簡介：第八章基元反應(yīng)動力學(xué),化學(xué)動力學(xué)的任務(wù)和目的,化學(xué)動力學(xué),只能預(yù)測反應(yīng)的可能性不能預(yù)測實際反應(yīng)能否發(fā)生（速率問題）,化學(xué)熱力學(xué)的局限性,,例,反應(yīng)2趨勢小，但反應(yīng)速率快（速率幾乎無法測定）,趨勢大,但速率慢,281K時,生成15％的水,需要1060億年加催化劑（OR點燃）,反應(yīng)很快（反應(yīng)機(jī)理問題）,反應(yīng)1,,僅用平衡態(tài)熱力學(xué)的知識不能解釋此問題,化學(xué)動力學(xué)的研究對象及目的,化學(xué)反應(yīng)的速率化學(xué)反應(yīng)的機(jī)理化學(xué)反應(yīng)的條件對反應(yīng)的速率的影響,化學(xué)動力學(xué)研究的對象,,溫度、壓力、催化劑、溶劑和光照等外界因素,,化學(xué)動力學(xué)研究的目的揭示反應(yīng)規(guī)律，控制反應(yīng)速率，得到希望的反應(yīng)結(jié)果,化學(xué)動力學(xué)與平衡態(tài)熱力學(xué)的比較平衡態(tài)熱力學(xué)只討論體系的平衡態(tài)，不考慮時間因素；動力學(xué)則重點考慮時間因素。平衡態(tài)熱力學(xué)只能預(yù)言變化過程的方向和限度；動力學(xué)則要考慮變化過程進(jìn)行的速率。平衡態(tài)熱力學(xué)只考慮始態(tài)和終態(tài)；動力學(xué)則要考慮中間步驟。,一、化學(xué)反應(yīng)速率,轉(zhuǎn)化速率反應(yīng)進(jìn)度隨時間的變化率（反映化反快慢的物理量）,例ΑR－－→ΒP,與反應(yīng)物關(guān)系與產(chǎn)物關(guān)系通式,,,ΝI對產(chǎn)物取“”對反應(yīng)物取“－”,反應(yīng)速率R單位體積反應(yīng)系統(tǒng)中反應(yīng)進(jìn)度隨時間的變化率。,§81基本概念,反應(yīng)速率,,,,,濃度MOLM3MOLDM3時間SMINHA速率MOLM3S1MOLM3MIN1等,速率單位,,例ΑR－－→ΒP,組分速率RB系統(tǒng)中物質(zhì)隨時間的變化率。,P生成的速率,R消耗的速率,,,反應(yīng)速率與組分速率之間的關(guān)系,二、化學(xué)反應(yīng)速率方程,1反應(yīng)速率與濃度的關(guān)系,反應(yīng)速率是系統(tǒng)中個物質(zhì)濃度的函數(shù),例氫氣與鹵素的反應(yīng),化學(xué)反應(yīng)速率方程,,這些速率方程可以通過實驗測定測得，也可以依反應(yīng)機(jī)理推出。,,K反應(yīng)速率系數(shù)（速率系數(shù)）,,由R的量綱MOLM3S1綱以及濃度的量綱MOLM3可以推出K的量綱。,,2反應(yīng)級數(shù)N速率方程中各物質(zhì)濃度的指數(shù)之和。,如H2CL22HCLRKH2CL21/215級,例AABBGGHH若RKAΑBΒ則反應(yīng)級數(shù)NΑΒ,對H2來說為一級反應(yīng)對CL2來說為1/2級反應(yīng),,0、1、2、3簡單級數(shù)反應(yīng)0級反應(yīng)、1級反應(yīng)、、3級反應(yīng)）分?jǐn)?shù)級反應(yīng)H2CL2→2HCL3/2級反應(yīng)無級數(shù)反應(yīng)H2BR2→2HBR不能寫成RKH2ΑBR2Β的形式,N的值,,催化常見少見,,,,N可以是正數(shù)、負(fù)數(shù)、整數(shù)、分?jǐn)?shù)或零等,,比例常數(shù)K稱為反應(yīng)速率常數(shù)或者比速率，其物理意義是各反應(yīng)物的濃度均等于單位濃度時的反應(yīng)速率。在確定速率方程的實驗條件下是一個與濃度無關(guān)的常數(shù)。,反應(yīng)速率系數(shù)K,注意單位與反應(yīng)級數(shù)的關(guān)系,3濃度隨時間的變化關(guān)系化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)方程,動力學(xué)方程CFT,描述濃度隨時間變化的關(guān)系式,,C–T關(guān)系的三種表示法,列表法作圖法解析表達(dá)式法,例2AA2,列表法表示,（反應(yīng)過程中A濃度隨時間的變化關(guān)系）,作圖法,解析式法,,略,動力學(xué)方程,T20S時,,813基元反應(yīng),1反應(yīng)機(jī)理,反應(yīng)物分子產(chǎn)物分子,對其反應(yīng)過程的具體描述為反應(yīng)機(jī)理,例2NOO22NO2總包反應(yīng),該反應(yīng)由以下兩步完成2NON2O2快（基元反應(yīng)）N2O2＋O22NO2（慢）（基元反應(yīng)）,整個反應(yīng)的速率有最慢的一步控制。,基元反應(yīng)反應(yīng)物微粒在碰撞過程中直接轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物的反應(yīng)。,原子、分子、離子、自由基等一步完成,,,總包反應(yīng)宏觀總效果的反應(yīng)（按計量方程式完成的反應(yīng)）,反應(yīng)機(jī)理在包總反應(yīng)中，連續(xù)或同時發(fā)生的所有基元反應(yīng)的總合。,化學(xué)反應(yīng)的規(guī)律，往往是基元反應(yīng)的規(guī)律；確定一個反應(yīng)是否為基元反應(yīng)，對化學(xué)動力學(xué)的研究是非常重要的。確定反應(yīng)機(jī)理就是要確定該反應(yīng)是有哪些基元反應(yīng)組成的。,2反應(yīng)分子數(shù),反應(yīng)分子數(shù)基元反應(yīng)中參與反應(yīng)的微粒數(shù)。單分子反應(yīng)雙分子反應(yīng)三分子反應(yīng)三分子以上的反應(yīng)，目前尚未發(fā)現(xiàn)。,反應(yīng)分子數(shù)有,,理由三個以上的微粒同時碰在一起形成產(chǎn)物比較困難,反應(yīng)歷程,,例H2CL2→2HCL（總包反應(yīng)）,反應(yīng)機(jī)理如下CL2→2CL（單分子反應(yīng)）CLH2→HCLH（雙分子反應(yīng)）HCL2→HCLCL（雙分子反應(yīng)）2CLM→CL2M（三分子反應(yīng)）,都是基元反應(yīng),,器壁（OR氣相中的惰性質(zhì)點）僅起能量轉(zhuǎn)移作用。,,注意反應(yīng)分子數(shù)是對基元反應(yīng)而言的。,基元反應(yīng)方程式的物質(zhì)的化學(xué)計量數(shù)不能任意書寫,,§82基元反應(yīng)動力學(xué)規(guī)律,821濃度與反應(yīng)速率質(zhì)量作用定律,質(zhì)量作用定律基元反應(yīng)的反應(yīng)速率與反應(yīng)物濃度以其化學(xué)計量系數(shù)為冪的乘積成正比。,例基元反應(yīng)AABBGGHH,K,||,速率方程,,速率常數(shù),,A組分的速率,G組分的速率,,,反應(yīng)速率,,注意,,注意質(zhì)量作用定律,僅適用于基元反應(yīng)不適用總反應(yīng),,舉例子,NO2CONOCO2,基元反應(yīng)（簡單反應(yīng)），根據(jù)質(zhì)量作用定律直接寫出速率方程,,,HBR氣相合成反應(yīng)H2BR2??2HBR,復(fù)雜反應(yīng)非基元反應(yīng)不能依質(zhì)量作用定律寫出,,,,,,H2I2???2HI,822反應(yīng)動力學(xué),1一級反應(yīng),常見的一級反應(yīng)有異構(gòu)化反應(yīng)、熱分解反應(yīng)以及放射性元素的蛻變等,A反應(yīng)的速率方程,初始濃度,動力學(xué)方程,N1的反應(yīng)稱為一級反應(yīng),,速率常數(shù),,,,積分,,,也可寫成,,對于一級反應(yīng),,A一級反應(yīng)的特點,1K的單位時間1如S1、MIN1、H1、A1等,2LNA－T圖為直線,,3）半衰期,半衰期反應(yīng)物濃度降低一半所需要的時間（反應(yīng)完成了一半）,4）反應(yīng)物濃度呈指數(shù)規(guī)律下降,,,例題某金屬钚的同位素進(jìn)行Β放射，14D后，同位素活性下降了685。試求該同位素的1蛻變常數(shù)，2半衰期，3分解掉90所需時間。,解,2二級反應(yīng),N2的反應(yīng)為二級反應(yīng),常見的二級反應(yīng)乙烯、丙烯的二聚作用，乙酸乙酯的皂化，碘化氫的熱分解，等,1）速率方程,此積分要分兩種情況積AB和A≠B,,單純二級反應(yīng)混合二級反應(yīng),,,,2）AB時的積分初始濃度相等,得動力學(xué)方程,3與T成線性關(guān)系,1速率常數(shù)K的單位濃度1時間1,2半衰期與起始物濃度成反比,,特點,,3）A≠B時的積分初始濃度不相等,特點,1圖為直線,2A≠B時無法確定半衰期T1/2,（半衰期無意義）,∵按A或B確定的半衰期不一樣,,4零級反應(yīng)、三級反應(yīng),反應(yīng)APT0A0TAXX,K,,零級反應(yīng)三級反應(yīng),,常見的零級反應(yīng)表面催化反應(yīng)和酶催化反應(yīng)三級反應(yīng)不常見,反應(yīng)速率決定于固體催化劑的有效表面活性位或酶的濃度。,,,反應(yīng)速率與反應(yīng)物濃度無關(guān),5小結(jié),反應(yīng)APT0A0TT′AXX,K,反應(yīng)級數(shù)速率方程動力學(xué)方程半衰期,823溫度與反應(yīng)速率的關(guān)系,化學(xué)反應(yīng)的速率不僅與反應(yīng)物的C有關(guān)，而且還與T有關(guān)。,范霍夫經(jīng)驗規(guī)律溫度每升高10K，反應(yīng)速率近似增加2～4倍。,T對R的影響很復(fù)雜,歸納起來,大致有以下五種,R,ⅠⅡⅢⅣⅤ,一般反應(yīng),爆炸反應(yīng),復(fù)相催化酶催化,碳的氧化,2NOO2→2NO2,I類最常見，稱ARRHENIUS型，下面將對此類型的反應(yīng)作重點討論。,,阿累尼烏斯公式,（1）指數(shù)式,描述了速率隨溫度而變化的指數(shù)關(guān)系。A稱為指前因子，稱為阿累尼烏斯活化能，阿累尼烏斯認(rèn)為A和都是與溫度無關(guān)的常數(shù)。,（2）積分式,描述了速率系數(shù)與1/T之間的線性關(guān)系。可以根據(jù)不同溫度下測定的K值，以LNK對1/T作圖，從而求出活化能EA。,（3）定積分式,設(shè)活化能與溫度無關(guān)，根據(jù)兩個不同溫度下的K值求活化能EA。,（4）微分式,K值隨T的變化率決定于值的大小。,824ARRHENIUS活化能,1活化能的統(tǒng)計解釋,活化分子在化學(xué)反應(yīng)中，反應(yīng)物分子之間發(fā)生作用時，能發(fā)生反應(yīng)的能量較高的分子稱為“活化分子”,（碰撞）,反應(yīng)物分子的能量分析,基元反應(yīng)的活化能活化分子的平均能量與反應(yīng)物分子平均能量之差值。,活化能,,TOLMAN托爾曼用統(tǒng)計力學(xué)的觀點對基元反應(yīng)活化能的解釋,包括活化分子,,,2活化能與反應(yīng)的熱效應(yīng),對峙反應(yīng),K＋,K,反應(yīng)的熱效應(yīng)為正逆反應(yīng)活化能之差。,依ARRHENIUS公式,依VAN’THOFF方程,,,,,反應(yīng)物分子的平均能量→,←產(chǎn)物分子的平均能量,←活化分子的平均能量,3基元反應(yīng)活化能的確定,（1）作圖法得EA,作圖的過程實際是平均過程，故此法較好,（2）公式法計算EA,測定（T1,K1）,T2,K2）→EA,基本公式,基本公式,計算,,4由鍵焓估算基元反應(yīng)的活化能,由鍵焓數(shù)據(jù)估算各類基元反應(yīng)的活化能。?1對分子裂解為自由基的基元反應(yīng)與其逆反應(yīng)ABM?ABM由于正向反應(yīng)只是AB鍵斷裂，所以反應(yīng)所需活化能等于AB鍵的鍵焓ΕAB，E0。所以EΕAB。2自由基與分子間的基元反應(yīng)5規(guī)則一般形式為ABCABC；①當(dāng)＜0時，正向反應(yīng)為放熱反應(yīng)，此時E005ΕBC，EE。②如果＞0，即正反應(yīng)吸熱，那么E005ΕAB，EE。,自學(xué)內(nèi)容,例題,雙分子反應(yīng)CLH2→HCLH不同溫度下的速率系數(shù)值如下K’K/106MOL1DM3S1T/K2984005206008609501050K’102109540105440590792求該溫度范圍內(nèi)反應(yīng)的活化能EA。解利用以上數(shù)據(jù)作LN{K}1/T圖，作圖數(shù)據(jù)見下表103/T/K336250192167116105095LN{K}138162178185199202204,,,,,從圖中求出直線的斜率M–277103K1,EA斜率R＝23KJMOL1,LNA截距A＝1071010MOL1DM3S1,活化能,指前系數(shù),825微觀可逆性原理,微觀可逆性原理（PRINICIPLEOFMICROREVERSIBILITY）是指如果正向反應(yīng)是基元反應(yīng)，則逆反應(yīng)也必然是基元反應(yīng)，而且它在正逆兩個方向進(jìn)行時必定通過相同的過渡態(tài)（或活化狀態(tài)）。,產(chǎn)物超過三分子的反應(yīng)，不可能是基元反應(yīng)。,大多數(shù)的化學(xué)反應(yīng)都是由一系列的基元反應(yīng)組成的復(fù)雜反應(yīng)，我們把完成反應(yīng)物到產(chǎn)物轉(zhuǎn)變所經(jīng)歷基元反應(yīng)序列稱之為該反應(yīng)的反應(yīng)歷程，也稱反應(yīng)機(jī)理。,§83反應(yīng)歷程,,基元反應(yīng)的三種基本組合,平行反應(yīng),對峙反應(yīng),連續(xù)反應(yīng),832平行反應(yīng),一般稱反應(yīng)系統(tǒng)中有相同反應(yīng)物A的幾個不同基元反應(yīng)為平行反應(yīng)。,,這種情況在有機(jī)反應(yīng)中較多，通常將生成期望產(chǎn)物的一個反應(yīng)稱為主反應(yīng)，其余為副反應(yīng)。,總反應(yīng)速率等于所有平行反應(yīng)速率之和。