法不同，从而有用液柱高和大气压表示压强大小。一定的液柱高度h,如一个工程大气压相当于IOm水柱或736mm汞柱，而不是等于Iom水柱。此液柱高度称为测压管高度。4等压面的概念：质量力垂直等压面，只有重力作用下的静止液体的等压面为水平面的条件是相互连通的同一种连续介质。5静水压强的分布a.重力作用下静水压强的分布；b.相对平衡液体静水压强的分布。6作用于平面上静水总压力(1)解析法：(2)图解法：(对规那么的矩形平面)思考题、讨论题、作业教学后记授课题目水动力学根底授课类型讲授首次授课时间2009年9月21、24日学时4教学目标1了解描述流体运动的两种方法；2理解描述流体流动的一些根本概念，如恒定流与非恒定流、流线与迹线、流管、流束与总流、过水断面、流量及断面平均流速等；3连续性方程重点与难点重点:连续性方程,描述流体流动的一些根本概念难点:连续性方程教学手段与方法多媒体教学过程：（包括授课思路、过程设计、讲解要点及各局部具体内容、时间分配等）提问：1、静水压力计算方法2、静水压强分布图的绘制方法上次课内容回忆及本次课内容引出：第一节描述液体运动的两种方法一拉格朗日法（研究个别液体质点在不同时刻的运动情况）着眼于液体各质点的运动情况。以研究个别液体质点的运动为根底，通过对每个液体质点运动规律的研究来获得整个液体运动的规律性，又叫质点系法。二欧拉法（研究同一时刻液体质点在不同空间位置的运动情况）着眼于液体经过空间各固定点时的运动情况，综合足够多的空间点来了解整个流动空间内的流动情况，也就是研究各种运动要素的分布场，又称流场法第二节液体运动的根本概念一恒定流与非恒定流根据运动要素是否随时间变化分为恒定流和非恒定流。流场中液体质点通过空间点时所有的运动要素都不随时间而变化的流动称为恒定流；反之，只要有一个运动要素随时间而变化，就是非恒定流。二迹线与流线描述液体运动的两种方法分别引出了迹线和流线的概念。1 .概念龙线是液体质点运动的轨迹。它是某一个质点不同时刻在空间位置的连线，迹线必定与时间有关。迹线是拉格朗日法描述液体运动的图线。端线是某一瞬间在流场中画出的一条曲线，这个时刻位于曲线上各点的质点的流速方向与该曲线相切。流线是从欧拉法引出的，表示出了瞬间的流动方向。流线的形状和疏密反映某瞬时流场内液体的流速大小和方向，流线密处表示流速大，流线疏处表示流速小。2 .流线的根本特性(1)流线不能相交和转折，否那么交点(或转折)处的质点就有两个流速方向，这与流线的定义相矛盾。(2)恒定流中，流线的形状和位置不随时间而变化；非恒定流中，流线的形状和位置随时间而改变。(3)恒定流时，流线与迹线互相重合；非恒定流时，流线与迹线一般不重合。三流管、元流、总流1 .流管由流线组成的管状曲面。性质：液体不可能穿过流管外表流出或流入。因流线不可相交。2 .元流流管内流线的总和，或称为微小流束。性质：恒定流时，元流的位置和形状不随时间变化；非恒定流时，元流的位置和形状随时间变化。元流的横断面积dA无限小，因此dA面积上各点的运动要素(点流速U和压强P)都可以当作常数。3 .总流由无数个元流组成的整个液体运动称为总流，即有一定大小尺寸的实际水流。四过水断面、流量、断面平均流速1 .过水断面（八）与元流或总流的所有流线正交的横断面称为过水断面。以符号A表示，单位：m2。过水断面的形状可以是平面(当流线是平行曲的直线时)或面(流线为其它形状)。2 .流量(Q)单位时间内流过某一过水断面的液体体积称为流量，流量用Q表示，单位为（m3s）一般来说，总流过水断面上各点的流速U不相等。在总流中任取一元流，过水断面面积为dA,流速u,那么元流的流量为：dQ=udA,通过总流过水断面的流量Q为：Q=JdQ3 .断面平均流速假想流速，如果过水断面上各点的流速都相等并等于V,此时所通过的流量与实际上流速为不均匀分布时所通过的流量相等。