水静力学

　　水力学概念

　　一、水力学的定义：

　　水力学是研究液体的运动规律，以及如何运用这些规律来解决工程实际问题的科学。

　　水力学包括：

　　(1)水力学基础：

　　主要是研究液体在各种情况下的平衡运动规律，分为流体静力学和流体动力学。

　　(2)专门水力学：

　　为各种工程实践服务.

　　二、水力学和流体力学的区别

　　水力学：以水为研究对象，在理论上遇到困难时，通过观测和实验的方法来解决问题。

　　流体力学：以一般流体(液体和气体)为研究对象，偏重于从理论概念出发，掌握流体运动的基本规律，但解决实际 工程时，会遇到很大的困难，在应用上受到一定的限制。

　　三、水力学在给排水工程中的应用

　　1.供水工程方面：管网和渠道中的水力计算;

　　2.水处理厂：各构筑物间的衔接和水流情况;

　　3.环境的分析和预测：污水排入河中混合情况。

　　液体的连续介质模型

　　一、概念的建立

　　流体由不连续分布的大量分子组成。

　　1、概念：液体是没有空隙的，液体质点完全充满所占的空间。

　　“连续介质”概念的建立，使液体中的一切物理量(压强、速度、密度等)都可视为空间坐标和时间的连续函数。这样就可以利用连续函数的数学分析方法来解决液体平衡和运动的问题。

　　液体微团(质点)：

　　相对于一般问题中的宏观特征尺寸小到可以被看成是一个点，但是仍含有足够多个液体分子。

　　量纲、单位

　　一、量纲：表示物理量的特征。

　　如：长度、时间、质量等。在科学文献中，一般用〔〕符号来表示量纲。例如〔长度〕或〔L〕。

　　二、量纲的分类：基本量纲和导出量纲。

　　1、基本量纲：必须具有独立性，即一个量纲不能从其它基本量纲推导出来，也就是不依赖于其它基本量纲。

　　如〔L〕、〔T〕和〔M〕是相互独立的，不能从〔L〕、〔T〕中得出〔M〕，也不能从〔M〕、〔T〕中得出〔L〕.

　　因此：

　　在各种力学问题中，任何一个力学量的量纲都可以由〔L〕、〔T〕、〔M〕导出，故一般取长度〔L〕、时间〔T〕和质量〔M〕为基本量纲。

　　2、导出量纲：其它物理量的量纲可以由基本量纲推导出来。

　　如：X为任意物理量，其量纲可表示为：

　　〔X〕=〔LαTβMγ〕

　　三、单位：表征物理量的大小。

　　国际单位制(SI)：米、秒、公斤。

　　§4 液体的主要物理性质

　　一、液体的密度：ρ

　　1、均质液体单位体积内所含的质量

　　即：p=M/V

　　M-----均质液体的质量

　　V-----该质量的液体所占的体积

　　国际单位：公斤/米3 ( kg/m3)

　　工程单位：公斤·秒2/米4 (kg ·s2/m4)

　　2、非均质液体中，各点的密度不同

　　若令△V代表在某点附近的微小体积， △M代表这微小体积的质量，则液体的平均密度为：

　　当△V→0时，则该点的密度为：

　　3、液体的相对密度：

　　物质的相对密度 =

　　二、液体的重度(容重)γ

　　均质液体的重度γ是：单位体积的液体的重量。r=pg

　　国际单位：牛顿/米3 (N/m3) ,千牛顿/米3 (KN/m3)

　　工程单位：公斤力/米3 (kgf/m3)

　　三、粘性理想液体模型

　　1.定义：粘性是力学的特性，是液体内部抗拒各层间做相对运动的性质。

　　液体层与层之间因滑动而产生内摩擦力，具有内摩擦力的液体叫粘性液体或实际液体。

　　2、流速梯度：是指两相邻水层的水流速度差和它们之间的距离之比。

　　3、内摩擦力的大小：

　　(1)与相邻运动液体层的接触面积成正比

　　(2)与速度梯度成正比

　　(3)视液体的性质而定

　　(4)与压力的大小无关

　　方法分有解析法和图解法。

　　一、解析法：是根据力学和数学的分析方法，来求平面上静水总压力的一般计算公式。

　　1、总压力的大小和方向

　　Pc为受压面形心的相对压强

　　形心点上的压强亦即是整个平面上的平均压强

　　静水总压力的方向是沿着受压面的内法线方向

　　2、总压力的作用点

　　静水总压力在平面上的作用点叫做压力中心。

　　压力中心的位置必然低于形心的位置，只有当平面呈水平时，总压力的作用点才与面积的形心相重合。

　　二、图解法

　　采用图解法时，须先绘出压强分布图，然后根据压强分布图形计算总压力。

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