,1、平行反應(yīng)的動力學(xué)特征,以兩個單分子反應(yīng)構(gòu)成的平行反應(yīng),按質(zhì)量作用定律，反應(yīng)的速率方程A的消耗速率為,按一級反應(yīng)動力學(xué)的方法積分求出動力學(xué)方程,,將兩個反應(yīng)的速率方程相除,,反應(yīng)物濃度A下降服從以KAPP＝K1K2為速率系數(shù)的一級反應(yīng)動力學(xué)規(guī)律。KAPP稱為平行反應(yīng)的表觀速率系數(shù)。兩種產(chǎn)物的濃度隨時間增加并始終保持反應(yīng)速率系數(shù)之比的平行關(guān)系。,由上述式子可以得到,,平行反應(yīng)的特點,①在反應(yīng)的任何時刻，產(chǎn)物的濃度（或產(chǎn)量）之比，等于平行反應(yīng)的速率系數(shù)之比，速率系數(shù)大的反應(yīng)，其產(chǎn)量必定大。,②總反應(yīng)的速率系數(shù)（或稱表觀速率系數(shù)KAPP）為各平行反應(yīng)速率系數(shù)的總和。因此，由產(chǎn)物的相對含量和總反應(yīng)的速率系數(shù)，可求得個別反應(yīng)的速率系數(shù)。,,③當(dāng)平行反應(yīng)中某一個基元反應(yīng)的速率系數(shù)比其它基元反應(yīng)的速率系數(shù)大很多時，總反應(yīng)速率決定于該基元反應(yīng)。通常，稱此反應(yīng)為主反應(yīng)，其它為副反應(yīng)。人們往往要通過尋找選擇性強(qiáng)的催化劑或控制溫度來加大速率系數(shù)的差別，以提高主反應(yīng)的產(chǎn)率和產(chǎn)量。,2、溫度的影響規(guī)律,表觀速率系數(shù)KAPPK1K2,表觀活化能,833對峙反應(yīng),ABEBAET0時A0B0TT時AA0X,BB0XT時A0,B0,在正逆兩個方向上都能進(jìn)行的反應(yīng)稱為對峙反應(yīng)，也叫可逆反應(yīng)。,消耗,生成,將上述關(guān)系式代入得,當(dāng)達(dá)到平衡時，正逆反應(yīng)速率相等，,KC為平衡常數(shù),上式表明以LN{AA?}對T作圖應(yīng)為一條直線，其斜率等于（K1K1）,分離變量積分得,1凈速率等于正、逆反應(yīng)速率之差值,2達(dá)到平衡時，反應(yīng)凈速率等于零,3正、逆速率系數(shù)之比等于平衡常數(shù),4在C～T圖上，達(dá)到平衡后，反應(yīng)物和產(chǎn)物的濃度不再隨時間而改變,對峙反應(yīng)的特點,834連續(xù)反應(yīng),解一階線性微分方程（當(dāng)K1?K2時）并利用物料平衡關(guān)系求得,T0A000TTAIP,A反應(yīng)物,I中間產(chǎn)物P產(chǎn)物,組分速率,若K1K2,實驗觀察到的實際上是反應(yīng),若K1K2,總反應(yīng)的表觀動力學(xué)特征實際上決定于反應(yīng)速率系數(shù)最小的那一步基元反應(yīng)的速率規(guī)律。一般將此連續(xù)反應(yīng)中最難進(jìn)行的一步稱之為決速步驟或速率控制步驟。,實驗觀察到的實際上是反應(yīng),溫度的影響規(guī)律,連續(xù)反應(yīng)總反應(yīng)的動力學(xué)特征（表觀速率系數(shù)與活化能）決定于速率系數(shù)最小的那一步?jīng)Q速步驟。,對連續(xù)反應(yīng),1如果,動力學(xué)實驗顯示的特征基本上是反應(yīng),2如果,動力學(xué)實驗顯示的特征基本上是反應(yīng),835反應(yīng)歷程,大多數(shù)的化學(xué)反應(yīng)都是由一系列的基元反應(yīng)組成的復(fù)雜反應(yīng)，我們把完成反應(yīng)物到產(chǎn)物轉(zhuǎn)變所經(jīng)歷基元反應(yīng)序列稱之為該反應(yīng)的反應(yīng)歷程，也稱反應(yīng)機(jī)理。例如氧化亞氮在碘蒸汽存在時的熱分解反應(yīng)2N2O2N2O2實驗表明其反應(yīng)速率方程為RKN2OI21/2進(jìn)一步的研究證明反應(yīng)歷程應(yīng)包含以下步驟I22IK1,,K1IN2ON2IOK2ION2ON2O2IK3,穩(wěn)態(tài)近似,不穩(wěn)定中間物I，在反應(yīng)進(jìn)行了一段時間后濃度便達(dá)到一個幾乎穩(wěn)定的數(shù)值。相對于反應(yīng)物或產(chǎn)物，該中間物一直維持極低的濃度值，這一事實使我們有可能近似地認(rèn)為中間產(chǎn)物處于穩(wěn)態(tài)，（即DI/DT≈0）從而將微分方程轉(zhuǎn)化為代數(shù)方程，大大簡化求解過程。,1穩(wěn)態(tài)對一個反應(yīng)系統(tǒng)而言，所謂穩(wěn)態(tài)是指其性質(zhì)不隨時間變化的一種狀態(tài)平衡態(tài)是其中一個特例。,穩(wěn)態(tài)近似方法,在反應(yīng)過程中有多少個高活性中間物種，穩(wěn)態(tài)近似就可以有多少個其濃度隨時間變化率等于零的代數(shù)方程。根據(jù)等于零的代數(shù)方程求出中間物種的穩(wěn)態(tài)近似濃度表達(dá)式，將其代入總反應(yīng)速率的表達(dá)式中，使這些中間物種的濃度項不出現(xiàn)在最終的速率方程中。,用穩(wěn)態(tài)近似推導(dǎo)反應(yīng)速率方程,用穩(wěn)態(tài)近似推導(dǎo)直鏈反應(yīng)速率方程,與實驗測定的速率方程一致。,平衡假定,一般而言，在一個復(fù)雜反應(yīng)的歷程中，如果存在速率控制步驟（或稱決速步驟）則1總反應(yīng)速率取決于速率控制步驟的反應(yīng)速率。2前面的對峙反應(yīng)處于快速平衡，可利用平衡常數(shù)K及反應(yīng)物濃度的關(guān)系求出中間產(chǎn)物的濃度。3速率控制步驟之后的基元步驟對總反應(yīng)速率不產(chǎn)生影響。按1寫出總反應(yīng)速率表達(dá)式；利用平衡關(guān)系2，以反應(yīng)物的濃度表示出中間物的濃度，可得速率方程。,水溶液中的反應(yīng)IOCLOICL–歷程OCLH2O?HOCLOHK1HOCLOH?OCLH2OK2HOCLI?HOICLK3速率控制步驟HOIOH?OIH2OK4OIH2O?HOIOHK5由速率控制步驟得RK3HOCLI據(jù)平衡假設(shè)K1/K2HOCLOH/OCLH2O中間物濃度HOCLK1/K2OCLH2O/OH得總反應(yīng)的速率方程為RKAPPIOCL/OH其中KAPPK3K1H2O/K2。,例,§84氣相反應(yīng)的簡單碰撞理論,一、雙分子反應(yīng)的簡單碰撞理論,1理論模型,1反應(yīng)物分子可看作無相互作用（獨立子）、無內(nèi)部結(jié)構(gòu)、完全硬性的硬球。2分子必須通過碰撞才能發(fā)生反應(yīng)；碰撞分子對的能量超過某一能量閾值ΕC時，反應(yīng)才能發(fā)生；能夠發(fā)生反應(yīng)的碰撞叫做有效碰撞。3反應(yīng)過程中，分子的速率和能量分布均遵守麥克斯韋玻耳茲曼平衡分布。,,簡單碰撞理論認(rèn)為SCT,分子無內(nèi)部結(jié)構(gòu),2理論模型,Z單位時間S單位體積CM3內(nèi)反應(yīng)物分子的碰撞數(shù),反應(yīng)速率活化分子在單位時間單位體積內(nèi)的有效碰撞次數(shù)。,Q有效碰撞概率,碰撞頻率,AB－－→P,化學(xué)反應(yīng),單位體積中A的數(shù)目,,則碰撞截面?RARB2,1碰撞頻率Z,A、B兩球的碰撞情況,設(shè)B球不動A對B球的相對速度為UAB,當(dāng)兩球的質(zhì)心投影落在直徑為RARB的圓截面之內(nèi)時，都有可能發(fā)生碰撞。,一個A分子每秒鐘碰到B的次數(shù)為,A,B,單位體積中B的數(shù)目,,,（單位體積中）,若單位體積內(nèi)A的個數(shù)為NA，則,氣體分子運動論中推得,即單位時間單位體積中A、B相互碰撞的頻率為,2有效碰撞概率Q,根據(jù)BOLTZMANN分別定律，可推出能量大于ΕC的分子所站的比例,,活化分子,,,,,3反應(yīng)速率,,,由碰撞理論推出的速率常數(shù)KSCT,二、對理論的分析與檢驗,1對活化能是溫度的函數(shù)的解釋,■說明EA與溫度有關(guān)，與實驗事實一致■溫度不高，05RT可忽略不計,ARRHENIUS活化能閾能,,,2指前系數(shù)ASCT,3對碰撞理論的評論,成功之處物理圖象簡明清晰；解釋了ARRHENIUS公式；對分子結(jié)構(gòu)簡單的反應(yīng)，理論上求算的K值與實驗測定的值能較好地吻合。,■碰撞理論本身不能預(yù)言EC值，求K時要借助于EA，故失去了從理論上語言K值的意義,不足之處,■對于結(jié)構(gòu)復(fù)雜一些分子的反應(yīng)，碰撞理計算的K值偏差較大，這說明硬球模型過于粗糙。,沒有考慮分子的結(jié)構(gòu)與性質(zhì),,,843單分子反應(yīng)理論,1單分子反應(yīng)時滯理論,LINDEMANN提出的單分子反應(yīng)機(jī)理,單分子反應(yīng)AP,,（林德曼）,AMAM,AP,K1,K1,,K2,注意■A有可能再經(jīng)碰撞失活，也有可能分解為產(chǎn)物P,分子碰撞產(chǎn)生的活化分子,時滯A從活化到反應(yīng)的時間活化分子要經(jīng)過一定時間才能離解,時滯中，活化分子可能通過碰撞而失活，也可能把所得能量進(jìn)行內(nèi)部傳遞，把能量集中到要破裂的鍵上面，然后解離為產(chǎn)物。,,,惰性質(zhì)點,,,■由于碰撞的存在，故非真正的單分子反應(yīng),（富能活化分子）,2實驗驗證（將M當(dāng)A處理）,,解得,■高壓時表現(xiàn)為一級反應(yīng),■低壓時表現(xiàn)為二級反應(yīng),,,不講,3RRKM理論,30年代,MARCUS把RRK提出的單分子反應(yīng)理論與過渡態(tài)理論結(jié)合起來,對林德曼的單分子理論進(jìn)行了修正,提出了RRKM理論。,RICERAMSPERGERKASSEL,,林德曼單分子理論定性可以，定量偏差較大,要修正的原因,,,RRKM理論提出的反應(yīng)機(jī)理,K1,富能分子A在變成產(chǎn)物之前必須先變成過渡態(tài)A≠，消耗一部分能量來克服勢壘EB，這過程就是林德曼理論中的時滯。,K2是E的函數(shù),EEB時K2K2E,,,穩(wěn)態(tài)法,處理的總結(jié)果與實驗事實符合較好。,熱統(tǒng)計算,麻煩,,§85過渡狀態(tài)理論,由于沒有講統(tǒng)計熱力學(xué)，只有放棄,反應(yīng)速率取決于ABC?分解為產(chǎn)物的速率R??C?,ABCA?B?C?ABC,,K?,?≠導(dǎo)致絡(luò)合物分解的不對稱伸縮振動的頻率,習(xí)題,1、在描述一級反應(yīng)的下述說法中，不正確的是ALNC對時間T作圖得一條直線；B半衰期與反應(yīng)物起始濃度成反比；C同一反應(yīng)消耗反應(yīng)物的百分?jǐn)?shù)相同時，所需的時間相等；D速度常數(shù)的單位是時間－1。,B,2、二級反應(yīng)2A→B的半衰期是A與A的起始濃度無關(guān)；B與A的起始濃度成正比；C與A的起始濃度成反比；D與A的起始濃度平方成反比。,C,3、在基元反應(yīng)中，正確的是A反應(yīng)級數(shù)與反應(yīng)分子數(shù)總是一致；B反應(yīng)級數(shù)總是大于反應(yīng)分子數(shù)；C反應(yīng)級數(shù)總是小于反應(yīng)分子數(shù)；D反應(yīng)級數(shù)不一定與反應(yīng)分子數(shù)總是一致。,D,4、給出方程式A＋B→2P，則正確的敘述是1此反應(yīng)為二級反應(yīng)；2此反應(yīng)為雙分子反應(yīng)；3此反應(yīng)為基元反應(yīng)；4此反應(yīng)各物質(zhì)間的計量關(guān)系已定,D,5、質(zhì)量作用定律對于總反應(yīng)式為什么不一定正確,答因質(zhì)量作用定律只能用于基元反應(yīng)，而總反應(yīng)不一定是基元反應(yīng)。因此不一定正確。,6、對于平行反應(yīng)的描述，不正確的是AK1和K2的比值不隨溫度而變；B反應(yīng)物的總速率等于兩個平行的反應(yīng)速率之和；C反應(yīng)產(chǎn)物B和D的量之比等于兩個平行反應(yīng)的速率之比；D反應(yīng)物消耗的速率主要決定于反應(yīng)速率較大的一個反應(yīng)。,A,7、某反應(yīng)速率常數(shù)K為0107MIN1,則反應(yīng)物濃度從10MOLL1變到07MOLL1和濃度從001MOLL1變到0007MOLL1所需時間的比值為A10B100C1D001,C,8、已知某復(fù)合反應(yīng)的反應(yīng)歷程為A,B；BD,則B的濃度隨時間的變化率,AK1CA－K2CDCB；BK1CA－K1CB－K2CDCB；CK1CA－K1CB＋K2CDCB；D－K1CA＋K1CB＋K2CDCB,Z,是（）,B,