Q-JudA-JvdA"VdA"vAAAAQV=一A五均匀流和非均匀流、渐变流1 .均匀流和非均匀流流线是相互平行的直线的流动称为均匀流，流速沿程不变；反之，水流的流线不是互相平行的直线，称为非均匀流。均匀流的特征：1）过水断面为平面，且形状和大小沿程不变；2）同一条流线上各点的流速相同，因此各过水断面上平均流速V相等；3）同一过水断面上各点的测压管水头为常数2 .渐变流和急变流在非均匀流中，按照流线是否接近于平行直线，又可分为渐变流和急变流两种：当流线之间的夹角较小或流线的曲率半径较大，各流线近似是平行直线时，称为渐变流。它的极限情况就是均匀流。注意:渐变流过水断面上动水压强分布规律近似符合静水压强的分布规律,适用于有固体边界约束的水流。反之，流线之间的夹角较大或流线的曲率半径较小，这种非均匀流称为急变流。这时过水断面上的动水压强分布规律不再符合静水压强的分布规律。第三节恒定总流的连续性方程推导过程在恒定流中取时段内：0也.由叫2-2断面流入液Uz出一段微小流束（单元体），dt 1-1断面流入液体质量：体质量:由质量守恒定律:夕、dtdA=-U?.dhdA2不可压缩液体恒定一元流微小流束的连续性方程。总流实际上是由无限多个微小流束组成的，故：对总流过水断面积分:JdQ=JudA=J畛S2Q约VI42恒定总流的连续性方程Q=AvI=4>2=逅=&二、物理意义1.建立条件（适用范围）：（1）恒定一元流；（2）两个过水断面之间无支流。2.物理意义：连续性方程总结、反映了水流的过水断面面积和断面平均流速沿程变化的规律性。小结1描述流体运动的两种方法2描述流体流动的一些根本概念（重点）3连续性方程（重点）思考题、讨论题、作业教学后记授课题目伯诺利方程授课类型讲授首次授课时间2009年9月28、5日学时4教学目标掌握恒定总流的能量方程及其意义掌握能量方程的应用条件及考前须知掌握应用能量方程计算重点与难点重点:恒定总流的能量方程及其意义,能量方程的应用条件及考前须知（本次课内容也是全书重点）难点:能量方程的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、讲解要点及各局部具体内容、时间分配等）提问：1、恒定流与非恒定流2、连续性方程的假定条件3.均匀流及非均匀流上次课内容回忆及本次课内容引出:第四节恒定元流的能量方程一、理想液体元流的能量方程1推导过程：Xi921n4dpS流轴Z+dZdz=dAdzds受力分析（沿S流轴方向）：（1） 1-1断面上的动水压力：PdA；（2） 2-2断面上的动水压力：（p+dp）dA;dG§=dGcosa=dAdscosa=dAds重力分力：（4）流段侧壁动水压力分力为0；（5）侧壁与液流之间的摩擦力（粘滞力）f=0o根据牛顿第二定律：2下=ma沿S流轴方向建立方程：dupdA-(P+dp)dA-dAdz=dAds-g由对恒定一元流，U=U，dududsdu,du&=石.而=.石=石(彳)dpU2-j-(z+-)=Ods2g，pw2ZdF=C积分得：r2g对于元流上的任意两个过水断面1-1和2-2,有，Pl碉2p2U22÷y÷2j=z2÷y÷2?不可压缩理想液体恒定元流的能量方程，又称为理想液体恒定元流的伯诺里方程二、理想液体元流能量方程的意义1物理意义z：单位重量液体所具有的位能；P_7:单位重量液体所具有的压能；2U国：单位重量液体所具有的动能；能量方程式表示单位重量液体所具有的全部机械能E守恒且互相转化。几何意义z：位置水头P_7:压强水头，U22g：流速水头z+Py:测压管水头z÷P÷u22g:总水头第五节恒定总流的能量方程一、恒定总流的能量方程9OPlalv022v2z+-2=z2+Z-÷”r丫实际液体恒定总流的能量方程二、能量方程的几何图示一水头线WJ水力坡度J：总水头线沿流程的降低值与流程长度之比，又叫总水头线坡度。