《水力学》课程教学资源（PPT课件）第一章 绪论

第一章：绪论第一节水力学的任务及其发展概况、水力学的任务一二、水力学发展简史第二节液体的主要物理性质及作用于液体上的力一液体的质量和密度二、液体的重量和容重三、液体的粘滞性四、液体的压缩性五、液体的表面张力六、作用于液体上的力返回课目UD合返回书目

第 一 章：绪 论 1 第一节 水力学的任务及其发展概况 一、水力学的任务 二、水力学发展简史 第二节 液体的主要物理性质及作用于液体上的力 一、液体的质量和密度 二、液体的重量和容重 三、液体的粘滞性 四、液体的压缩性 五、液体的表面张力 六、作用于液体上的力

2第三节液体的基本特征和连续介质的概念液体的基本特征一连续介质假设二三、理想液体的概念第四节水力学的研究方法科学试验（试验研究方法）理论分析（理论研究方法）二三、数值计算（数值研究方法）返回课目UK合返回书目

2 第三节 液体的基本特征和连续介质的概念 一、液体的基本特征 二、连续介质假设 三、理想液体的概念 第四节 水力学的研究方法 一、科学试验（试验研究方法） 二、理论分析（理论研究方法） 三、数值计算（数值研究方法）

3第一节水力学的任务及其发展概况一、水力学的任务水力学是力学的一个独立分支：是一门研究水的平衡和水机械运动规律及其实际应用的技术科学。水力学所研究的基本规律，有两大组成部分。一是关于水平衡的规律它研究水处于静止（或相对平衡）状态时，作用于水上的各种力之间的关系：这一部分称为静水力学；二是关于水运动的规律，它研究水在运动状态时作用于水上的力与运动要素之间的关系，以及水的运动特征与能量转换等等这一部分称为水动力学。水力学在研究水平衡和机械运动规律时，要应用物理学及理论力学中有关物理平衡及运动规律的原理，如力系平衡定理、动量定理、动能定理等等。因为水在平衡或运动状态下，也同样遵循这些普遍的原理。所以物理学和理论力学的知识是学习水力学课程必要的基础。返回书目返回课目UKVA

3 第一节 水力学的任务及其发展概况 一、水力学的任务 水力学是力学的一个独立分支，是一门研究水的平衡和水机械运动规律 及其实际应用的技术科学。 水力学所研究的基本规律，有两大组成部分。一是关于水平衡的规律， 它研究水处于静止（或相对平衡）状态时，作用于水上的各种力之间的关系， 这一部分称为静水力学；二是关于水运动的规律，它研究水在运动状态时， 作用于水上的力与运动要素之间的关系，以及水的运动特征与能量转换等等， 这一部分称为水动力学。 水力学在研究水平衡和机械运动规律时，要应用物理学及理论力学中有 关物理平衡及运动规律的原理，如力系平衡定理、动量定理、动能定理等等。 因为水在平衡或运动状态下，也同样遵循这些普遍的原理。所以物理学和理 论力学的知识是学习水力学课程必要的基础

4目前，根据水力学在各个工程领域的应用，水力学可分为以下三类：水利类水力学：水工、水动、海洋等。机械类水力学：机械、治金、化工、水机等。土木类水力学：市政、工民建、道桥、城市防洪等?返回课目U合返回书目

4 目前，根据水力学在各个工程领域的应用，水力 学可分为以下三类： 水利类水力学：水工、水动、海洋等。 机械类水力学：机械、冶金、化工、水机等。 土木类水力学：市政、工民建、道桥、城市防洪等