簡介：第五節(jié)高地應(yīng)力地區(qū)的主要巖石力學(xué)問題,一、研究高地應(yīng)力問題的必要性研究高地應(yīng)力本事就是巖石力學(xué)的基本任務(wù)。巖體的本構(gòu)關(guān)系、破壞準(zhǔn)則以及巖體中應(yīng)力傳播規(guī)律都要受到地應(yīng)力大小的變化而變化。隨著采礦深度的增加、我國中西部的開發(fā)，尤其是水電工程建設(shè)，在高地應(yīng)力地區(qū)出現(xiàn)特殊的地壓現(xiàn)象，給巖體工程穩(wěn)定問題提出了新課題。,二、高地應(yīng)力判別準(zhǔn)則和高地應(yīng)力現(xiàn)象,（一）高地應(yīng)力判別準(zhǔn)則（1）目前國際國內(nèi)無統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。（2）國內(nèi)一般巖體工程以初始地應(yīng)力在2030MPA為高地應(yīng)力大于800米深。（3）由于不同巖石，彈性模量不同，巖石的儲能性能也不同。按工程巖體分級標(biāo)準(zhǔn)（GB5021894）稱為極高初始地應(yīng)力，為高地應(yīng)力。其中為巖石單軸飽和抗壓強(qiáng)度；雙為垂直洞軸線方向地最大初始地應(yīng)力。,（二）高地應(yīng)力現(xiàn)象,（1）巖芯餅化現(xiàn)象。（2）巖爆。（3）探硐和地下隧道洞地洞壁產(chǎn)生剝離，巖體錘擊為嘶啞聲并有較大變形（4）巖質(zhì)基坑底部隆起、剝離以及回彈錯動現(xiàn)象如圖（626）,圖625二灘引水隧洞巖爆發(fā)生部位示意圖,圖626基坑邊坡回彈錯動,（5）野外原位測試測得的巖體物理力學(xué)指標(biāo)比實驗室?guī)r塊試驗結(jié)果高。,圖627高地應(yīng)力條件下巖體變形曲線,三、研究高地應(yīng)力應(yīng)注意的問題,（一）關(guān)于巖體的淺塑狀態(tài)可以通過莫爾強(qiáng)度包絡(luò)線來判斷巖石（體）發(fā)生何種破壞及形式。若應(yīng)力圓位于莫爾包絡(luò)線（圖628曲線2）以內(nèi)，巖體處于,圖628用應(yīng)力圓和莫爾包絡(luò)線判斷巖體是否破壞或進(jìn)入塑性狀態(tài),彈性狀態(tài)并不發(fā)生破壞；若二者相交或是相切，則巖體出現(xiàn)塑性狀態(tài)或斷裂狀態(tài)。當(dāng)，應(yīng)力狀態(tài)所構(gòu)成的應(yīng)力圓只是橫坐標(biāo)軸上的一點，在這種應(yīng)力狀態(tài)下，巖體單于永遠(yuǎn)呈穩(wěn)定狀態(tài)，不會破壞。應(yīng)力重分布一旦巖體被開挖，開挖面附近的巖體單元由于一部分受力的巖體被挖去而產(chǎn)生不平衡力，巖體中的應(yīng)力要重新調(diào)整，稱為應(yīng)力重分布。,我們把初始應(yīng)力狀態(tài)下巖體單元處于穩(wěn)定（彈性）狀態(tài)而一旦開挖就會處于塑性（破壞）狀態(tài)的巖體，稱為巖體淺塑狀態(tài)。（二）處理高地應(yīng)力的巖石力學(xué)原則（1）及早發(fā)現(xiàn)，及早作出對應(yīng)措施和準(zhǔn)備工作。（2）及早降低應(yīng)力，釋放能量。具體做法是在開挖面上及時打超前密集小孔；或從開挖面內(nèi)向內(nèi)鉆孔和在一定深度內(nèi)放炮，在一定范圍內(nèi)形成破碎帶，降低洞周的應(yīng)力。,（3）及早采取臨時性和永久性防護(hù)措施，使巖爆與施工人員一定程度隔離開來。在設(shè)計支護(hù)結(jié)構(gòu)時，宜設(shè)計柔性支護(hù)。（4）工程中設(shè)計一定的應(yīng)力降低措施切割應(yīng)力釋放槽，盡量避免引起應(yīng)力集中的開挖形態(tài)，避免不必要的小型叉洞和形狀突變的洞形。,返回,

簡介：第五節(jié)高地應(yīng)力地區(qū)的主要巖石力學(xué)問題,一、研究高地應(yīng)力問題的必要性研究高地應(yīng)力本事就是巖石力學(xué)的基本任務(wù)。巖體的本構(gòu)關(guān)系、破壞準(zhǔn)則以及巖體中應(yīng)力傳播規(guī)律都要受到地應(yīng)力大小的變化而變化。隨著采礦深度的增加、我國中西部的開發(fā)，尤其是水電工程建設(shè)，在高地應(yīng)力地區(qū)出現(xiàn)特殊的地壓現(xiàn)象，給巖體工程穩(wěn)定問題提出了新課題。,二、高地應(yīng)力判別準(zhǔn)則和高地應(yīng)力現(xiàn)象,（一）高地應(yīng)力判別準(zhǔn)則（1）目前國際國內(nèi)無統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。（2）國內(nèi)一般巖體工程以初始地應(yīng)力在2030MPA為高地應(yīng)力大于800米深。（3）由于不同巖石，彈性模量不同，巖石的儲能性能也不同。按工程巖體分級標(biāo)準(zhǔn)（GB5021894）稱為極高初始地應(yīng)力，為高地應(yīng)力。其中為巖石單軸飽和抗壓強(qiáng)度；為垂直洞軸線方向地最大初始地應(yīng)力。,（二）高地應(yīng)力現(xiàn)象,（1）巖芯餅化現(xiàn)象。（2）巖爆。（3）探硐和地下隧道洞地洞壁產(chǎn)生剝離，巖體錘擊為嘶啞聲并有較大變形（4）巖質(zhì)基坑底部隆起、剝離以及回彈錯動現(xiàn)象,圖626基坑邊坡回彈錯動,（5）野外原位測試測得的巖體物理力學(xué)指標(biāo)比實驗室?guī)r塊試驗結(jié)果高。,圖627高地應(yīng)力條件下巖體變形曲線,二處理高地應(yīng)力的巖石力學(xué)原則1及早發(fā)現(xiàn)，及早作出對應(yīng)措施和準(zhǔn)備工作2及早降低應(yīng)力，釋放能量。具體做法是在開挖面上及時打超前密集小孔；或從開挖面內(nèi)向內(nèi)鉆孔和在一定深度內(nèi)放炮，在一定范圍內(nèi)形成破碎帶，降低洞周的應(yīng)力。（3）及早采取臨時性和永久性防護(hù)措施，使巖爆與施工人員一定程度隔離開來。在設(shè)計支護(hù)結(jié)構(gòu)時，宜設(shè)計柔性支護(hù)。（4）工程中設(shè)計一定的應(yīng)力降低措施切割應(yīng)力釋放槽，盡量避免引起應(yīng)力集中的開挖形態(tài)，避免不必要的小型叉洞和形狀突變的洞形。,

簡介：第二章流體靜力學(xué),主要內(nèi)容§21流體靜壓力及其特性§22流體平衡微分方程§23重力作用下的流體平衡§24幾種質(zhì)量力作用下的流體平衡§25靜止流體作用在平面上的總壓力§26靜止流體作用在曲面上的總壓力§27物體在液體中潛伏原理,§24幾種質(zhì)量力作用下的流體平衡,二、勻角速旋轉(zhuǎn)容器中流體的相對平衡,離心鑄造的流體力學(xué)基礎(chǔ)自來水管道所用的鑄鐵管都是采用離心鑄造方法生產(chǎn)的。如圖142所示，它是將金屬液體澆注到轉(zhuǎn)動的鑄模中，使之在離心力作用下充滿鑄模，待凝固后可獲得金屬組織致密、強(qiáng)度較高的管子鑄件。,液體的相對平衡在生產(chǎn)中的應(yīng)用,§25靜止流體作用在平面上的總壓力,上面討論的都是靜止液體內(nèi)任一點的壓強(qiáng)計算方法。在工程實踐中，常需確定靜止液體作用于整個受壓面上的水壓力，即靜水總壓力。例如蓄水池、道橋工程中的涵洞及閘門等結(jié)構(gòu)設(shè)計，必須計算整個結(jié)構(gòu)物表面上的靜水總壓力，它是水工建筑物設(shè)計時必須考慮的主要載荷。求靜水總壓力，即是求力的大小、方向和作用點，通常稱為力的三要素。本節(jié)著重講述求解作用在平面上的靜水總壓力的兩種方式圖解法和分析法。這兩種方法的原理，都是以靜壓力的特性及流體靜力學(xué)基本方程式為依據(jù)的。,（一）圖解法圖解法是利用壓力分布圖來計算靜水總壓力的方法。以矩形平面的受壓面為例，說明求靜水總壓力的圖解法。,作用在ABCD上的靜水總壓力P就是作用在其上所有微小面積DA上壓力的合力，即壓強(qiáng)分布體（ABEFCD）的體積壓強(qiáng)分布體ABEFCD的體積壓強(qiáng)分布圖ABE的面積A乘寬度B則作用在閘門AB上的靜水總壓力P應(yīng)為上式表明矩形平面上的靜水總壓力，可以表示為靜水壓力分布圖的面積與矩形平面寬度B的乘積。而靜水壓力分布圖的面積代表平面的單位寬度上的總壓力。,靜水總壓力的作用點。由力學(xué)知平行力系的合力作用線過該力系的形心。可見，靜水總壓力的作用點通過壓強(qiáng)分布圖的形心。在圖125A的情況下，合力P的作用線在離靜水壓力分布圖△ABE的BE底邊以上H/3處。靜水壓強(qiáng)分布圖的形心知道了，P的作用線就可以確定了。如果靜水壓強(qiáng)分布圖是梯形，靜水總壓力大小同樣為靜水壓強(qiáng)分布圖的面積與矩形平面寬度B的乘積。P的作用線距底邊的位置為,（二）分析法對于不規(guī)則非矩形平面，如圓形閘門，并且閘門平面與水平面成一傾角，用壓強(qiáng)分布圖求其合力作用點的方法比較繁瑣，因此常用分析法求其靜水總壓力大小和作用點的位置。圖126所示為一放置在水中任意位置的任意形狀的傾斜平面AB。平面一側(cè)有水。該平面的延續(xù)面與水面的夾角為Α。為確定平面上某點的位置，便于看圖分析，將斜面AB轉(zhuǎn)90°，成一平鋪在紙面上的平面。取OX為橫坐標(biāo)，平面AB的延續(xù)面OY為縱坐標(biāo),則平面AB上任一點位置可由坐標(biāo)X,Y來確定。,常見圖形的面積A，形心坐標(biāo)YC以及慣性矩IXC見表11。,45米,25米,45°,閘門寬度B1米,O,例22圖127為一水池，左邊AB為矩形閘門，右邊EF為三角形閘門，其尺寸如圖所示。試求（1）作用在兩個閘門上的靜水總壓力；（2）作用點位置。,（1）矩形閘門總壓力P1ΓHC1A19800122121435KN。作用點,（2）三角形閘門總壓力作用點,作業(yè)題1圖129所示為可以繞轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動的矩形閘門（40CM20CM）。左右兩側(cè)均有水，左側(cè)水面高出閘門頂13CM，右側(cè)水面高出閘門頂3CM。求作用在閘門上的靜水總壓力及其作用點的位置。,作業(yè)題2一直徑D2000MM的涵洞，其圓形閘門AB在頂部A處鉸接，如圖130所示。若門重為3000N，試求（1）作用于閘門上的靜水總壓力P；（2）P的作用點；（3）阻止閘門開啟的水平力F。,作業(yè)題3圖128A所示，左邊為水箱，其上壓力表的讀數(shù)為0147105PA，右邊為油箱，油Γ′7350N/M3，用寬為12M的閘門隔開，閘門在A點鉸接。求為使閘門AB處于平衡，必須在B點施加多大的水平力F。,§26靜止流體作用在曲面上的總壓力,工程實踐中承受靜水壓力的還有曲面，例如，水利工程中的弧形閘門、輸水管及圓柱形的貯油設(shè)備等。由于作用于曲面上各點的靜水壓力在各點與曲面垂直，從其壓力分布圖可以看出曲面上各點的法線方向各不相同，彼此不平行。工程上多數(shù)曲面為雙向曲面（即具有平行母線的柱面），本節(jié)主要討論雙向曲面上的靜水壓力計算。,關(guān)于垂直分力PZ的方向，存在兩種可能性向下或者向上當(dāng)液體和壓力體位于曲面之同側(cè)時（圖132A），PZ向下（實壓力體）。當(dāng)液體和壓力體位于曲面之異側(cè)時（圖132B），PZ向上（虛壓力體），即意味著曲面受有向上的頂托力。,當(dāng)曲面為凹凸相間的復(fù)雜情況時，如圖133A中曲面ABCD可分成幾段，使每段均可繪出簡單的壓力體。將ABCD面分為AB、BC、CD三段，分別計算作用在各部分曲面上的垂直分力，最后取其代數(shù)和。圖中ABCD曲面的垂直分力，可看作AB、BC、CD三部分曲面的垂直分力之和。,例23擋水弧形閘門（圖134），寬B40M，弧形為圓柱曲面，圓心角Ψ45°,半徑R20M，閘門轉(zhuǎn)軸恰與水面齊平。求作用在閘門上的靜水總壓力。,解（1）求作用在弧形閘門AB上的水平分力PX曲面AB在鉛垂面上的投影為AC，畫出AC面上的靜水壓強(qiáng)分布圖⊿AEC。水平分力PX為PXΓHCAΓH/2HBΓBH2/2由于HRSINΦ＝2SIN450＝1414M故PX?98004（14142392KN,（2）求作用在弧形閘門AB上的垂直分力PZ作出AB曲面的壓力體ABK，垂直分力PZ應(yīng)等于壓力體體積ABK的水重，即PZ面積ABKBΓ而面積ABK故PZ057498002234KN,（3）求合力P的大小和作用點P的大小P與水平面的夾角合力P作用在曲面上的位置為,作業(yè)題4圓柱體的直徑為2M，水平放置，各部分尺寸如下圖所示。左側(cè)有水，右側(cè)無水。求作用在每米長度圓柱體上的靜水總壓力的水平分力PX和垂直分力PZ。,作業(yè)題5圓柱形壓力罐，由螺栓將兩個半圓筒連接而成。半徑R05M，長L＝2M，壓力表的讀數(shù)PM2372KPA。見圖216。求（1）端部平面蓋板所受的水壓力；（2）上下半圓筒分別所受的水壓力；（3）連接螺栓所受的總拉力。,§27物體在液體中潛伏原理,所以，浸沒在液體中的物體所受的液體總壓力是一個垂直壓力，大小等于與物體同體積的液體重量，方向朝上，作用線通過物體的幾何中心，又稱浮心。阿基米德原理。,一、潛體的平衡與穩(wěn)定,潛體受兩個力G作用線經(jīng)過重心D、P（作用線經(jīng)過幾何中心C浮心）（1）潛體平衡兩個條件A、GP；B、重心和浮心在一條直線上。,（2）潛體的穩(wěn)定性穩(wěn)定性指平衡物體受某種外力作用發(fā)生傾斜后不依靠外力而恢復(fù)原來平衡狀態(tài)的能力。根據(jù)重心D和浮心C的相互位置。,穩(wěn)定平衡,不穩(wěn)定平衡,隨遇平衡,二、浮體的平衡與穩(wěn)定,（1）浮體平衡兩個條件A、GP；B、重心和浮心在一條直線上。,（2）浮體穩(wěn)定性取決于重心D與浮心C的相互位置。,穩(wěn)定平衡（A、B、C）,不穩(wěn)定平衡,隨遇平衡,