5一、能量方程的应用条件及考前须知(1)水流必须是恒定流；(2)作用于液体上的质量力只有重力；(3)在所选取的两个过水断面上，水流应符合渐变流条件，但在所取的两个断面之间，水流可以不是渐变流。(4)所取的两个过水断面之间除了水头损失以外，没有其他能量的输入与输出；(5)在所取的两个过水断面之间，流量保持不变，其间没有流量参加或分出。在水流有分支或集合情况下，能量方程的建立：运用方程式应注意的几个问题:1选取同一基准面;2采用统一标准的压强;3可选取过水断面上易于计算的点来计算4al、2不相等且不等于1,使用上对渐变流多数情况，可令al=a2=k小结1恒定总流的能量方程及其意义（重点）2能量方程的应用条件及考前须知（重点）思考题、讨论题、作业P66习题311,32教学后记本次课内容为全书重点,从学生掌握情况来看,能量方程的应用是一个难点,从选取基准面到选取计算断面到列方程求解,应加强这方面的练习，授课题目动量方程授课类型讲授首次授课时间2009年10月7日学时2教学目标掌握动量方程及其建立条件掌握动量方程的应用（步骤）重点与难点重点：动量方程的应用难点：动量方程的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、讲解要点及各局部具体内容、时间分配等）提问：1、能量方程的应用条件2、能量方程计算时基准面的选取,计算断面,计算点的选取有哪些要求3.能量方程的意义上次课内容回忆及本次课内容引出：3-6恒定总流的动量方程WV-WV1P.i1动量定理：单位时间内物体的动量变化等于作用于该物体上外力的总和，即，Af一、恒Z定总流的动量方程1推求表达液体运2,1r女浮喂/.2,%-2+%，动的动量变化规律的方程式q-*2-211-1yM上式中，2-2'表示dt时段内从2-2断面流出的水体具有的动量；M1.lIT表示dt时段内从1-1断面流出的水体具有的动量取微小流束，断面1-1上：pudtdA'u1'”1,那么动量为1,由此，总流1-1'流段液体动量：=JQUlUdfdA=pdt>AaIM_-Ipu.u-dtdA.-pdtJu.u.dA.Z-N,/NZmZzZ同理：a2a2用V代替U,产生误差，用修正系数P修正，那么2v2 l u2d2 = pdt2v2 ' ¾ aI其中,VQ称为动量修正系数。假设过水断面上水流为渐变流，u、V近似平行,那么,MlT=QdRjJu11-Mf/V%M2_2,f2JudAA=>1y/QLQl=Q（恒定流）所以,MQQdtF dt化简合并得,PQ （½-¾vl） = F恒定总流的动量方程式PQ2v2xvlx）=ERX4jj毕,卜叼3（QV_尸L）=Z9Z写成三个轴向的投影方程：22z1/2动量方程式的物理意义和建立条件a物理意义：动量方程反映了水流动量变化与作用力之间的关系，可在运动情况下求作用力。b建立条件（适用范围）：恒定流；紧接有动量变化的急变流段两端断面为渐变流；液流所受质量力只有重力。C一般受力情况简介：取急变流段水体作为脱离体，那么作用的外力一般为，作用于两端渐变流断面上的动水总压力；周界外表对脱离体的作用力，即水流对周界外表的动水总作用力R的反作用力R,包括作用于周界外表上的动水总压力和水流对该外表作用的摩擦切力；作用于该脱离体上的重力。d应用动量方程式的具体步骤：取脱离体。脱离体由以下诸控制面围成：液流两端的过水断面，与流动方向相垂直；固体（或气体）边界或液流的接触面，与流动方向相切。分析脱离体上所受诸外力：质量力，外表力。选坐标平面xoyo建立动量方程。二、动量方程的应用应用动量方程式时的注意问题：取好脱离体；全面分析受力；动量变化是流出的动量减去流入的动量；动量方程是向量式；动量方程只能求解一个未知量，常与连续方程、能量方程联合求解。