供水调度工

    第一章绪  论

    第一节水力学的任务及其发展

    水和人类生活、生产有着十分密切的关系。人类在与水作斗争、防止水害、兴修水利的过程中，逐渐认识了水的运动规律，而对这些规律的认识，又进一步促成了水利事业的发展。这样反复循环，加以现代自然科学与科学实验的发展，逐渐形成了一种专门研究液体静止和运动的规律，并探讨应用这些规律解决实际问题的科学。这门科学就是水力学。

    水力学分为水静力学和水动力学两部分。水静力学研究液体处于静止状态下的力学规律。水动力学研究液体在管道中、河渠中以及流经各种水工建筑物时的运动规律。

    十九世纪的水力学，大致沿着两个方面发展。一方面是理论的或经典的水动力学，用严格的数学分析对完全没有阻力的水流进行研究，因为水流现象的复杂程度，对于管、渠水流中阻力是主要的场合，不能得到符合实际的结果，实用意义不很大；另一方面是实验的水力学，用实验方法进行有实际意义的探索，但有忽视理论的偏向。

    现代的水力学是在经典水动力学的理论基础上，对有阻力的所谓实际液体进行实验，通过实验对理论分析进行验证或加以纠正、补充，所得结果的统一体。因此，一般说来，水力学的结论是建立在简化了的水流现象基础之上的，在水力学理论公式中，常常列人一些由实验得来的系数，实际上它的准确程度尚能使人满意。

    本书采用以国际单位制为基础的我国法定计量单位，常用的基本单位有：长度为米(m)；时间为秒(s)；质量为公斤(kg)。力为导出单位，采用牛顿(N)；l牛顿(N)=1公斤·米／秒。(k·-n／s2)

    第二节液体的基本特性及主要物理性质

    物质的存在有三种状态：固体、液体和气体，液体和固体的基本区别在于：固体有一定的形状，而液体没有一定的形状，很容易流动，它的形状随容器而异，也就是说液体有易流动性。气体和液体一样，也具有易流动性，液体和气体的基本区别在于：气体易于压缩，并能充满任何容器；而液体的体积有一定的大小，还可能有自由表面，并且和固体一样的承受压力，对于压缩变形有很大的抵抗能力，很不容易压缩，也就是说液体具有不易压缩性。

    液体的真实结构是由运动的分子所组成，分子与分子间具有空隙。从微观角度来看液体是不连续的，不均匀的。但是在水力学中，研究的不是液体的分子运动，而是液体的宏观机械运动，把液体的质点作为最小的研究对象。所谓质点是由许多液体分子所组成，但它的尺寸仍然非常微小和所研究问题中的一般尺寸相比可以忽略不计。因此我们可以把液体看作是液体的质点一个挨着一个地流满着液体的全部体积，这样就可以把液体看作是连续介质，而且它的各部分和各方向的物理性质是一样的。

    总之，在水力学研究的液体是一种容易流动的，不易压缩的，均匀等向的连续介质。

    液体的主要物理性质有以下几种：

    (一)密度和重度

    单位体积液体的质量称为该液体的密度，用符号p表示。如果体积是y的液体，它的质量为m，那密度的国际制单位为公斤／立方米

    单位体积液体的重量称为液体的重度，用符号y表示，令体积y的液体重量为c，那么重度的单位是牛／米’(N／m])。

    根据牛顿第二定律，可知m=G／r，得到密度和重度的关系式为式中：g——重力加速度，一般在水力学上为便于计算，采用g=9-8m／s2

    纯净的水在一个标准大气压作用下，它的密度，因温度而异。

    (二)压缩性

    液体的压缩性就是液体在压力作用下体积缩小的性质，但液体不能抗拉，只能抗压。

    一般情况下，液体的压缩性很小，因此，在一般的水力学计算中，水的压缩性可以不考虑，把水看成不可压缩的，这样水就成为一种均质液体。但在讨论水锤计算时应考虑水的压缩性或弹性。

    (三)粘滞性

    液体内部质点或流层问，如有相对运动则产生内摩擦力(切力)以抗拒相对运动，这种性质称为沾滞性。如：把水装在一只桶里，用木棍搅动，我们要用一定的力气。如果用木棍搅动同样一桶柴油，就会感到用的力气要更大。这说明液体有粘滞性，油的粘滞性比水大。液体的粘滞性主要由液体的内聚力引起，它是液体流动时产生阻力的原因，称为液体的内摩擦力。

    所有液体都有不同程度的粘滞性。由于粘滞性的存在，给研究液体运行的力学规律带来很多困难。因此在水力学中，先忽略液体的粘滞性进行研究，待得出运行规律之后，再将其规律进行必要的修正，以应用于实际液体。我们把忽略粘滞性的液体称为“理想液体”，所以，理想液体是人为地对实际液体的一种科学抽象。

    (四)表面张力......