簡介：第三章給水排水管網(wǎng)水力學(xué)基礎(chǔ),2012年9月13日,31給水排水管網(wǎng)水流特征,,流態(tài)特征,給水排水管網(wǎng)中，水流水力因素隨時間變化，屬于非恒定流，水力計算復(fù)雜。在設(shè)計時一般只能按恒定流計算。,恒定流與非恒定流,恒定流水體在運動過程中，其各點的流速和壓力不隨時間而變化，而與空間位置有關(guān)的流動。,非恒定流水體各點的流速和壓力不僅與空間位置有關(guān)，還隨時間而變化的流動。,滿管流動1）如管道截面在一段距離內(nèi)不變且不發(fā)生轉(zhuǎn)彎，為均勻流，管道對水流阻力沿程不變，采用沿程水頭損失公式計算；2）當(dāng)管道在局部分叉、轉(zhuǎn)彎與變截面時，流動為非均勻流，采用局部水頭損失公式計算。非滿管流或明渠流只要長距離截面不變，可以近似為均勻流，按沿程水頭損失公式計算。,均勻流與非均勻流,非均勻流液體質(zhì)點流速的大小和方向沿流程變化，水流參數(shù)隨時間和空間變化。,均勻流液體質(zhì)點流速的大小和方向沿流程不變。,壓力流與重力流,壓力流水體沿流程整個周界與固體壁面接觸，無自由液面，滿管流動，又稱管流。,壓力流輸水通過封閉的管道進(jìn)行，水流阻力主要依靠水的壓能克服，阻力大小只與管道內(nèi)壁粗糙程度有關(guān)、管道長度和流速有關(guān)，與管道埋設(shè)深度和坡度無關(guān)。,重力流水體沿流程一部分與固體壁面接觸，另一部分與空氣接觸，具有自由液面。非滿管流動，又稱明渠流。,重力流管渠中水面與大氣相通，非滿流，水流阻力依靠水的位能克服，形成水面沿水流方向降低。,給水多壓力流，排水多重力流；長距離輸水重力流，排水泵站出水管、倒虹管壓力流。,水流的水頭與水頭損失,,測壓管水頭,,水頭分為,水頭損失流體克服流動阻力所消耗的機(jī)械能。,水頭損失分為,,沿程水頭損失,局部水頭損失,水頭單位重量的流體所具有的機(jī)械能，用H或H表示，單位米水柱MH2O。,位置水頭Z,壓力水頭P/R,流速水頭V2/2G,32管渠水頭損失計算,HF沿程水頭損失，M；V過水?dāng)嗝嫫骄魉?，M/S；C謝才系數(shù)；R過水?dāng)嗝嫠Π霃?，M，圓管流R025D；L管渠長度，M。,321沿程水頭損失計算,,管渠沿程水頭損失用謝才公式,,圓管滿流，沿程水頭損失也可用達(dá)西公式,C、Λ與水流流態(tài)有關(guān)，一般采用經(jīng)驗公式或半經(jīng)驗公式計算。常用公式如下,D管段直徑，M；G重力加速度，M/S2；Λ沿程阻力系數(shù)，Λ8G/C2,適用舊鑄鐵管和舊鋼管滿管紊流，水溫10度給水管道,,代入達(dá)西公式,（1）舍維列夫公式,適用較光滑的圓管滿流管紊流（給水管道）,代入達(dá)西公式,Q流量，M3/S；CW海曾威廉粗糙系數(shù)。,,（2）海曾威廉公式,適用于各種紊流，是適用性和計算精度最高的公式。,,簡化為直接計算式,（3）柯爾勃洛克懷特公式,E管壁當(dāng)量粗糙度，M。,適用于明渠流和非滿流排水管道計算。,代入謝才公式,,（4）巴甫洛夫斯基公式,巴甫洛夫斯基公式中Y1/6時的特例，適用于明渠或較粗糙的管道計算。,代入謝才公式,,NM曼寧公式粗糙系數(shù)。,,（5）曼寧公式,322沿程水頭損失計算公式的比較與選用,4）舍維列夫公式在10≤E≤15MM之間給出了令人滿意的結(jié)果，對舊金屬管道較適用，但對管壁光滑或特別粗糙的管道是不適用的。,,1）巴甫洛夫斯基公式適用范圍廣，計算精度也高，特別是對于較粗糙的管道，管道水流狀態(tài)仍保持較準(zhǔn)確的計算結(jié)果，最佳適用范圍為10≤E≤50MM；,2）曼寧公式亦適用于較粗糙的管道，最佳適用范圍為05≤E≤40MM；,3）海曾－威廉公式則適用于較光滑的管道，特別是當(dāng)E≤025MM（CW≥130）時，該公式較其它公式有較高的計算精度；,323局部水頭損失計算,局部阻力系數(shù)Ξ,,324水頭損失公式的指數(shù)形式,沿程水頭損失計算公式的指數(shù)形式,沿程水頭損失指數(shù)公式參數(shù),,局部水頭損失公式的指數(shù)形式,沿程水頭損失與局部水頭損失之和,式中SG管道阻力系數(shù)；,33非滿流管渠水力計算,排水管網(wǎng)和長距離輸水工程常采用非滿管流。,,水力計算目的確定,331非滿流管渠水力計算公式,,,,,,,,,,,H,D,充滿度H/D設(shè)計流量下，管道內(nèi)有效水深與管徑之比過水?dāng)嗝鍭A（D，H/D）水力半徑RRD,H/D,331非滿流管渠水力計算公式,采用謝才公式計算水頭損失，將曼寧公式代人并轉(zhuǎn)換,5個水力參數(shù)Q、D、H、I、V,已知其中3個才能求出另一個，水力計算很復(fù)雜。采用簡化法。,,由流量和流速關(guān)系,將A，R代入上兩式,,AA（D，H/D）,RRD,H/D,方法首先根據(jù)已知資料，計算出流量Q，根據(jù)Q值可初步確定管徑D；然后，根據(jù)Q、D值，求I、H/D、V值。在這三個未知數(shù)中，還需知道一個參數(shù)，才能求得另外兩個，此時可以在三個參數(shù)中先假設(shè)一個值，比如流速為最小流速，或是坡度為最小坡度，或是充滿度滿足一定要求等，之后進(jìn)行查表或查圖，就可得出其余兩個未知數(shù)；最后要進(jìn)行校核，若得出的兩個參數(shù)滿足其規(guī)定的要求，則計算完成，若不滿足要求，則需調(diào)整假設(shè)值，甚至管徑D，重新進(jìn)行計算。水力計算圖適用于混凝土及鋼筋混凝土管道，其粗糙系數(shù)N＝0014。每張圖適用于一個指定的管徑。我國室外排水設(shè)計規(guī)范和給水排水設(shè)計手冊推薦此法。,非滿流管渠水力計算簡化法一,水力計算圖表,例1已知N0014,D300MM,I0004,Q30L/S,求V和H/D,,,,,,精度低通用性差,坡度,充滿度,流速,流量,可證明滿流A0、R0、QO、VO，與非滿流相應(yīng)A、R、Q、V的比例A/A0、R/R0、Q/QO、V/VO只和充滿度有關(guān)。,非滿流管渠水力計算簡化法二,比例變換法,假設(shè)有一條滿流管渠與待計算的非滿流管渠具有相同的管徑D和水力坡度I，其過水?dāng)嗝婷娣e為A0，水力半徑為R0，通過流量為QO，流速為VO，滿流時,,2）根據(jù)充滿度H/D，查表37得A/A0，然后用下式計算流速V。,充滿度H/D流速V,,已知,,求,,流量Q管徑D水力坡度I,1）先由下式計算Q/Q0，反查表37的充滿度H/D；,例2已知某污水管道設(shè)計流量為Q100L/S，根據(jù)地形條件可以采用水力坡度為I7，初擬采用管徑D400MM的鋼筋混凝土管，粗糙系數(shù)NM0014，求其充滿度H/D和流速V。,解用粗糙度系數(shù)、管徑和水力坡度帶入式332計算,反查表37的充滿度H/D569，相應(yīng)A/AO0587，由式333計算,34管道的水力等效簡化,多條管道串聯(lián)或并聯(lián)，等效為單條管道；管道沿線分散出流或入流，等效為集中出流或入流；泵站多臺水泵并聯(lián)工作可以等效為單臺水泵。,采用水力等效原理，將局部管網(wǎng)簡化成簡單的形式。,L1L2LND1D2DN,1、串聯(lián)管道的簡化,,,,,,,,L,根據(jù)水力等效的原則,2、并聯(lián)管道的簡化,將它們等效為一條直徑為D，長度為L的管道，輸送流量QQ1Q2QN。,,,,D1Q1D2Q2DNQN,Q,根據(jù)水力等效的原則,任一管段的流量沿線流量，轉(zhuǎn)輸流量。,,3、沿線均勻出流簡化,假設(shè)沿線出流均勻，則管道內(nèi)任意斷面X上的流量可以表示為沿程水頭損失計算如下,為簡化計算，將沿線流量QL分為兩個集中流量，分別轉(zhuǎn)移到管段的兩個節(jié)點。假設(shè)轉(zhuǎn)移到末端的流量為AQL，則通過管道流量為水頭損失為,,,,,根據(jù)水力等效原則,由此表明，管道沿線出流的流量可以近似地一分為二，轉(zhuǎn)移到兩個端點上。,4、局部水頭損失計算的簡化,可將局部水頭損失等效于一定長度的管道（稱為當(dāng)量管）的沿程水頭損失，從而與沿程水頭損失合并計算。,35水泵與泵站水力特性,351水泵水力特性公式及其參數(shù)計算,揚(yáng)程水泵提供給單位重量水的機(jī)械能（MH2O）。水泵水力特性表征水泵流量和揚(yáng)程的關(guān)系，如下式,,,,,,HP水泵揚(yáng)程，M；QP水泵流量，M3/S；HE水泵凈揚(yáng)程，M；SP水泵內(nèi)阻；N與水頭損失計算指數(shù)公式相同的指數(shù)。,根據(jù)水泵樣本確定HE和SP（最小二乘法，圖解法）,（1）工頻泵水力特性,（2）調(diào)速水泵水力特性,R0水泵額定轉(zhuǎn)速，R/MINR水泵工作轉(zhuǎn)速，R/MIN。改變水泵轉(zhuǎn)速改變水泵凈揚(yáng)程，不改變內(nèi)阻。,（3）考慮吸水和壓水管路阻力后水力特性,,作業(yè)P68P69習(xí)題1、2、3、4、6,

簡介：理論力學(xué),第三篇工程動力學(xué)基礎(chǔ),動力學(xué)習(xí)題課,第三篇工程動力學(xué)基礎(chǔ),?動量矩定理,?動能定理,?動力學(xué)綜合應(yīng)用,,,,第3篇動力學(xué)習(xí)題課,?動量定理,,1質(zhì)點系動量定理的微分形式,?動量定理,2質(zhì)心運動定理,1剛體的動量矩平移剛體,定軸轉(zhuǎn)動剛體對轉(zhuǎn)動軸,剛體對軸的轉(zhuǎn)動慣量,2質(zhì)點系相對固定點的動量矩定理及其守恒形式,4相對質(zhì)心的動量矩定理,，,,?動量矩定理,3剛體定軸轉(zhuǎn)動微分方程,5剛體平面運動的微分方程,剛體的動能,?平移剛體的動能,?定軸轉(zhuǎn)動剛體的動能,?平面運動剛體的動能,?動能定理,動能定理及其應(yīng)用,機(jī)械能守恒定律,動量定理、動量矩定理和動能定理的比較,?動量定理、動量矩定理和動能定理都是描述質(zhì)點系整體運動的變化與質(zhì)點系所受的作用力之間的關(guān)系。,整體運動的變化,所受的作用力,,動量定理,動能定理,動量矩定理,動量,力沖量,動量矩,力矩,動能,力的功,?動量定理、動量矩定理和動能定理都可以用于求解動力學(xué)的兩類基本問題。,表達(dá)式,,,?動力學(xué)綜合應(yīng)用,附錄習(xí)題解答,作業(yè)中存在的問題,1、方程中出現(xiàn)的量（力和運動量）一定要標(biāo)注。,2、運動學(xué)補(bǔ)充方程。,3、使用的理論要交待。,10－2圖示系統(tǒng)中，已知鼓輪以Ω的角速度繞O軸轉(zhuǎn)動，其大、小半徑分別為R、R，對O軸的轉(zhuǎn)動慣量為JO；物塊A、B的質(zhì)量分別為MA和MB；試求系統(tǒng)對O軸的動量矩。,?10－2,附錄習(xí)題解答,,解對象系統(tǒng)運動兩物塊平移，鼓輪定軸轉(zhuǎn)動,,,?10－3,附錄習(xí)題解答,10－3圖示勻質(zhì)細(xì)桿OA和EC的質(zhì)量分別為50KG和100KG，并在點A焊成一體。若此結(jié)構(gòu)在圖示位置由靜止?fàn)顟B(tài)釋放，計算剛釋放時，鉸鏈O處的約束力和桿EC在A處的彎矩。不計鉸鏈摩擦。,,解令MMOA50KG，則MEC2M質(zhì)心D位置（設(shè)L1M）,剛體作定軸轉(zhuǎn)動，初瞬時Ω0,,即,由質(zhì)心運動定理,,,?10－8,附錄習(xí)題解答,,,10－8圖示圓柱體A的質(zhì)量為M，在其中部繞以細(xì)繩，繩的一端B固定。圓柱體沿繩子解開的而降落，其初速為零。求當(dāng)圓柱體的軸降落了高度H時圓柱體中心A的速度V和繩子的拉力FT。,解對象圓柱體受力如圖；運動平面運動方程平面運動微分方程,解得,建立運動學(xué)補(bǔ)充方程,?10－10,附錄習(xí)題解答,10－10圖示重物A的質(zhì)量為M，當(dāng)其下降時，借無重且不可伸長的繩使?jié)L子C沿水平軌道滾動而不滑動。繩子跨過不計質(zhì)量的定滑輪D并繞在滑輪B上?；咮與滾子C固結(jié)為一體。已知滑輪B的半徑為R，滾子C的半徑為R，二者總質(zhì)量為M′，其對與圖面垂直的軸O的回轉(zhuǎn)半徑為R。求重物A的加速度。,解對象輪；受力如圖運動平面運動方程由平面運動微分方程,,對象對A受力如圖運動平移方程,M‘G,,由上六式聯(lián)立，得,11－4圖示一重物A質(zhì)量為M1，當(dāng)其下降時，借一無重且不可伸長的繩索使?jié)L子C沿水平軌道滾動而不滑動。繩索跨過一不計質(zhì)量的定滑輪D并繞在滑輪B上。滑輪B的半徑為R，與半徑為R的滾子C固結(jié)，兩者總質(zhì)量為M2，其對O軸的回轉(zhuǎn)半徑為R。試求重物A的加速度。,?11－4,附錄習(xí)題解答,,解對象滾子C、滑輪D、物塊A所組成的剛體系統(tǒng)；受力物塊A重力如圖所示；運動滾子C平面運動，滑輪D定軸轉(zhuǎn)動，重物A平移；方程,設(shè)系統(tǒng)在物塊下降任意距離H時的動能,,由運動學(xué)知識,,,,力作的功,應(yīng)用動能定理,將上式對時間求導(dǎo)數(shù),求得物塊的加速度為,,?10－14,附錄習(xí)題解答,,10－14圖示勻質(zhì)細(xì)桿AB質(zhì)量為M，長為L，在圖示位置由靜止開始運動。若水平和鉛垂面的摩擦均略去不計，試求桿的初始角加速度。,,,解（法1）對象桿AB受力如圖運動平面運動方程P為AB桿瞬心，根據(jù)相對速度瞬心的動量矩定理,,,,法2AB桿平面運動，由平面運動發(fā)微分方程，得到,將（4）代入（1）（2）（3），得,?10－14,附錄習(xí)題解答,Y,11－2圖示滑塊A重力為W1，可在滑道內(nèi)滑動，與滑塊A用鉸鏈連接的是重力為W2、長為L的勻質(zhì)桿AB?，F(xiàn)已知道滑塊沿滑道的速度為V1，桿AB的角速度為W1。當(dāng)桿與鉛垂線的夾角為J時，試求系統(tǒng)的動能。,,,解AB桿作平面運動，其質(zhì)心C的速度為,速度合成矢量圖如圖。由余弦定理,則系統(tǒng)的動能,?11－2,附錄習(xí)題解答,,?11－5,附錄習(xí)題解答,,,10－5圖示機(jī)構(gòu)中，均質(zhì)桿AB長為L，質(zhì)量為2M，兩端分別與質(zhì)量均為M的滑塊鉸接，兩光滑直槽相互垂直。設(shè)彈簧剛度為K，且當(dāng)Θ0?時，彈簧為原長。若機(jī)構(gòu)在Θ60?時無初速開始運動，試求當(dāng)桿AB處于水平位置時的角速度和角加速度。,其中,,,,解對象系統(tǒng)；受力略；運動略；方程,,,,C,?11－5,附錄習(xí)題解答,,,10－5圖示機(jī)構(gòu)中，均質(zhì)桿AB長為L，質(zhì)量為2M，兩端分別與質(zhì)量均為M的滑塊鉸接，兩光滑直槽相互垂直。設(shè)彈簧剛度為K，且當(dāng)Θ0?時，彈簧為原長。若機(jī)構(gòu)在Θ60?時無初速開始運動，試求當(dāng)桿AB處于水平位置時的角速度和角加速度。,由動能定理,T2－T1W12,,,,,對（1）式求導(dǎo),其中,附錄習(xí)題解答,?11－13,11－13圖示機(jī)構(gòu)中，物塊A、B質(zhì)量均為M，均質(zhì)圓盤C、D質(zhì)量均為2M，半徑均為R。C輪鉸接于長為3R的無重懸臂梁CK上，D為動滑輪，繩與輪之間無相對滑動。系統(tǒng)由靜止開始運動，試求（1）物塊A上升的加速度；（2）HE段繩的張力；（3）固定端K處的約束力。,解（1）物塊A上升的加速度。對象系統(tǒng)；受力做功物體受力如圖；運動略；方程,,其中,重力的功為,應(yīng)用動能定理,并求導(dǎo),設(shè)物塊A上升距離S時，速度為VA。,C,,,附錄習(xí)題解答,?11－13,（2）HE段繩的張力。對象C和A；受力如圖（A）；運動略；方程應(yīng)用動量矩定理,,,,由運動學(xué)關(guān)系,（3）固定端K處的約束力。對象KC桿；受力如圖（B）；方程應(yīng)用靜力學(xué)平衡方程,由質(zhì)心運動定理,謝謝大家,NANJINGUNIVERSITYOFTECHNOLOGY,12－2矩形均質(zhì)平板尺寸如圖，質(zhì)量27KG，由兩個銷子A、B懸掛。若突然撤去銷子B，求在撤去的瞬時平板的角加速度和銷子A的約束力。,?12－2,附錄2習(xí)題解答,解對象矩形平板；受力如圖（A）；運動定軸轉(zhuǎn)動；方程設(shè)平板的質(zhì)量為M，長和寬分別為A、B。,,,,,,,,,,,,,,?12－6,附錄2習(xí)題解答,,12－6圖示兩重物通過無重滑輪用繩連接，滑輪又鉸接在無重支架上。已知物G1、G2的質(zhì)量分別為M150KG，M270KG，桿AB長L1120CM，A、C間的距離L280CM，夾角Θ30?。試求桿CD所受的力。,解對象滑輪和物G1、G2；受力如圖（A）所示；運動略；方程設(shè)物G1、G2的加速度為A，則其慣性力分別為,,對象桿AB；受力如圖（B）所示；方程,?12－6,附錄2習(xí)題解答,