例题小结1动量方程及其建立条件2动量方程的应用（步骤）思考题、讨论题、作业教学后记授课题目水流阻力与水头损失授课类型讲授首次授课时间2009年10月12、190学时4教学目标了解雷诺实验过程及层流、紊流的流态特点，熟练掌握流态判别标准掌握尼古拉兹实验和莫迪图的使用，掌握阻力系数确实定方法重点与难点重点：流态判别标准，尼古拉兹实验，阻力系数确实定方法难点：阻力系数确实定方法教学手段与方法多媒体教学过程：(包括授课思路、过程设计、讲解要点及各局部具体内容、时间分配等)提问：1动量方程及其建立条件2动量方程的应用(步骤)上次课内容回忆及本次课内容引出：5-1流体运动与流动阻力的两种型式一、过水断面上影响流动阻力的主要因素过水断面上影响流动阻力的因素有两个：一是过水断面的面积A；二是过水断面的湿润周长X湿周。为了描述过水断面与流动阻力的关系，引入水力半径R的概念。R=X注意：水力半径与一般圆截面的半径是完全不同的概念。二、流体运动与流动阻力的两种型式(1)均匀流动和沿程阻力损失均匀流动流体通过的过水断面，其面积大小、形状和流动方向不变。沿程阻力在:均匀流动中，流体只受沿程不变的摩擦力。沿程阻力损失一克服沿程阻力而消耗的能量，用“力小表示。(2)不均匀流动和局部阻力损失不均匀流动流体通过的过水断面，其面积大小、形状和流动方向发生急剧变化，那么该流体的流速分布也产生急剧变化不均匀流动中所形成的阻力都集中在一个很短的流段内一局部阻力.克服局部阻力而产生的能量损失局部阻力损失，5-2流体流动的两种状态一、雷诺实验二、流动状态判别准那么雷诺数雷诺数Re雷诺根据大量实验归纳出的一个无因次综合量，即Re=小上般对应临界速度有Re-JCd上临界雷诺数ReVcrdS=下临界雷诺数圆管内流体流动Re”=2000,即，Re<2000为层流Re>2000为紊流当流体的过水断面为非圆形时，用dR,那么ReVcrR=5005-3沿程阻力系数确实定一、尼古拉茨实验确定阻力系数义是雷诺数Re及相对粗糙度”之间的关系，具体关系要由实验确定，最著名的是尼古拉茨于19321933年间做的实验。实验曲线见图。-i-L507 N = = Ar Ar 小 Ar Ar Ar糖Re第I区间一层流区，Re<2320(即Ig Re<3.36)。/1只与Re有关而与9无关，符合；二£。第H区间一层流到紊流的过渡区，2320<Re<4000(即3.36<lgRe<3.6)°在此区间内，A急剧/,所有实验点几乎都集中在11线上，该区无实用意义。7°第川区间一光滑管紊流区，4000<Re<26.98(一)"为水力光滑管，那么实验点就都集中在直线川上，说明；I与仍然无关，只与Re有关。第IV区间一水力光滑管到水力粗糙管的过渡区，26.98（g广<Re<%B（）。在此区间内，随着Re/,各种的管流的6、，以致较大的管流，其4早一些时候（即雷诺数较小时）便与d/有关（即转变为水力粗糙管）；而较小的管流，其几迟些时候（即Re较大时）才出现这一情况。第V区间一水力粗糙管区，Re>号弓）。与IgRe轴平行的，即九与Re无关。,/,zOcV2,称此区间为完全粗糙区或阻力平方区。二、计算的经验或半经验公式1谢才系数nC=M响）2巴甫洛夫斯基公式>=254-07/（4-（三）-Ol3小结1流态判别标准2尼古拉兹实验，阻力系数确实定方法思考题、讨论题、作业教学后记授课题目水流阻力与水头损失授课类型讲授首次授课时间2009年10月22日学时2教学目标掌握沿程水头损失计算掌握局部水头损失计算重点与难点重点：沿程水头损失，局部水头损失计算难点：沿程水头损失，局部水头损失计算公式联立能量方程求解教学手段与方法I多媒体教学过程：(包括授课思路、过程设计、讲解要点及各局部具体内容、时间分配等)提问：1、流态判别标准2、尼古拉兹实验所反映的内容上次课内容回忆及本次课内容引出：第七节沿程水头损失计算公式一、沿程水头损失的一般公式(达西公式)1对于圆管h二,/“22对于明渠f瓦幅二、谢才(CheZy