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水力学知识点解析

连续介质、质量力、表面力

连续介质和理想液体

1.连续介质的概念

微观：流体是由大量做无规则热运动的分子所组成。分子间存有空隙，在空间是不连续的。

宏观：一般工程中，所研究流体对的空间尺度要比分子距离大得多。

从整体和部分来讲，宏观是微观的集合，两者是统一的；宏观是建立在微观之上，是微

观的积累到一定的产物，两者是相互制约。

※分析问题：应从微观和宏观两个角度出发，根据问题需要，合理选择分析角度。

(1)流体的连续介质假设

不考虑流体分子间的间隙，把流体视为由无数连续分布的流体微团((质点）组成的连续

介质。

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1cm³的水中约含有3×10个水分子

(2)采用流体连续介质假设的优点

避免了流体分子运动的复杂性，只需研究流体的宏观运动。

物理量作为时空连续函数，则可利用高等数学中连续函数分析方法研究流体平衡与运动

规律。

2.理想液体的概念

在水力计算中，有时为了简化分析，对液体的粘性暂不考虑，而引出没有粘性的理想液体模型。

理想液体就是指忽略粘性效应的液体。在理想液体模型中，粘性系数μ=0。

说明:

1.忽略粘性影响实际上就是忽略切应力，切应力小，小是切应力小的原因，η是

流体的客观属性，所以往往是在变形速率不大的区域将实际流体简化为理想流体。

2.我们将会看到，是否忽略粘性影响将对流动问题的处理带来很大的区别，理想流体假

设可以大大简化理论分析过程。

3.由理想液体模型分析所得的结论，必须对没有考虑粘性而引起的偏差进行修正。

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作用于液体上的力

分类：按物理性质：重力、惯性力、弹性力、摩擦力、表面张力。

按作用方式分：表面力和质量力。

1.表面力

作用于液体表面，并与受作用的表面面积成比例的力。例如：固体边界对液体的摩擦力，

边界对液体的反作用力，一部分对相邻另一部分液体产生的水压力等。表面力按作用方

向可分为：压应力和切应力，单位：N/m或pa

2.质量力

作用于隔离体内每一液体质点上的力，它的大小与质量成正比。对于均质流体（各点密

度相同的流体），质量力与液体体积成正比，其质量力又称为体积力。如：重力、惯性

力。单位：牛顿（N）

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单位质量力：作用在单位质量液体上的质量力。（重力、惯性力）

若有一质量为m的均质液体，作用于其上的总质量力为，则所受的单位质量力为：

f=

若质量力F在空间坐标轴上的投影分别为、、，单位质量力f在相应坐标轴上的投影为、

、，则有：

Τ

=

Τ

൞=

Τ

=

−2

单位质量力具有和加速度一样的量纲，为，单位：[m/s2]

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水力学的研究方法

水力学涉及流体的运动规律，问题十分复杂，仅靠传统的理论研究方法，一方面可能遇到某

阶段无法逾越的瓶颈，另一方面也不足以满足实际应用的迫切要求。因此，水力学的研究是多

样化的。主要包括：

➢理论分析理论研究：利用力学相关原理，对流体的运动参数

建立数学力学方程，例如利用力学相关原理，对流

➢实验研究体的运动参数建立数学力学方程，例如连续方程、