第1章 液体的主要物理性质及作用力

1.1 水力学的任务与研究的对象

水力学主要研究水和其他液体在外力作用下的平衡与运动的规律，以及这些规律在工程实际中的应用。它是力学的一个分支，是一门技术基础课。

水力学在水利、港口、土建、道桥、环境、石油、化工、采矿、冶金等的勘测、设计、施工和管理等方面均有广泛的应用。

渠道上的闸孔泄流如图1.1.1所示。通过此例我们将提出工程中的主要水力学问题，这些问题可以归纳为如下5个方面：

图1.1.1

（1） 管、渠、闸、堰的过流能力。如图1.1.1中闸孔的泄流量Q₁与闸孔开度e、闸的上游水头H和下游水深h_t之间的关系，要通过水力学来确定。

（2） 水流作用在建筑物的水力荷载。如闸门在关闭时受静水压力作用，在开启时受动水压力作用，在这两种情况下闸底板都要受到由渗流而引起的扬压力作用，而这些力都是设计闸门和闸底板的重要依据。

（3） 建筑物的主要尺寸。如当闸孔的泄流量Q₁、水头H和下游水深h_t一定时，要求确定闸孔开度e、上游渠道的断面尺寸（b，h，m）以及下游消能池的尺寸（l，d）等。

（4） 水流的流动形态。研究和改善水流通过河渠、水工建筑物及其附近的水流形态，为合理布置这些建筑物，保证其正常运行和充分发挥效益提供依据。

（5）水能利用和水能消耗。分析水流在能量转换中的能量损失规律，以便充分地利用水流的有效能量和高效率地消除高速水流中多余的有害动能。

此外，在工程中还会遇到许多特殊的水力学问题。如水工建筑物下面透水地基中的渗流运动、河渠中的泥沙运动、海洋中的波浪运动、高速水流中的气蚀与掺气问题等。

水力学研究的对象是液体，以水为主，但它的某些规律也可以应用到低黏性的油和不可压缩的气体运动中去。