簡介：第5章扭轉(zhuǎn),51圓軸扭轉(zhuǎn)的概念,52扭矩和扭矩圖,53純剪切定律,54圓軸扭轉(zhuǎn)時橫截面上的應(yīng)力,55圓軸扭轉(zhuǎn)時的變形,56圓軸扭轉(zhuǎn)時的強(qiáng)度和剛度計算,,受力特點外力偶作用平面和桿件橫截面平行,,51圓軸扭轉(zhuǎn)的概念,扭轉(zhuǎn),變形特點各個橫截面均繞軸線發(fā)生相對轉(zhuǎn)動,轉(zhuǎn)角Φ任意兩截面間相對轉(zhuǎn)過的角度。,扭轉(zhuǎn)變形,軸，圓軸,521外力偶矩的計算,52扭矩和扭矩圖,1分鐘輸入功,1分鐘M作功,,,扭轉(zhuǎn),例傳動軸如圖所示，主動輪A輸入功率PA50KW，從動輪B、C、D輸出功率分別為PBPC15KW，PD20KW，軸的轉(zhuǎn)速N300R/MIN，計算各輪上所受的外力偶矩。,解計算外力偶矩,扭轉(zhuǎn),,,522橫截面上的內(nèi)力扭矩,1橫截面上的內(nèi)力扭矩MT2扭矩求法截面法3扭矩符號規(guī)定右手螺旋法則523扭矩圖與軸力圖作法完全相同縱坐標(biāo)改為扭矩大小。,例計算上例中所示軸的扭矩，并作扭矩圖。,解已知,,4775NM,,,,,,,,955NM,637NM,作扭矩圖如左圖示。,扭轉(zhuǎn),例圖示傳動軸，轉(zhuǎn)速N500R/MIN，輸入功率PA10KW，輸出功率分別為PB4KW與PC6KW。試計算軸的扭矩，并畫扭矩圖,解1扭力矩計算,2扭矩計算,3作扭矩圖,扭轉(zhuǎn),MT,MT2,MT1,例51圖示傳動軸，其轉(zhuǎn)速N300R/MIN，主動輪A輸入功率PA120KW，從動輪B，C，D輸出功率分別為PB30KW，PC40KW，PD50KW。試畫出該軸的扭矩圖。,解（1）計算外力矩,（2）計算扭矩,BA段,AC段,CD段,（3）畫扭矩圖,扭轉(zhuǎn),扭轉(zhuǎn)實驗前,平面假設(shè)成立,相鄰截面繞軸線作相對轉(zhuǎn)動,橫截面上各點的切應(yīng)力的方向必與圓周線相切。,縱線,圓周線,扭轉(zhuǎn)實驗后,結(jié)論,,扭轉(zhuǎn),53純剪切,531薄壁圓管扭轉(zhuǎn)時的切應(yīng)力,得,,,扭轉(zhuǎn),532切應(yīng)力互等定律,切應(yīng)力互等定律,純剪切單元體面各面上只有切應(yīng)力而無正應(yīng)力的應(yīng)力狀態(tài),剪切胡克定律（線彈性范圍適用）,另外有,G為材料的切變彈性模量,扭轉(zhuǎn),533剪切胡克定律,541變形幾何關(guān)系,54圓軸扭轉(zhuǎn)時橫截面上的應(yīng)力,扭轉(zhuǎn),542物理關(guān)系剪切虎克定律,543靜力學(xué)關(guān)系,極慣性矩,應(yīng)力公式,1橫截面上任意點,2橫截面邊緣點,其中,,,,,扭轉(zhuǎn),例52有兩根橫截面面積及載荷均相同的圓軸，其截面尺寸為實心軸D1104MM；空心軸D2120MM，D260MM，圓軸兩端均受大小相等，方向相反的力偶M10KNM作用，試計算（1）實心軸最大切應(yīng)力（2）空心軸最大切應(yīng)力（3）實心軸最大切應(yīng)力與空心軸最大切應(yīng)力之比,解（1）計算抗扭截面模量,（2）計算最大切應(yīng)力,實心軸,空心軸,（3）兩軸最大切應(yīng)力之比,即實心軸的最大應(yīng)力約為空心軸的145倍,扭轉(zhuǎn),一、圓軸扭轉(zhuǎn)變形,計算目的剛度計算、為解超靜定問題作準(zhǔn)備。,相對扭轉(zhuǎn)角,GIP抗扭剛度，表示圓軸抵抗扭轉(zhuǎn)變形能力的強(qiáng)弱。,扭轉(zhuǎn),55圓軸扭轉(zhuǎn)時的變形,例53軸傳遞的功率為P75KW，轉(zhuǎn)速N360R/MIN。軸的AC段為實心圓截面，CB段為圓環(huán)截面，如圖所示。已知D30MM，D20MM，軸各段的長度分別為LAC100MM，LBC200MM。材料的剪切彈性模量G80GPA。試計算B截面相對于A截面的扭轉(zhuǎn)角ΦA(chǔ)B,解（1）計算扭矩,（2）計算極慣性矩,（3）計算扭轉(zhuǎn)角ΦA(chǔ)B,扭轉(zhuǎn),低碳鋼扭轉(zhuǎn)破壞,鑄鐵扭轉(zhuǎn)破壞,扭轉(zhuǎn),56圓軸扭轉(zhuǎn)時的強(qiáng)度與剛度計算,扭轉(zhuǎn)失效與扭轉(zhuǎn)極限應(yīng)力,扭轉(zhuǎn)屈服應(yīng)力ΤS,扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度極限ΤB,扭轉(zhuǎn)極限應(yīng)力Τ0,561強(qiáng)度計算,根據(jù)強(qiáng)度條件可進(jìn)行強(qiáng)度校核選擇截面計算許可荷載。,例54某汽車主傳動軸鋼管外徑D90MM，壁厚T25MM，傳遞扭矩MT15KNM，T60MPA，試校核軸的強(qiáng)度。,解計算截面參數(shù),由強(qiáng)度條件,故軸的強(qiáng)度滿足要求。,同樣強(qiáng)度下，空心軸使用材料僅為實心軸的三分之一，故空心軸較實心軸合理。,例55將上空心軸改成實心軸，強(qiáng)度不變,由上式解出D531MM。,空心軸與實心軸的截面面積比重量比為,扭轉(zhuǎn),,例56兩空心圓軸，通過聯(lián)軸器用四個螺釘聯(lián)接，螺釘對稱地安排在直徑D1140MM的圓周上。已知軸的外徑D80MM，內(nèi)徑D60MM，螺釘?shù)闹睆紻112MM，軸的許用切應(yīng)力Τ40MPA，螺釘?shù)脑S用切應(yīng)力Τ80MPA，試確定該軸允許傳遞的最大扭矩。,解1計算抗扭截面模量,2計算軸的許可載荷,該軸的扭矩即為作用在軸上的轉(zhuǎn)矩，其許可轉(zhuǎn)矩為,3計算聯(lián)軸器的許可載荷,要使軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度和螺釘?shù)募羟袕?qiáng)度同時被滿足，最大許可轉(zhuǎn)矩應(yīng)小于2530NM。,例某傳動軸，傳遞最大扭矩M15KNM，許用切應(yīng)力T50MPA，試按下列兩種方案確定軸的橫截面尺寸，并比較重量。（1）實心圓截面軸（2）空心圓截面軸，其內(nèi)外徑比值DI/D009,解1確定實心圓軸直徑,取D54MM,取D076MM，D168MM。,空心軸與實心軸截面的重量比（面積比為,扭轉(zhuǎn),,2確定空心圓軸內(nèi)外徑,扭轉(zhuǎn),例圖示階梯形傳動軸，圓管承受均勻分布的扭力偶作用。校核圓管強(qiáng)度。已知扭轉(zhuǎn)力偶矩M3500NM/M，軸長L1M，管平均半徑R050MM，左段管壁厚Δ15MM，右段管壁厚Δ24MM，許用切應(yīng)力T50MPA。,解1扭矩分析,固定端支反力MAML,X截面扭矩MTMLX,扭矩圖如圖，最大扭矩MTMAXML,2強(qiáng)度校核,截面A為危險截面,截面B也為危險截面，TBML/2,圓管強(qiáng)度足夠,例階梯形圓軸D14CM，D27CM，輸入功率P330KW，輸出P117KW，，軸勻速轉(zhuǎn)動N200R/MIN，材料許用切應(yīng)力Τ60MPA，G80GPA，試校核軸強(qiáng)度。,解（1）計算扭矩,2強(qiáng)度校核,強(qiáng)度滿足,扭轉(zhuǎn),其中Q許用扭轉(zhuǎn)角，取值可根據(jù)有關(guān)設(shè)計標(biāo)淮或規(guī)范確定。,扭轉(zhuǎn),562剛度計算,單位長度的扭轉(zhuǎn)角,或,剛度條件,例57一傳動軸如圖所示，已知軸的轉(zhuǎn)速N208R/MIN，主動輪A傳遞功率為PA6KW，而從動輪B、C輸出功率分別為PB4KW，PC2KW，軸的許用切應(yīng)力Τ30MPA，許用單位扭轉(zhuǎn)角Θ1○/M，剪切彈性模量G80103MPA。試按強(qiáng)度條件及剛度條件設(shè)計軸的直徑。,解（1）計算軸的外力矩,（2）畫扭矩圖,（3）按強(qiáng)度條件設(shè)計軸的直徑,（4）按剛度條件設(shè)計軸的直徑,為了滿足剛度和強(qiáng)度的要求，應(yīng)取兩個直徑中的較大值，即取軸的直徑D34MM,例58兩空心軸通過聯(lián)軸器用四個螺栓聯(lián)結(jié)，螺栓對稱安排在直徑D1140MM的圓周上。已知軸的外徑D80MM，內(nèi)徑D60MM，軸的許用剪應(yīng)力Τ40MPA，剪切彈性模量G80GPA，許用單位扭轉(zhuǎn)角Θ1○/M，螺栓的許用剪應(yīng)力Τ80MPA。試確定該結(jié)構(gòu)允許傳遞的最大轉(zhuǎn)矩。,解（1）在例56中已解出，按強(qiáng)度設(shè)計允許傳遞的最大轉(zhuǎn)矩為,（2）按剛度條件確定軸所傳遞的扭矩,要使軸的強(qiáng)度、剛度和螺栓的強(qiáng)度同時滿足，該結(jié)構(gòu)所傳遞的最大轉(zhuǎn)矩為MO2530NM,例圖示圓截面軸AC，承受扭力矩MA，MB與MC作用，試計算該軸的總扭轉(zhuǎn)角ΦA(chǔ)C即截面C對截面A的相對轉(zhuǎn)角，并校核軸的剛度。已知MA＝180NM，MB＝320NM，MC＝140NM，IΡ＝30105MM4，L2M，G＝80GPA，Θ＝050／M。,解1．扭轉(zhuǎn)變形分析,利用截面法，得AB段BC段的扭矩分別為MT1＝180NM，MT2＝140NM,設(shè)其扭轉(zhuǎn)角分別為ΦA(chǔ)B和ΦBC，則,扭轉(zhuǎn),各段軸的扭轉(zhuǎn)角的轉(zhuǎn)向，由相應(yīng)扭矩的轉(zhuǎn)向而定。,由此得軸AC的總扭轉(zhuǎn)角為,2剛度校核軸AC為等截面軸，而AB段的扭矩最大，所以，應(yīng)校核該段軸的扭轉(zhuǎn)剛度。AB段的扭轉(zhuǎn)角變化率為,可見，該軸的扭轉(zhuǎn)剛度符合要求。,扭轉(zhuǎn),,例某傳動軸，扭矩MT200KNM，若單位長度許用扭轉(zhuǎn)角Θ＝050／M，切變模量G＝80GPA，試根據(jù)剛度要求設(shè)計軸徑D。,扭轉(zhuǎn),解按實心軸扭轉(zhuǎn)剛度要求,例圖示圓錐形軸，兩端承受扭力偶矩M作用。設(shè)軸長為L，左、右端直徑分別為D1與D2，材料切變模量為G,試計算軸的總扭轉(zhuǎn)角。,解設(shè)X截面的直徑DX,該截面極慣性矩,軸總扭轉(zhuǎn)角,該截面扭矩MTM,

簡介：第1章AUTOCAD2009入門,AUTOCAD是由美國AUTODESK公司開發(fā)的通用計算機(jī)輔助繪圖與設(shè)計軟件包，可以幫助用戶繪制二維和三維圖形。在目前的計算機(jī)繪圖領(lǐng)域，AUTOCAD是使用最為廣泛的計算機(jī)繪圖軟件。,教學(xué)重點與難點,AUTOCAD的基本功能AUTOCAD2009的工作空間圖形文件的基本操作,11AUTOCAD的基本功能,AUTOCAD具有功能強(qiáng)大、易于掌握、使用方便、體系結(jié)構(gòu)開放等特點，能夠繪制平面圖形與三維圖形、標(biāo)注圖形尺寸、渲染圖形以及打印輸出圖紙，深受廣大工程技術(shù)人員的歡迎。創(chuàng)建與編輯圖形標(biāo)注圖形尺寸渲染三維圖形輸出與打印圖形,,111創(chuàng)建與編輯圖形,AUTOCAD的“菜單瀏覽器”按鈕中包含著豐富的繪圖命令，使用它們可以繪制直線、構(gòu)造線、多段線、圓、矩形、多邊形、橢圓等基本圖形，也可以將繪制的圖形轉(zhuǎn)換為面域，對其進(jìn)行填充。單擊“菜單瀏覽器”按鈕后面的，在彈出的菜單中選擇“修改”菜單中的各種命令，便可以繪制出各種各樣的二維圖形。,,,,,繪制二維圖形繪制三維圖形繪制軸測圖,112標(biāo)注圖形尺寸,尺寸標(biāo)注是向圖形中添加測量注釋的過程，是整個繪圖過程中不可缺少的一步。單擊“菜單瀏覽器”按鈕，在彈出的菜單中選擇“標(biāo)注”菜單中的子命令，可以在圖形的各個方向上創(chuàng)建各種類型的標(biāo)注，也可以方便、快速地以一定格式創(chuàng)建符合行業(yè)或項目標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)注。,,,,,,,113渲染三維圖形,在AUTOCAD中，可以運用霧化、光源和材質(zhì)，將模型渲染為具有真實感的圖像。如果是為了演示，可以渲染全部對象；如果時間有限，或顯示設(shè)備和圖形設(shè)備不能提供足夠的灰度等級和顏色，就不必精細(xì)渲染；如果只需快速查看設(shè)計的整體效果，則可以簡單消隱或設(shè)置視覺樣式。,,,,,114輸出與打印圖形,AUTOCAD不僅允許將所繪圖形以不同樣式通過繪圖儀或打印機(jī)輸出，還能夠?qū)⒉煌袷降膱D形導(dǎo)入AUTOCAD或?qū)UTOCAD圖形以其他格式輸出。因此，當(dāng)圖形繪制完成之后可以使用多種方法將其輸出。例如，可以將圖形打印在圖紙上，或創(chuàng)建成文件以供其他應(yīng)用程序使用。,,12認(rèn)識AUTOCAD2009的工作空間,AUTOCAD2009提供了“二維草圖與注釋”、“三維建?！焙汀癆UTOCAD經(jīng)典”3種工作空間模式。選擇工作空間二維草圖與注釋空間三維建模空間AUTOCAD經(jīng)典空間,,121選擇工作空間,要在三種工作空間模式中進(jìn)行切換，只需單擊“菜單瀏覽器”按鈕，在彈出的菜單中選擇“工具”|“工作空間”菜單中的子命令，或在狀態(tài)欄中單擊“切換工作空間”按鈕，在彈出的菜單中選擇相應(yīng)的命令即可。,,122二維草圖與注釋空間,默認(rèn)狀態(tài)下，打開“二維草圖與注釋”空間，其界面主要由“菜單瀏覽器”按鈕、“功能區(qū)”選項板、快速訪問工具欄、文本窗口與命令行、狀態(tài)欄等元素組成，如圖所示。在該空間中，可以使用“繪圖”、“修改”、“圖層”、“標(biāo)注”、“文字”、“表格”等面板方便地繪制二維圖形。,,,123三維建模空間,使用“三維建?！笨臻g，可以更加方便地在三維空間中繪制圖形。在“功能區(qū)”選項板中集成了“三維建?！薄ⅰ耙曈X樣式”、“光源”、“材質(zhì)”、“渲染”和“導(dǎo)航”等面板，從而為繪制三維圖形、觀察圖形、創(chuàng)建動畫、設(shè)置光源、為三維對象附加材質(zhì)等操作提供了非常便利的環(huán)境。,,124AUTOCAD經(jīng)典空間,對于習(xí)慣于AUTOCAD傳統(tǒng)界面的用戶來說，可以使用“AUTOCAD經(jīng)典”工作空間，其界面主要有“菜單瀏覽器”按鈕、快速訪問工具欄、菜單欄、工具欄、文本窗口與命令行、狀態(tài)欄等元素組成。,,,125AUTOCAD工作空間的基本組成,AUTOCAD的各個工作空間都包含“菜單瀏覽器”按鈕、快速訪問工具欄、標(biāo)題欄、繪圖窗口、文本窗口、狀態(tài)欄和選項板等元素?！安藛螢g覽器”按鈕快速訪問工具欄標(biāo)題欄繪圖窗口“功能區(qū)”選項板命令行與文本窗口狀態(tài)欄,,13圖形文件的基本操作,在AUTOCAD中，圖形文件的基本操作一般包括創(chuàng)建新文件，打開已有的圖形文件，保存文件，加密文件及關(guān)閉圖形文件等。創(chuàng)建新圖形文件打開圖形文件保存圖形文件加密保護(hù)繪圖數(shù)據(jù)關(guān)閉圖形文件,,131創(chuàng)建新圖形文件,在快速訪問工具欄中單擊“新建”按鈕，或單擊“菜單瀏覽器”按鈕，在彈出的菜單中選擇“文件”|“新建”命令NEW，可以創(chuàng)建新圖形文件，此時將打開“選擇樣板”對話框。,,132打開圖形文件,在快速訪問工具欄中單擊“打開”按鈕，或單擊“菜單瀏覽器”按鈕，在彈出的菜單中選擇“文件”|“打開”命令OPEN，可以打開已有的圖形文件，此時將打開“選擇文件”對話框。,,133保存圖形文件,在AUTOCAD中，可以使用多種方式將所繪圖形以文件形式存入磁盤。在第一次保存創(chuàng)建的圖形時，系統(tǒng)將打開“圖形另存為”對話框，如圖所示。默認(rèn)情況下，文件以“AUTOCAD2007圖形DWG”格式保存，也可以在“文件類型”下拉列表框中選擇其他格式。,,134加密保護(hù)繪圖數(shù)據(jù),在AUTOCAD2009中，保存文件時可以使用密碼保護(hù)功能，對文件進(jìn)行加密保存。,,135關(guān)閉圖形文件,單擊“菜單瀏覽器”按鈕，在彈出的菜單中選擇“文件”|“關(guān)閉”命令CLOSE，或在繪圖窗口中單擊“關(guān)閉”按鈕，可以關(guān)閉當(dāng)前圖形文件。,,