5二、水力学的发展历史水力学的萌芽，是自距今约2200年以前西西里岛的希腊学者阿基米德写的“论浮体”一文开始的。他对静止时的液体力学性质作了第一次科学总结。水力学的主要发展是从牛顿时代开始的，1687年牛顿的名著《原理》讨论水的阻力、波浪运动等内容，使水力学开始变为力学中的一个独立分支。此后，水力学的发展主要经历了三个阶段：：伯努里所提出的液体运动的能量估计及欧拉所提出的液体运动的解析方法，为研究液体运动的规律奠定了理论基础，从而在此基础上形成了一门属于数学的古典“水动力学”（或古典“水力学”）。2.在古典“水动力学”的基础上Navier和Stokes提出了著名的实际粘性水的基本运动方程一N-S方程。从而为水力学的长远发展奠定了理论基础。但由于其所用数学的复杂性和理想水模型的局限性，不能满意地解决工程问题，故形成了以实验方法来制定经验公式的“实验水力学”。但由于有些经验公式缺之乏理论基础，使其应用范围狭窄且缺之进一步发展的基础。返回书目返回课目UKD合

5 二、水力学的发展历史 水力学的萌芽，是自距今约2200年以前西西里岛的希腊学者阿基米德写 的“论浮体”一文开始的。 他对静止时的液体力学性质作了第一次科学总结。 1. 伯努里所提出的液体运动的能量估计及欧拉所提出的液体运动的解析方 法，为研究液体运动的规律奠定了理论基础，从而在此基础上形成了一 门属于数学的古典“水动力学”（或古典“水力学”）。 2. 在古典“水动力学”的基础上Navier和Stokes提出了著名的实际粘性水 的基本运动方程——N-S方程。 从而为水力学的长远发展奠定了理论基 础。但由于其所用数学的复杂性和理想水模型的局限性，不能满意地解 决工程问题，故形成了以实验方法来制定经验公式的“实验水力学”。 但由于有些经验公式缺乏理论基础，使其应用范围狭窄且缺乏进一步发 展的基础。 水力学的主要发展是从牛顿时代开始的，1687年牛顿的名著《原理》 讨论水的阻力、波浪运动等内容，使水力学开始变为力学中的一个独立分支 。此后，水力学的发展主要经历了三个阶段：

73：从十九世纪末起，人们将理论分析方法和实验分析方法相结合，以解决实际问题同时古典水力学和实验水力学的内容也不断更新变化，如提出了相似理论和量纲分析，边界层理论和紊流理论等，在此基础上，最终形成了理论与实践并重的研究实际水模型的现代水力学。在二十世纪六十年代以后，由于计算机的发明及普及，水力学的应用更是得到了巨大的发展。其他重要的科学家：李冰、达·芬奇主要的水力学事件有：1738年瑞士数学家伯诺里在名著《水动力学》中提出了伯诺里方程1755年欧拉在名著《水运动的一般原理》中提出理想水概念，并建立了理想水基本方程和连续方程，从而提出了水运动的解析方法，同时提出了速度势的概念。1781年拉格朗日首先引进了流函数的概念。1826年法国工程师Navier，1845年英国数学家、物理学家Stokes提出了著名的N-S方程。返回课目UD合返回书目

7 3. 从十九世纪末起，人们将理论分析方法和实验分析方法相结合，以解决 实际问题，同时古典水力学和实验水力学的内容也不断更新变化，如提 出了相似理论和量纲分析，边界层理论和紊流理论等，在此基础上，最 终形成了理论与实践并重的研究实际水模型的现代水力学。在二十世纪 六十年代以后，由于计算机的发明及普及，水力学的应用更是得到了巨 大的发展。 其他重要的科学家：李冰、达·芬奇 主要的水力学事件有： • 1738年瑞士数学家伯诺里在名著《水动力学》中提出了伯诺里方程。 • 1755年欧拉在名著《水运动的一般原理》中提出理想水概念，并建立了理 想水基本方程和连续方程，从而提出了水运动的解析方法，同时提出了速 度势的概念。 • 1781年拉格朗日首先引进了流函数的概念。 • 1826年法国工程师Navier，1845年英国数学家、物理学家Stokes提出了著 名的N-S方程

