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长春工程大学水力学课件

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目录

水力学基础概念

01

流体动力学

03

明渠流动特性

05

流体静力学

02

管道流动分析

04

水力学实验与应用

06

水力学基础概念

01

水力学定义

水力学是流体动力学的一个分支，专注于研究水等不可压缩流体在力的作用下的运动规律。

流体动力学分支

01

水力学为水利工程、环境工程等领域提供理论基础，涉及水坝、管道、渠道等设计与分析。

工程应用基础

02

基本原理介绍

流体静力学原理

粘性流体动力学

连续性方程

伯努利方程

介绍流体静力学中的基本概念，如压力、浮力以及阿基米德原理在实际工程中的应用。

解释伯努利方程的物理意义及其在描述流体运动中的能量守恒原理。

阐述连续性方程的定义及其在不同截面流体流动速率计算中的应用。

讨论粘性对流体运动的影响，以及牛顿粘性定律在流体力学分析中的重要性。

应用领域概述

水力学在水利工程中应用广泛，如水库设计、河道整治等，确保水资源合理利用和防洪安全。

水利工程

在土木工程领域，水力学原理被用于桥梁设计、隧道开挖等，以解决水流对结构的影响问题。

土木工程

环境工程中，水力学用于模拟污染物在水体中的扩散和迁移，对水环境质量进行评估和管理。

环境工程

01

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03

流体静力学

02

静水压力特性

静水压力仅与流体的深度和重力加速度有关，与容器的形状无关，这是流体静力学的基本原理之一。

压力与容器形状无关

在水平面上，静水压力是均匀分布的，这一特性在水坝设计中尤为重要，确保结构均匀受力。

水平面上压力均匀

在静止流体中，压力随深度的增加而线性增加，这是水下结构设计的重要依据。

压力随深度增加

01、

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浮力原理

阿基米德原理

阿基米德原理指出，浸入流体中的物体所受的浮力等于其排开流体的重量。

浮力的计算

通过计算物体排开流体的体积和流体的密度，可以确定物体所受的浮力大小。

浮力在工程中的应用

例如，船舶设计中利用浮力原理确保船只在水面上的稳定性和载重能力。

压强分布规律

在静止流体中，压强随深度线性增加，例如潜水员在水下感受到的水压随深度加深而增大。

流体静压强与深度的关系

流体表面压强在任何方向上都相等，例如水池表面的压强在水平方向上处处相同。

流体表面压强的特性

流体静压强在封闭容器中各点相等，如液压系统中，油压在各处均匀分布，传递力的作用。

流体压强在不同介质中的传递

流体动力学

03

连续性方程

连续性方程是流体力学中描述不可压缩流体质量守恒的基本方程。

定义与原理

连续性方程通常表示为流入量与流出量的差等于零，即A1v1=A2v2。

方程表达式

在水利工程中，连续性方程用于计算河流流量，确保水坝和渠道设计的准确性。

应用实例

能量守恒定律

伯努利方程是能量守恒在流体动力学中的体现，用于描述流体在管道中流动时能量的转换。

伯努利方程的应用

能量守恒定律也用于计算流体在管道或渠道流动过程中的能量损失，如摩擦损失和局部损失。

能量损失的计算

在流体动力学中，流体的势能和动能之间会根据能量守恒定律相互转换，影响流体的运动状态。

流体势能与动能的转换

动量守恒定律

动量守恒定律表明，在没有外力作用的情况下，系统的总动量保持不变。

动量守恒的基本概念

01

在流体力学中，动量守恒定律用于分析流体流动时的力平衡，如喷嘴和扩散器的设计。

动量守恒在流体中的应用

02

伯努利方程是流体动力学中描述流体能量守恒的方程，与动量守恒定律共同解释流体运动现象。

动量守恒与伯努利方程

03

管道流动分析

04

管道流速计算

利用达西-韦斯巴赫公式，可以计算出管道中流体的流速，公式考虑了摩擦损失等因素。

达西-韦斯巴赫公式

01

通过伯努利方程可以分析管道中不同截面的流速和压力关系，进而计算出流速。

伯努利方程应用

02

雷诺数是判断流体流动状态的关键参数，通过计算雷诺数可以预测管道中的流速分布。

雷诺数的计算

03

水头损失分析

沿程水头损失是指流体在管道中流动时，由于摩擦力导致的能量损失，通常与管道长度和流速成正比。

沿程水头损失

局部水头损失发生在管道系统中的局部区域，如弯头、阀门等，由于流体方向或速度的突变造成能量损失。

局部水头损失

水头损失分析

通过达西-韦斯巴赫公式可以计算管道中的水头损失，该公式考虑了管道直径、流速、摩擦系数等因素。

01

水头损失的计算方法

采取措施如管道内壁光滑处理、使用大直径管道、减少管道弯头数量等，可以有效降低水头损失。

02

减少水头损失的措施

管道系统设计

在设计管道系统时，选择合适的材料至关重要，如PVC、钢管等，以确保系统的耐久性和安全性。

管道材料选择

合理规划管道布局，考虑最短路径、避免弯头过多，以减少流动阻力和能量损失。

管道布局规划

根据预期流量和流速，确定管道的直径和长度，以满足工程需求