簡介：1,研究的內(nèi)容靜壓力分布規(guī)律、靜止流體對固體的作用力，測量壓力的儀表的原理等。,§２１歐拉平衡微分方程式,靜止流體中取一微分六面體DXDYDZ,,第二章流體靜力學(xué),Y方向得平衡方程式為,課堂提問船舶在靜止經(jīng)受的浮力怎樣計算船舶的穩(wěn)性與什么有關(guān),流體靜力學(xué)是船舶原理中浮性和靜穩(wěn)性的理論基礎(chǔ)。,第2章,2,化簡后得,該式右邊質(zhì)量力Ｘ，Ｙ，Ｚ的分布，通常是已知的，而左邊各項表示流體中沿Ｘ，Ｙ，Ｚ方向上的壓力梯度。該式表明，在平衡的情況下，壓力梯度必須和質(zhì)量力取得平衡。,稱為歐拉平衡微分方程。EULER于1775年推導(dǎo),21歐拉微分方程,21,3,同上,21歐拉微分方程,該式還可以變換成容易積分的形式。將該式左右兩邊分別同乘以DX，DY，DZ，然后相加，得,上式右邊即為壓力Ｐ的全微分ＤＰ，故ＤＰ＝Ρ［ＸＤＸ＋ＹＤＹ＋ＺＤＺ］稱為歐拉平衡微分方程的綜合形式。,22,4,同上,對于不可壓縮流體，Ρ＝常量，上式左邊是一個函數(shù)的全微分，因此右邊也必須是某個函數(shù)的全微分。這就是說，必須存在某個標(biāo)量函數(shù)Ｕ＝Ｕ（Ｘ，Ｙ，Ｚ），它滿足,比較ＤＸ、ＤＹ和ＤＺ前面的系數(shù)，可得,Ｕ稱為質(zhì)量力函數(shù),23,5,引進(jìn)勢函數(shù)之后，歐拉方程式變?yōu)椋模校溅保模?有勢場,24,設(shè),如果質(zhì)量力的旋度,那么Ｕ稱為質(zhì)量力勢函數(shù),6,等壓面特性,即在該面上，Ｐ＝常量，故ＤＰ＝０，,壓力相等的各點所組成的面,等壓面,,7,例如,例如，油罐車（或船舶油艙）靜止時液面水平，以加速度A作等加速線運動時，單位質(zhì)量流體質(zhì)點除受向下的質(zhì)量力G外，還受到慣性力－A，其合力指向右下方。,根據(jù)等壓面必須垂直于質(zhì)量力的原理，液面呈傾斜狀態(tài)，而且其傾角Α。,27,8,§22流體靜力學(xué)基本方程式,坐標(biāo)系如圖，Ｚ軸鉛直向上，XOY平面與容器底面相合。單位質(zhì)量流體的重力是Ｘ＝Ｙ＝０，Ｚ＝－Ｇ,代入平衡方程22DＰ－ΡGDZ－ΓDZ積分得P－ΓＺ＋ＣＣ由自由面上邊界條件來確定。,9,同上,在自由面上，Ｚ＝Ｚ0，Ｐ＝Ｐ0，則Ｃ＝Ｐ0＋ΓＺ0,因此P＝P0＋Γ（Ｚ0－Ｚ）,令Ｈ＝Ｚ0－Ｚ，有P＝P0＋ΓＨ,P0界面壓力上式即為流體靜力學(xué)基本方程式。,28,10,§23常用的測壓儀表,連通器原理連通器液體靜止，等壓面是水平面，任意一水平面Ａ－Ａ作為基準(zhǔn)面ΔP＝－ΓΔZ,Ｐ2－Ｐ1＝Γ（Ｈ1－Ｈ2）＝ΓＨ,１．鍋爐水位計,于是,11,同上,假若P2P1，那么H0。換句話說，對于相等的表面壓力，兩邊液面的高度也相等，這就是連通器原理。,鍋爐的水位計利用連通器原理，側(cè)壁上裝一玻璃管，下端和鍋爐內(nèi)液體相連，上端和鍋爐上部具有壓力P0的蒸氣相連，鍋爐內(nèi)液面和玻璃管內(nèi)液面上壓力相同均為P0，根據(jù)連通器原理，二者液面高必須相同，因此玻璃管中的液面高度就指示出鍋爐中的水位。,12,2Ｕ形測壓計,２．Ｕ形測壓計Ｕ形管一端通大氣，另一端與存有壓力為Ｐ，重度為Γ的液體的容器相連。,得容器內(nèi)壓力（表壓）,對Ｕ形管兩邊Ａ和Ｂ用靜力學(xué)基本方程得,13,同上,若容器內(nèi)為氣體，壓力可近似表達(dá)為,通常Ｕ形管中使用的液體為酒精。酒精表面張力較小，其缺點是重度較小。當(dāng)被測的壓力較大時，為避免有過高的H2，可將Ｕ形管中的液體改為水銀，也可采用由多個Ｕ形管串接起來的多管式測壓計,14,3多管式測壓計,15,4傾斜管微壓計,傾斜管微壓計的結(jié)構(gòu)如圖,其中,稱為校準(zhǔn)系數(shù),其值不是根據(jù)面積Ｆ和Ｆ以及角度計算出來，而是根據(jù)實驗來確定。,P,PA,PPA,PPA,F,F為大小筒的橫截面積,,16,5比壓計,3．比壓計用于測量兩點的壓力差,對Ｕ形管兩邊Ａ和Ｂ由靜力學(xué)基本方程得,由等壓面知,所以,17,§24靜止流體對平板的作用力,3求靜止流體對物體表面合壓力的作用點（壓力中心）的位置。,1求靜止流體中的壓力分布,2求靜止流體對物體表面合壓力（總壓力）。例如，在設(shè)計橋墩、水壩、閘門以及潛艇的殼體時，靜水壓力的計算都是必不可少的。也是表面動壓計算的基礎(chǔ)。,任務(wù),18,同上,如圖平板浸沒在靜止流體中，微小面積ＤΣ上總壓力是ＤPＰDΣ（P0＋ΓH）DΣＰ0DΣ＋ΓΗSINΑDΣ,積分便得Σ上總壓力大小為,平面圖形Σ對水平軸０Ξ的靜矩,KSI,19,同上,上式表明，靜止流體作用在平板上的力等于平板面積乘以平板形心所在深度的壓力。它和平板的形狀、傾斜角Α無關(guān)。,214,215,HCΣ形心的垂直深度PC形心的壓力。,平面圖形對某軸的靜矩圖形形心到該軸距離圖形面積,20,壓力中心,壓力中心合力作用點,力矩定理合力對某軸之矩等于諸分力對該軸之矩,由移軸定理有,平面圖形Σ對OΞ軸的慣性矩,過形心C并平行于ＯΞ軸的慣性矩,21,同上,于是有,合力的作用點永遠(yuǎn)在Σ形心的下方,合力的作用點位置,219,22,同上,不計大氣壓力,H,若為寬B的矩形平板,23,常見圖形的YC和IC,24,同上,25,圖解法,圖解法,作用點V的形心處2H/3A平板投影面積，HCA的形心深度，PCA形心的壓力,平板上靜水總壓力壓強(qiáng)分布圖形的體積V,26,261例題,例21一小船橫剖面如圖所示，AB＝BC＝1M，CD＝2M，BC與水平面成45o。試?yán)L出AB、BC和CD各段上的壓力分布，并計算水作用在各段單位厚度上壓力合力的大小及作用點。解各段的壓力分布如圖所示。AB段由平板受力公式264、269和2610得合力的大小及作用點,27,261例題,即作用線在距水面2/3處，垂直指向平板AB內(nèi)側(cè)。BC段由式211得合力的大小為,作BC的延長線，與水面交于O點，由式269得合力作用點,即作用線在距O點196M處，垂直指向平板BC內(nèi)側(cè)。,28,261例題,CD段由式211得,作用線在的中點且垂直向上。,29,§25靜止流體對曲面的作用力,1總壓力的水平分量,DＰＸＰAΓHDACOSXNＰAΓＨDAX,若不計大氣壓作用,30,同上,同理,合壓力在Y方向的分量,DＰYＰA＋ΓＨDACOSY,NＰA＋ΓＨDAY,若不計大氣壓作用,31,合壓力在Z方向的分量,DＰZＰA＋ΓＨDACOSZ,NＰA＋ΓＨDAZ,32,同上,同上,若淹沒物體表面上各點的壓強(qiáng)在Z方向的分量處處向上，其壓力體等于該曲面為底，自由液面為頂?shù)你U直柱體。壓力為該鉛直柱體（壓力體）的重量，方向向上。,反之，方向向下。,壓力體的計算,所以合壓力在Z方向的分量為,不考慮大氣壓力的作用,則為,33,靜止流體對柱面的作用力,值得注意的是壓力體V是柱面與壓力為P0的自由液面間所圍成的柱體體積，其有“實”，有“虛”。圖繪出了兩種情況下的壓力體V。由圖B可見，此時壓力體為自由面的延長線與柱面所圍成的體積。,34,曲面上總壓力,注意,2水平方向兩個分力的計算公式如下,PXGHCXAX,一般情況下是不同的,1如果為二維曲面,則合力簡化為兩個方向的分力,PYGHCYAY,由此可見，作用于曲面上的靜水總壓力的水平分量等于其豎直投影面上所受的總壓力，其大小等于投影面形心處的壓強(qiáng)乘上投影面積，且其作用線通過投影面的壓力中心。,35,§26阿基米德原理,浸沒于液體中的物體潛沉受到浮力（垂直向上的合壓力）的大小等于該物體所排開液體的重量，浮力的作用點稱為浮心，為物體的形心。,浮力的本質(zhì),物體上下表面受到的靜水壓力差。,36,§26阿基米德原理,阿基米德原理同樣適用于浮體，這時浮力的大小等于浸沒部分在自由表面以下的部分所排開的液體的重量。方向垂直向上。對于浮體，浮心與物體被浸沒部分的形心重合。,浮力本質(zhì)上是物體上、下表面所受的靜水壓力之差。此時物體前后左右的靜水壓力相平衡。船舶擱淺時，損失了底部向上的靜水壓力，因此不能用阿基米德原理來計算靜水總壓力。圓柱體有一半徑?jīng)]于水中，損失了另一半的靜水壓力，也不能應(yīng)用阿基米德原理，如圖214所示。,37,圖214,沉體,浮體,潛體,嵌體,38,物體在液體中的穩(wěn)定性,物體保持平衡狀態(tài)的能力叫做物體的穩(wěn)定性。我們知道，物體在靜止流體中受到重力和浮力的作用，當(dāng)重力不等于浮力時，物體要上浮或下沉，同時，若重力和浮力的作用線不重合，還會產(chǎn)生力矩使物體傾斜。只有當(dāng)重力和浮力的大小相同，作用線重合時，物體才能處于平衡狀態(tài)。處于平衡狀態(tài)的物體在外力作用下會產(chǎn)生傾斜，根據(jù)外力消失后重力和浮力產(chǎn)生的力矩是否能使物體恢復(fù)到原來的平衡狀態(tài)，將物體的平衡劃分為穩(wěn)定平衡、不穩(wěn)定平衡和中性平衡。下面就潛體和浮體分別討論這三種平衡狀態(tài)。,39,1潛體的平衡狀態(tài),潛體的平衡狀態(tài)示意圖，其中C為重心，D為浮心。,①穩(wěn)定平衡圖B中，重心C在浮心D的下方，若物體在外力作用下產(chǎn)生傾斜，重心和浮心將產(chǎn)生與傾斜方向相反的力矩，外力消失后，該力矩能物體恢復(fù)到原來的平衡狀態(tài)，這種平衡是穩(wěn)定平衡。②不穩(wěn)定平衡圖C中，重心C在浮心D的上方，若物體在外力的作用下產(chǎn)生傾斜，重力與浮力將產(chǎn)生與傾斜方向相同的力矩，使物體繼續(xù)傾斜，直至翻轉(zhuǎn)為止，這種平衡是不穩(wěn)定平衡。②中性平衡圖A中，重心和浮心重合，物體在任何位置都將處于平衡狀態(tài)，但稍有擾動就會傾斜，這種平衡為中性平衡。,40,1潛體的平衡狀態(tài),41,2浮體的平衡狀態(tài),以水面船舶為例。圖A為處于正浮狀態(tài)的船舶橫截面示意圖。因船舶左右對稱，故重心和浮心位于同一鉛垂線上。當(dāng)船舶在外力作用下產(chǎn)生橫傾時，由于船舶重力的大小、重心位置及浮力的大小均沒有變化，所以橫傾后總的排水體積沒有變化，但由于橫傾改變了船舶水下部分的形狀，浮心的位置由原來的B點移到BL點，如圖B所示。,42,2浮體的平衡狀態(tài),此時重力和浮力的作用線己不再重合，將產(chǎn)生一個試圖使船舶恢復(fù)到正浮狀態(tài)的力矩，這個力矩稱為復(fù)原力矩，記為MR。在船舶專業(yè)術(shù)語中，船舶橫傾后浮力的作用線與正浮狀態(tài)時浮力作用線的交點M稱為穩(wěn)心，穩(wěn)心M與重心C之間的距離H稱為橫穩(wěn)心高。當(dāng)橫傾角較小時、M稱為初穩(wěn)心，H稱為初穩(wěn)心高度。根據(jù)復(fù)原力矩MR與船舶傾斜方向之間的關(guān)系或重心C與穩(wěn)心M之間的相對位置可以判斷船舶的平衡狀態(tài)。思考什么條件下能恢復(fù)平衡，什么條件下偏離平衡,43,2浮體的平衡狀態(tài),①穩(wěn)定平衡若重心C在穩(wěn)心M的下方，H＞0，MR與橫傾方向相反，此時外力消失后，MR使船舶恢復(fù)到原來的平衡狀態(tài)，這種平衡是穩(wěn)定平衡。②不穩(wěn)定平衡若重心C在穩(wěn)心M的上方，H＜0，MR與橫傾方向相同，MR使船舶繼續(xù)橫傾，直至傾覆為止，這種平衡是不穩(wěn)定平衡。③中性平衡若重心C與穩(wěn)心M重合，H0，MR＝0，外力消失后，船舶不會恢復(fù)到原來的平衡位置，但也不會繼續(xù)橫傾，這種平衡是中性平衡。在船舶設(shè)計中，上述2、3兩種平衡狀態(tài)是不允許出現(xiàn)的，因為這種船舶在傾斜后不可能恢復(fù)到原來的平衡位置，也就是說，這種船舶的穩(wěn)定性得不到保證。,44,例21,例21如圖所示，求Ａ、Ｂ、Ｃ、D點的相對壓力。,45,例22,解,例22,例22如圖216所示單位長半圓弧面浸沒在重度為Γ的流體中，周圍都是大氣壓力ＰA，求單位長半圓弧面上所受流體作用的總壓力,46,例23,例23擋水板如圖217所示，上部是重度為Γ1的水，下部是重度為Γ2的泥漿，求水和泥漿作用于單位寬擋水板上的合力。,此題還可以分段進(jìn)行積分求解。,解合力,47,本章小結(jié),本章的基本概念微元流體、正壓流體、斜壓流體、等壓面、靜水總壓力、壓力中心、壓力體、浮力、浮心、穩(wěn)定平衡、不穩(wěn)定平衡、中性平衡?；纠碚撆c基本公式1流體靜力學(xué)方程。有不同的表達(dá)方式分量式、矢量式；2流體靜力學(xué)基本方程式及應(yīng)用。均質(zhì)流體的靜壓隨深度呈線性變化。3流體對平面或曲面的總壓力及其壓力中心的確定方法。4阿基米德原理及應(yīng)用。,48,本章難點,1重點1微分體積法建立平衡方程。2靜壓分布規(guī)律。3等壓面概念及應(yīng)用。4壓力體的求法，浮力的本質(zhì)，平板，曲面上合壓力的計算。2難點微元體法，壓力體的計算。,