111876年雷诺发现了水流动的两种流态：层流和素流1858年亥姆霍兹指出了理想水中旋涡的许多基本性质及旋涡运动理论，并于1887年提出了脱体绕流理论。十九世纪末，相似理论提出，实验和理论分析相结合。1904年普朗特提出了边界层理论。二一世纪六十年代以后，计算水力学得到了迅速的发展，水力学内涵也不断地得到了充实与提高。在我国，水利事业的历史十分悠久四于多年前的“大禹治水”的故事顺水之性，治水须引导和疏通秦朝在公元前256~210年修建了我国历史上的三大水利工程（都江堰、郑国渠、灵渠）一一明渠水流、堰流。返回书目返回课目UKVAA

11 • 1876年雷诺发现了水流动的两种流态：层流和紊流。 • 1858年亥姆霍兹指出了理想水中旋涡的许多基本性质及旋涡运动理论， 并于1887年提出了脱体绕流理论。 • 十九世纪末，相似理论提出，实验和理论分析相结合。 • 1904年普朗特提出了边界层理论。 • 二十世纪六十年代以后，计算水力学得到了迅速的发展，水力学内涵也 不断地得到了充实与提高。 在我国，水利事业的历史十分悠久。 • 四千多年前的 “大禹治水”的故事——顺水之性，治水须引导和疏通。 • 秦朝在公元前256~210年修建了我国历史上的三大水利工程（都江堰、郑 国渠、灵渠）——明渠水流、堰流

12孔口出流。古代的计时工具“铜壶滴漏”一清朝雍正年间，何梦瑶在算迪一书中提出流量等于过水断面面积乘以断面平均流速的计算方法隋朝（公元587-610年）完成的南北大运河。隋朝工匠李春在冀中液河修建（公元605-617年）的赵州石拱桥一拱背的4个小拱，既减压主拱的负载，又可宣泄洪水。返回书目返回课目U合

12 • 古代的计时工具“铜壶滴漏”——孔口出流。 • 清朝雍正年间，何梦瑶在算迪一书中提出流量等于过水断面面积乘以断 面平均流速的计算方法。 • 隋朝（公元587-610年）完成的南北大运河。 • 隋朝工匠李春在冀中洨河修建（公元605-617年）的赵州石拱桥——拱 背的4个小拱，既减压主拱的负载，又可宣泄洪水

14三、课程的性质与目的性质：水力学是研究水机械运动规律及其应用的学科，是土木、水利类专业的一门必修的专业基础课程。研究对象以水为主体，旁及气体与可压缩水；研究内容：水机械运动规律和工程应用目的：通过各教学环节，使学生掌握水运动的基本概念，基本理论，基本计算方法与实验技能，培养分析问题的能力和创新能力，为学习专业课程并为将来在土木工程各个领域从事专业技术工作打下基础。·地位：为水文学、土力学、工程地质、土木工程施工、建筑设备等多门基础课和专业课程阐释所涉及的水力学原理，帮助学生进一步认识土木工程与大气和水环境的关系。返回课目返回书目UV合

14 • 性质：水力学是研究水机械运动规律及其应用的学科，是土木、水利类专 业的一门必修的专业基础课程。研究对象以水为主体，旁及气体与可压缩 水；研究内容：水机械运动规律和工程应用。 • 目的：通过各教学环节，使学生掌握水运动的基本概念，基本理论，基本 计算方法与实验技能，培养分析问题的能力和创新能力，为学习专业课程， 并为将来在土木工程各个领域从事专业技术工作打下基础。 • 地位：为水文学、土力学、工程地质、土木工程施工、建筑设备等多门基 础课和专业课程阐释所涉及的水力学原理，帮助学生进一步认识土木工程 与大气和水环境的关系。 三、课程的性质与目的

15·其他：a.注册工程师考试（注册结构工程师、水利工程师、设备工程师、造价工程师等等b.研究生入学考试工程水力学（水力学）往往成为研究生入学考试中的专业基础课之一。返回课目U合返回书

15 • 其他： a. 注册工程师考试 (注册结构工程师、水利工程师、 设备工程师、造价工程师等等) b. 研究生入学考试 工程水力学（水力学）往往成为研究生入学考试 中的专业基础课之一