簡介：生物藥劑學(xué)與藥物動力學(xué)名詞解釋大全生物藥劑學(xué)與藥物動力學(xué)名詞解釋大全1生物藥劑學(xué)是研究藥物極其劑型在體內(nèi)的吸收，分布，代謝與排泄的過程，闡明藥物的劑型因素，機(jī)體生物因素和藥效之間相互的科學(xué)。2治療藥物監(jiān)測（TDM）又稱臨床藥動學(xué)監(jiān)測，是在藥動學(xué)原理的指導(dǎo)下，應(yīng)用靈敏快速分析技術(shù)，測定血液中或其他體液中藥物的濃度，分析藥物濃度與療效及毒性間的關(guān)系，進(jìn)而設(shè)計或調(diào)整給藥方案。臨床意義1使給藥方案個體化，2診斷和處理藥物過量中毒3進(jìn)行臨床藥動學(xué)和藥效學(xué)的研究4探討新藥給藥方案5節(jié)省患者治療時間，提高治療成功率6降低治療費用7避免法律糾紛。3分布（DISTRIBUTION）藥物進(jìn)入循環(huán)后向各組織、器官或者體液轉(zhuǎn)運的過程。4代謝（METABOLISM）藥物在吸收過程或進(jìn)入人體循環(huán)后，受腸道菌叢或體內(nèi)酶系統(tǒng)的作用，結(jié)構(gòu)發(fā)生轉(zhuǎn)變的過程。又叫生物轉(zhuǎn)化。5吸收是藥物從用藥部位進(jìn)入人體循環(huán)的過程。6排泄（EXCRETION）藥物或其代謝產(chǎn)物排出體外的過程。7轉(zhuǎn)運（TRANSPT）藥物的吸收、分布和排泄過程統(tǒng)稱轉(zhuǎn)運。8處置（DISPOSITION）分布、代謝和排泄的過程。9清除（ELIMINATION）代謝與排泄過程藥物被清除，合稱為清除。10BCS是依據(jù)藥物的滲透性和溶解度，將藥物分成四大類，并可根據(jù)這兩個特征參數(shù)預(yù)測藥物在體內(nèi)體外的相關(guān)性。11表觀分布容積（APPARENTVOLUMEOFDISTRIBUTION）是體內(nèi)藥量與血藥濃度相互關(guān)系的一個比例常數(shù)，它可以設(shè)想為體內(nèi)的藥物按血漿濃度分布時，所需要體液的理論容積。DN溶出數(shù)。DO計量數(shù)。AN吸收數(shù)12清除率是單位時間內(nèi)從體內(nèi)消除的含血漿體積或單位時間叢體內(nèi)消除的藥物表觀分布容積。13體內(nèi)總清除率是指機(jī)體在單位時間內(nèi)能清除掉多少體積的相當(dāng)于流經(jīng)血液的藥物。14生物利用度（BIOACAILABILITY，BA）是指劑型中的藥物被吸收進(jìn)入體循環(huán)的速度和程度。是評價藥物有效性的指標(biāo)。通常用藥時曲線下濃度、達(dá)峰時間、峰值血藥濃度來表示。（它的吸收程度用AUC表示，而且吸收速度是以用藥后到達(dá)最高血藥濃度的時間即達(dá)峰時間來表示。）評價指標(biāo)AUCTMAX，CMAX。15絕對生物利用度（ABSOLUTEBIOAVAILABILITY，F(xiàn)ABS）是藥物吸收進(jìn)入體循環(huán)的量與給藥劑量的比值，是以靜脈給藥制劑為參比制劑獲得的藥物吸收進(jìn)入體循環(huán)的相對量。16相對生物利用度（RELATIVEBIOAVAILABILITY，F(xiàn)REL）又稱比較生物利用度，是以其他非靜脈途徑給藥的制劑為參比制劑獲得的藥物吸收進(jìn)入體循環(huán)的相對量，是同一種藥物不同制劑之間比較吸收程度與速度而得到的生物利用度。17生物等效性（BIOEQUIVALENCE，BE）是指一種藥物的不同制劑在相同試驗條件下，給以相同劑量，反映其吸收程度和速度的主要藥物動力學(xué)參數(shù)無統(tǒng)計學(xué)差異。18藥學(xué)等效性（PHARMACEUTICALEQUIVALENCE）如果兩制劑含等量的相同活性成分，具有相同的劑型，符合同樣的或可比較的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，則可以認(rèn)為它們是藥學(xué)等效性。19首關(guān)效應(yīng)藥物在消化道和肝臟中發(fā)生的生物轉(zhuǎn)化作用，使部分藥物被代謝，最終進(jìn)入體循環(huán)的原型藥物量減少的現(xiàn)象。20藥代動力學(xué)應(yīng)用動力學(xué)原理和數(shù)學(xué)模型，定量的描述藥物的吸收、分布、代謝、排泄過程隨時間變化的動態(tài)規(guī)律，研究體內(nèi)藥物的存在位置、數(shù)量與時間之間的關(guān)系的一門科學(xué)。。21速率常數(shù)是描述速度過程重要的動力學(xué)參數(shù)。速率常數(shù)越大，該過程進(jìn)行也越快。單位為MIN1或H1。22生物半衰期是指藥物在體內(nèi)的藥物量或血藥濃度通過各種途徑消除一半所需要的時間，用T12表示。特點一級速率過程的消除半衰期與劑量無關(guān)，而消除速率常數(shù)成反比因而半衰期為常52溶液型藥物是以分子或離子狀態(tài)分散在介質(zhì)中，所以口服溶液劑的吸收是口服劑型最快，且較完全的，生物利用度高。53包合作用將藥物分子包鉗與另一種物質(zhì)分子的空穴結(jié)構(gòu)內(nèi)的制劑技術(shù)54壓片是在壓力下把顆粒狀或粉末狀藥物壓實的過程。55高滲透藥物是指在沒有證據(jù)說明藥物在腸道不穩(wěn)定的情況下，有９０％以上的藥物被吸收。56吸收數(shù)是預(yù)測口服藥物吸收的基本變量，是反映藥物在胃腸道滲透高低的函數(shù)與藥物的有效滲透率，腸道半徑和藥物在腸道內(nèi)滯留時間有關(guān)。57劑量數(shù)是反映藥物溶解性與口服吸收關(guān)系的參數(shù)，是藥物溶解性能的函數(shù)。58快速釋藥制劑指相對與緩釋制劑的普通制劑，另一種是采用特殊的輔料和方法制備出的比普通制劑釋出速率還要快的制劑。59緩控釋制劑是通過延緩或控制藥物的釋放來控制藥物的吸收藥物能在較長時間內(nèi)時間內(nèi)持續(xù)釋放藥物以達(dá)到長效作用。60組織流動室法技術(shù)是通過化合物透過未損腸組織的實驗來模擬藥物體內(nèi)的吸收。61外翻腸囊法時將動物的一定長度的小腸置于特殊的裝置中通過測試藥物透過腸粘膜的速度和程度，定量描述藥物透黏膜性的方法。62外翻環(huán)法為一種研究腸道組織攝取藥物能力的方法。63淋巴是靜脈循環(huán)系統(tǒng)的輔助組成部分，主要由淋是靜脈循環(huán)系統(tǒng)的輔助組成部分，主要由淋巴管。淋巴器官。淋巴液和淋巴組織組成。64內(nèi)吞是指微生物被內(nèi)狀內(nèi)皮系統(tǒng)細(xì)胞，特別是單核巨噬細(xì)胞作為外來異物吞噬進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)，并迅速被溶酶體消化裂解釋放藥物。65吸附；是指微粒吸附在細(xì)胞表面是微粒和細(xì)胞相互作用的開始。66融合是由于紙質(zhì)體膜中的凝脂和細(xì)胞膜的組成成分相似而產(chǎn)生完全緩和作用。67膜間轉(zhuǎn)運是指微粒和相鄰的細(xì)胞膜間的脂質(zhì)成分發(fā)生相互交換作用。68接觸釋放是膜間作用的另一種形式，主要是由于微粒和細(xì)胞接觸后，微粒中的藥物釋放并想細(xì)胞內(nèi)轉(zhuǎn)運。69阿霉素；是一個有效的化療藥物，但由于對心臟的毒性較大，常常使用受到限制。70細(xì)胞色素P450是微粒體重催化藥物代謝的活性成分，由一系列同功酶組成。71首過效應(yīng)這種在吸收過程中，藥物在消化道和肝臟中發(fā)生的生物轉(zhuǎn)化作用，使部分藥物被代謝，最終進(jìn)入體循環(huán)的原型藥物量的減少現(xiàn)象。72結(jié)合反應(yīng)通常是藥物成第一相反應(yīng)生成的代謝產(chǎn)物結(jié)構(gòu)中的極性基因與機(jī)體內(nèi)源性物質(zhì)反應(yīng)生成結(jié)合物的結(jié)構(gòu)。73酶抑制作用通常藥物代謝被減慢的現(xiàn)象，能使代謝加快的物質(zhì)叫做酶誘導(dǎo)劑。74體外法是利用離體生物組織樣品如肝臟直接分析其藥物代謝能力。75前提藥物是指將活性藥物衍生化成藥理惰性物質(zhì)，但該惰性物質(zhì)在體內(nèi)經(jīng)化學(xué)反應(yīng)或酶反應(yīng)后，能夠恢復(fù)到原來的固體藥物，在發(fā)揮治療作用。76腎小管分泌時將藥物轉(zhuǎn)運至尿中排泄，是主動轉(zhuǎn)運。。77藥物動力學(xué)是應(yīng)用動力學(xué)原理與數(shù)學(xué)處理方法，定量地描述藥物通過各種途徑進(jìn)入體內(nèi)的吸收，分布，代謝，排泄過程的“量時”變化或“血藥濃度經(jīng)時”變化動態(tài)規(guī)律的一門科學(xué)。78一級速度過程是指藥物在體內(nèi)某部位的轉(zhuǎn)運速率與該部位的藥物量成血藥濃度的一次方成正比。79極性速度過程當(dāng)藥物的半衰期與劑量無關(guān)，血藥濃度一時間曲線下面積與劑量成正比時，其速度過程被稱為零級速率常數(shù)。80零級速率常數(shù)是指藥物的轉(zhuǎn)運速率在任何時間都是恒定的，與藥物量或濃度無差。81速度常數(shù)是描述速度過程重要的動力學(xué)參數(shù)。82穩(wěn)態(tài)血藥濃度臨床用藥若以一定的時間間隔，以相同的劑量多次給藥，在給藥過程中血藥

簡介：第一章生物藥劑學(xué)概述【習(xí)題】一、單項選擇題1以下關(guān)于生物藥劑學(xué)的描述，正確的是A劑型因素是指片劑、膠囊劑、丸劑和溶液劑等藥物的不同劑型B藥物產(chǎn)品所產(chǎn)生的療效主要與藥物本身的化學(xué)結(jié)構(gòu)有關(guān)C藥物效應(yīng)包括藥物的療效、副作用和毒性D改善難溶性藥物的溶出速率主要是藥劑學(xué)的研究內(nèi)容2以下關(guān)于生物藥劑學(xué)的描述，錯誤的是A生物藥劑學(xué)與藥理學(xué)和生物化學(xué)有密切關(guān)系，但研究重點不同B藥物動力學(xué)為生物藥劑學(xué)提供了理論基礎(chǔ)和研究手段C由于生物體液中藥物濃度通常為微量或痕量，需要選擇靈敏度高，專屬重現(xiàn)性好的分析手段和方法D從藥物生物利用度的高低就可判斷藥物制劑在體內(nèi)是否有效二、多項選擇題1藥物及劑型的體內(nèi)過程是指A吸收B滲透C分布D代謝E排泄2藥物轉(zhuǎn)運是指A吸收B滲透C分布D代謝E排泄3藥物處置是指A吸收B滲透C分布D代謝E排泄4藥物消除是指A吸收B滲透C分布D代謝E排泄三、名詞解釋1生物藥劑學(xué)；2劑型因素；3生物因素；4藥物及劑型的體內(nèi)過程四、問答題1生物藥劑學(xué)的研究工作主要涉及哪些內(nèi)容2簡述生物藥劑學(xué)研究對于新藥開發(fā)的作用。【習(xí)題答案】一、單項選擇題1C2D二、多項選擇題1ACDE2ACE3CDE4DE三、名詞解釋1生物藥劑學(xué)是研究藥物及其劑型在體內(nèi)的吸收、分布、代謝與排泄過程，闡明藥物的劑型因素、機(jī)體的生物因素與藥理效應(yīng)三者之間相互關(guān)系的科學(xué)。2劑型因素主要包括1藥物的某些化學(xué)性質(zhì)如同一藥物的不同鹽、酯、絡(luò)合物或衍生物，即藥物的化學(xué)形式，藥物的化學(xué)穩(wěn)定性等。2藥物的某些物理性質(zhì)如粒子大小、晶型、晶癖、溶解度、溶出速率等。3藥物的劑型及用藥方法。4制劑處方中所用輔料的種類、性質(zhì)和用量。5處方中藥物的配伍及相互作用。6制劑的工藝過程、操作條件和貯存條件等。3生物因素主要包括E飽和現(xiàn)象6胞飲作用的特點是A有部位特異性B需要載體C不需要消耗機(jī)體能量D逆濃度梯度轉(zhuǎn)運E以上都是7下列哪種藥物不是PGP的底物A環(huán)孢素AB甲氨蝶呤C地高辛D諾氟沙星E維拉帕米8藥物的主要吸收部位是A胃B小腸C大腸D直腸E均是9關(guān)于影響胃空速率的生理因素不正確的是A胃內(nèi)容物的黏度和滲透壓B精神因素C食物的組成D藥物的理化性質(zhì)E身體姿勢10在溶出為限速過程吸收中，溶解了的藥物立即被吸收，即為狀態(tài)A漏槽B動態(tài)平衡C飽和D均是E均不是11淋巴系統(tǒng)對的吸收起著重要作用A脂溶性藥物B解離型藥物C水溶性藥物D小分子藥物E未解離型藥物12有關(guān)派伊爾結(jié)PP描述錯誤的是A回腸含量最多B≤10VM的微?？杀籔P內(nèi)的巨噬細(xì)胞吞噬C由絨毛上皮和M細(xì)胞（微褶細(xì)胞）構(gòu)成D與微粒吸收相關(guān)E與藥物的淋巴轉(zhuǎn)運有關(guān)13藥物理化性質(zhì)對于藥物在胃腸道的吸收影響顯著，下列敘述中錯誤的是A藥物的溶出快一般有利于吸收B具有均質(zhì)多晶型的藥物，一般其亞穩(wěn)定型有利于吸收C藥物具有一定脂溶性，但不可過大，有利于吸收D酸性藥物在胃酸條件下一定有利于吸收；堿性藥物在小腸堿性的條件下一定有利于藥物的吸收E膽汁分泌常會影響難溶性藥物的口服吸收14影響片劑中藥物吸收的劑型和制劑工藝因素不包括A片重差異B片劑的崩解度C藥物顆粒的大小D藥物的溶出與釋放E壓片的壓力15下列敘述錯誤的是A細(xì)胞膜可以主動變形而將某些物質(zhì)攝入細(xì)胞內(nèi)或從細(xì)胞內(nèi)釋放到細(xì)胞外，稱為胞飲B大多數(shù)藥物通過被動擴(kuò)散方式透過生物膜C被動擴(kuò)散需要載體參與D主動轉(zhuǎn)運是借助載體或酶促系統(tǒng)從低濃度區(qū)域向高濃度區(qū)域轉(zhuǎn)運的過程

簡介：2一平面電磁波以從真空入射到的介質(zhì)。電場強(qiáng)度垂直于入04524射面。求反射系數(shù)和折射系數(shù)。解由1122SINSIN1R2R12SINSIN12SINSIN450解得030由菲涅耳公式SINSINSINSINEE2121COSCOS1R2RCOSCOS1R2ROO1COS452COS30OO1COS452COS301313312COSCOSCOS2EE211由定義2設(shè)有兩根互相平行的尺，在各自靜止的參考系中的長度均為它們以相同速率V相對于某一參考系運動但運動方向相反且平行于尺子。求站在一根尺上測量另一根尺的長度。解根據(jù)相對論速度交換公式可得2系相對于的速度大小是1（1）1222CVVV∴在1系中測量系中靜長為0L的尺子的長度為2（2）2201CVLL將（1）代入（2）即得（3）1122220CVCVLL此即是在系中觀測到的相對于靜止的尺子的長度。123靜止長度為L0的車廂，以速度V相對于地面S運行，車廂的后壁以速度U0向前推出一個小球，求地面觀察者看到小球從后壁到前壁的運動時間。解根據(jù)題意取地面為參考系S，車廂為參考系S’，于是相對于地面參考系S，車長為，（1）2201CVLL車速為V，球速為（2）1200CVUVUU所以在地面參考系S中觀察小球由車后壁到車前壁LTVTU所以（3）VULT將（1）（2）代入（3）得（4）22020011CVUCVULT4一輛以速度V運動的列車上的觀察者，在經(jīng)過某一高大建筑物時，看見其避雷針上跳起一脈沖電火花，電光迅速傳播，先后照亮了鐵路沿線上的兩鐵塔。求列車上觀察者看到的兩鐵塔被電光照亮的時刻差。設(shè)建筑物及兩鐵塔都在一直線上，與列車前進(jìn)方向一致。鐵塔到建筑物的地面距離都是L0。解取地面為靜止的參考系，列車為運動的參考系。取X軸與X′軸平行同向，與列車車速方向一致，令T0時刻為列車經(jīng)過建筑物時，并令此處為系與的原點，如圖。在系中光經(jīng)過的時間后同時照亮左CLT0右兩塔但在系中觀察兩塔的位置坐標(biāo)為111220220CVCVLCVVTLX右111220220CVCVLCVVTLX右即11220CVCVLD右11220CVCVLD右時間差為222012CVCVLCDCDT右右5有一光源S與接收器R相對靜止，距離為SR裝置浸在均勻無限的液體介質(zhì)（靜止折射0L率N）中。試對下列三種情況計算光源發(fā)出訊號到接收器收到訊號所經(jīng)歷的時間。（1）液體介質(zhì)相對于SR裝置靜止；

簡介：什么是地質(zhì)力學(xué)學(xué)說什么是地質(zhì)力學(xué)學(xué)說地質(zhì)力學(xué)是我國著名地質(zhì)學(xué)家李四光教授創(chuàng)立發(fā)展起來的。它是用力學(xué)的原理研究地殼構(gòu)造與地殼運動規(guī)律的一門科學(xué)。地質(zhì)力學(xué)的觀點認(rèn)為，地殼的構(gòu)造運動主要是水平運動，垂直運動是由水平運動所引起的。在水平運動的擠壓、拉張作用下，形成各種構(gòu)造形跡（壓、張、扭結(jié)構(gòu)面等），它們之間有著內(nèi)在的力學(xué)成因上的聯(lián)系（成生聯(lián)系）。構(gòu)造體系是許多不同形態(tài)、不同力學(xué)性質(zhì)、不同級別和序次，但有成生聯(lián)系的構(gòu)造形跡所組成的構(gòu)造帶。構(gòu)造體系有三種大的類型緯向構(gòu)造體系、經(jīng)向構(gòu)造體系、扭動構(gòu)造體系（多字形構(gòu)造、山字形構(gòu)造等）。什么是地質(zhì)力學(xué)學(xué)說什么是地質(zhì)力學(xué)學(xué)說地質(zhì)力學(xué)是我國著名地質(zhì)學(xué)家李四光教授創(chuàng)立發(fā)展起來的。它是用力學(xué)的原理研究地殼構(gòu)造與地殼運動規(guī)律的一門科學(xué)。地質(zhì)力學(xué)的觀點認(rèn)為，地殼的構(gòu)造運動主要是水平運動，垂直運動是由水平運動所引起的。在水平運動的擠壓、拉張作用下，形成各種構(gòu)造形跡（壓、張、扭結(jié)構(gòu)面等），它們之間有著內(nèi)在的力學(xué)成因上的聯(lián)系（成生聯(lián)系）。構(gòu)造體系是許多不同形態(tài)、不同力學(xué)性質(zhì)、不同級別和序次，但有成生聯(lián)系的構(gòu)造形跡所組成的構(gòu)造帶。構(gòu)造體系有三種大的類型緯向構(gòu)造體系、經(jīng)向構(gòu)造體系、扭動構(gòu)造體系（多字形構(gòu)造、山字形構(gòu)造等）。

簡介：海岸防護(hù)SHOREPROTECTION,授課老師倪云林,EMAILNYL2588961126COM手機(jī)18805801258（681258）,參考教材,薛鴻超著．海岸及近海工程．中國環(huán)境科學(xué)出版社，2003．嚴(yán)愷主編．海岸工程．海洋出版社，2002．COASTALENGINEERINGRESEARCHCENTER．SHOREPROTECTIONMANUAL．1984．美國海岸工程研究中心，梁其荀等譯．海濱防護(hù)手冊．海洋出版社，1988．李廣雪主編．海岸侵蝕與防護(hù)原理（課件）．中國海洋大學(xué)海洋地球科學(xué)學(xué)院．王永紅編著．海岸動力地貌．科學(xué)出版社，2012．,參考教材,參考教材,參考教材,§0緒論,§01海岸防護(hù)和海岸防護(hù)工程的定義§02課程的目的§03海岸防護(hù)的基本問題§04海岸防護(hù)的工作方法,§01海岸防護(hù)和海岸防護(hù)工程的定義,海岸防護(hù)沿海邊修建擋潮、防浪工程，或用生物措施保護(hù)沿岸地區(qū)不受水流、風(fēng)浪、海潮侵襲的措施（百度百科）。海岸防護(hù)工程保護(hù)沿海城鎮(zhèn)、工業(yè)、農(nóng)田、鹽場和岸灘，防止風(fēng)暴潮的泛濫淹沒，抵御波浪與水流的侵蝕與淘刷的各種工程設(shè)施，主要包括海堤、護(hù)岸和保灘工程（海岸及近海工程P160）。海岸防護(hù)是海岸防護(hù)工程的目的和功能，海岸防護(hù)工程是海岸防護(hù)的措施和手段。,§02課程的目的,了解海岸侵蝕的普遍性和重要性；了解造成海岸侵蝕的外部和內(nèi)部動力；了解海岸防護(hù)的基本方法；了解海岸防護(hù)設(shè)計的基本知識。通過分析造成海岸侵蝕的各種自然和人類活動的因素，探討海岸侵蝕的機(jī)理，研究海岸發(fā)展的現(xiàn)狀和未來趨勢，將海岸地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人類生存環(huán)境密切結(jié)合，制定海岸防護(hù)的規(guī)劃和設(shè)計，從而達(dá)到可持續(xù)發(fā)展的長遠(yuǎn)目標(biāo)。,WHY,HOW,§03海岸防護(hù)的基本問題,研究的核心問題海岸工程環(huán)境研究內(nèi)容外部動力、內(nèi)部動力和防御措施以及海岸穩(wěn)定性問題海岸防護(hù)的基本方法,§03海岸防護(hù)的基本問題核心問題,海岸工程環(huán)境,§03海岸防護(hù)的基本問題研究內(nèi)容,外部動力是影響海岸變化的區(qū)域性因素，它包括以下幾個方面海面上升全球氣候變暖、極地冰川融化、上層海水變熱膨脹、海水比容變大構(gòu)造運動由地球內(nèi)動力引起巖石圈地質(zhì)體變形、變位地面下沉壓實脫水、抽取地下水、局部工程人類活動不合理建筑物、挖砂、物源短缺等內(nèi)部動力是造成海岸侵蝕的各種直接動力條件表現(xiàn)結(jié)果是海岸侵蝕采取措施是密切結(jié)合自然體的演變規(guī)律和自身防護(hù)功能，制定海岸防護(hù)、修復(fù)計劃。,§03海岸防護(hù)的基本問題研究內(nèi)容,§03海岸防護(hù)的基本問題研究內(nèi)容,海岸穩(wěn)定性問題海岸穩(wěn)定性判斷有時候與判斷的時間尺度有關(guān)短期恢復(fù)效應(yīng)在一個比較短的時間段（年計），海灘雖可暫時被風(fēng)暴浪侵蝕，后來又可能部分或全部地被涌浪恢復(fù)，或者可能出現(xiàn)季節(jié)性的時消時長的調(diào)整。但海灘長期變化主要取決于沿岸物質(zhì)的補(bǔ)給和損失速率，當(dāng)補(bǔ)給率超過損失率時，海岸應(yīng)淤長、發(fā)展；反之，海岸則被侵蝕。在長期補(bǔ)給和損失率相等時，可以認(rèn)為海濱是穩(wěn)定的。長期侵蝕效應(yīng)在一個比較長的時間段內(nèi)（十年計或更長），區(qū)域環(huán)境條件將發(fā)生明顯變化，累計結(jié)果將造成海岸侵蝕。海岸功能變異由于全球變化和人類活動的共同作用，海岸喪失自然恢復(fù)功能。主要包括陸地供沙不足、海面上升、挖沙、地下水開采等造成海岸持續(xù)侵蝕且無法通過自然動力過程來恢復(fù)。,§03海岸防護(hù)的基本問題基本方法,矛盾海岸是社會發(fā)展的環(huán)境資產(chǎn)，很多因素控制著海岸地區(qū)的發(fā)展，開發(fā)者渴望盡量靠近水邊，但常常忘記陸地的時進(jìn)時退和自然的消長，一旦向海方向建立起發(fā)展的邊界，即使花費巨大投資，這條邊界線有時也很難守住。與海爭地的工程，引起的海洋災(zāi)害，并造成財政巨大損失和海岸防護(hù)投資正在不斷增加。無奈在一定時間內(nèi)，具有自然防護(hù)功能的海岸開發(fā)區(qū)，可能不需要工程防護(hù)。當(dāng)在外部動力環(huán)境綜合作用下，海岸內(nèi)動力對其產(chǎn)生侵蝕時，風(fēng)暴浪尤其是風(fēng)暴增水就要侵入內(nèi)陸并破壞沿海建筑物或開發(fā)區(qū)。因此，必須用人工建筑物加以防護(hù)。,§03海岸防護(hù)的基本問題基本方法,§03海岸防護(hù)的基本問題基本方法,§03海岸防護(hù)的基本問題基本方法,§03海岸防護(hù)的基本問題基本方法,§03海岸防護(hù)的基本問題基本方法,方法用來穩(wěn)定海岸的人工措施分為兩類被動防護(hù)型防止波浪等對建筑物的侵害（如海堤、護(hù)岸、護(hù)坡等）兵來將擋水來土掩主動防護(hù)型如離岸堤阻擋波浪的通過、生態(tài)護(hù)灘捕獲泥沙、固灘等主動出擊先發(fā)制人在考慮全部岸段侵蝕變化過程的綜合規(guī)劃中，協(xié)調(diào)一致的行動是最為有效和經(jīng)濟(jì)的,§03海岸防護(hù)的基本問題基本方法,海岸的自然防護(hù)功能海灘防護(hù)體系傾斜著的前濱和灘肩是吸收大部分波浪能量的外線防御體系。沙丘（海崖）則是吸收漫越灘肩風(fēng)暴浪能量的最后防御帶。自然障蔽性防護(hù)離岸一定距離的障蔽島、基巖島等對海岸起到防護(hù)功能，甚至一些河口沙壩、瀉湖沙壩等都能對其后面的水域、岸邊等起到保護(hù)作用。,§03海岸防護(hù)的基本問題基本方法,§03海岸防護(hù)的基本問題基本方法,沙丘,瀉湖沙壩,§03海岸防護(hù)的基本問題基本方法,人工防護(hù)措施海堤、護(hù)岸和護(hù)坡體系被動型防護(hù)防波堤主動型防護(hù)丁壩主動型防護(hù)突堤（丁壩特例）主動型防護(hù)生態(tài)護(hù)岸主動型，或可持續(xù)型防護(hù)人工補(bǔ)沙被動型防護(hù)潮灘促淤圍墾主動型，或掠奪型防護(hù),§03海岸防護(hù)的基本問題基本方法,海堤、護(hù)岸和護(hù)坡體系位于海灘或潮灘上部，當(dāng)自然防護(hù)（如沙丘）能力不夠時，必須人工予以防護(hù)。海堤向海面可以是直立的，曲線的或階梯式的，經(jīng)常與海岸交通結(jié)合。海堤會產(chǎn)生局部問題，波浪沖擊擋浪墻所產(chǎn)生的水體向下的作用力，會迅速地沖走墻前的沙。為防止過多的沖刷和淘挖基礎(chǔ)，常常需要塊石保護(hù)。護(hù)岸是用不同類型的擋浪墻加固海濱，經(jīng)常使用直墻，作為較大風(fēng)暴時的防御線，護(hù)岸一般由打入的鋼樁、木樁或混凝土樁筑成，在暴露于大洋的地方，護(hù)岸不是長期的解決辦法，因為當(dāng)海灘繼續(xù)后退而較大的波浪到達(dá)建筑物前時，需要更為堅固的擋浪墻，除非結(jié)合其他類型的防護(hù)，否則必須把護(hù)岸加大成為能夠經(jīng)受波浪直接猛烈沖擊的巨型塊體海堤。護(hù)坡用來加固沙丘、陡岸或海堤的斜面，一般由一層或多層塊石組成或用混凝土建筑結(jié)構(gòu)，這種斜坡式的防護(hù)工程可以消散波浪能量，在其上的波浪對海灘的破壞作用與波浪沖擊直墻時相比要小一些。,§03海岸防護(hù)的基本問題基本方法,洞頭海堤,§03海岸防護(hù)的基本問題基本方法,清末張公擋浪墻（護(hù)坡）遺址,§03海岸防護(hù)的基本問題基本方法,黃河三角洲海堤、護(hù)坡工程,§03海岸防護(hù)的基本問題基本方法,防波堤主要功能是保護(hù)堤后海岸免遭海浪的侵蝕，堤后形成波影區(qū)，促使進(jìn)入波影區(qū)的泥沙沉積下來，有離岸明堤和潛堤，也有島式和連陸島式堤。消除波浪作用都會減少沿岸輸沙，干擾沿岸輸沙運動，并使下游的海灘缺少沙源補(bǔ)給。,§03海岸防護(hù)的基本問題基本方法,墨西哥液化石油氣碼頭防波堤,§03海岸防護(hù)的基本問題基本方法,丁壩是一種從后濱伸入沿岸帶的攔沙堤，丁壩的基本目的是阻止沙的沿岸運動，將其積聚于海濱或阻止其流失，除非對丁壩或丁壩群由其他人工補(bǔ)充沙源，否則采用丁壩攔沙將有損于鄰近下游的海濱，為了減小輸沙下游的財產(chǎn)受到的毀壞，在輸沙上游所允許的泥沙攔截量必須受到某些限制。由于越來越多的海濱被防護(hù)，用于自然補(bǔ)給的沙越來越少，要求并經(jīng)常需要人工投沙回填丁壩下游或丁壩群之間的地區(qū)，從而保證丁壩攔沙造成的周邊侵蝕。,§03海岸防護(hù)的基本問題基本方法,丁壩群,§03海岸防護(hù)的基本問題基本方法,突堤突堤是建在航道口門兩側(cè)的丁壩，用于改善口門通航條件。因波浪和流的作用沿著海岸輸移到入口的漂沙，在漲潮時向內(nèi)流入并形成內(nèi)沙壩，而落潮時向外流出并形成外沙壩，這兩種沙壩的形成都有害于出入口門的航行，必須加以控制以維持適當(dāng)?shù)暮降?。在攔截沿岸漂沙的功用方面，突堤和丁壩類似，突堤通常由鋼材、混凝土或塊石建造，突堤的型式取決于地基條件、波流和經(jīng)濟(jì)等因素，突堤造價遠(yuǎn)大于丁壩，因為突堤有時要從海濱線向海延伸到水深等于通航目的所希望的航道深度處，為了有效地維持航道，突堤必須有足夠的高度和長度以便完全阻止沙的搬運。,§03海岸防護(hù)的基本問題基本方法,連云港市贛榆港區(qū)突堤,§03海岸防護(hù)的基本問題基本方法,生態(tài)護(hù)岸是一種生物護(hù)灘技術(shù)，以求達(dá)到促淤保灘和恢復(fù)生態(tài)環(huán)境雙重目的。這種方法主要是通過保護(hù)已有植被外，通過人工種植的方法促使或恢復(fù)海岸地區(qū)植物的繁殖，植物的新陳代謝能夠為海岸地區(qū)增加大量的淤泥質(zhì)和固土根須，提高海岸防沖刷能力，同時也生產(chǎn)大量的養(yǎng)料，為鳥、蟲、魚、小動物等提供良好的生活、覓食環(huán)境。,§03海岸防護(hù)的基本問題基本方法,大米草,§03海岸防護(hù)的基本問題基本方法,人工補(bǔ)沙人工海灘補(bǔ)沙不是一種永久性的海岸防護(hù)方法。第26屆國際航運會議有關(guān)海灘補(bǔ)沙技術(shù)議題組的一條結(jié)論意見是“對于砂質(zhì)海岸進(jìn)行的海岸補(bǔ)沙，在需要時可與建造短而低的丁壩群或離岸堤相結(jié)合”。是一種相對經(jīng)濟(jì)的方案。,§03海岸防護(hù)的基本問題基本方法,大連星海灣浴場人工補(bǔ)沙,§03海岸防護(hù)的基本問題基本方法,潮灘促淤圍墾灘涂圍墾在我國有著悠久的歷史，解放以后圍墾的步伐更快，由于歷年圍墾，高灘面積已所剩不多，今后圍墾的主要方式將是中、低潮灘涂的促淤圍墾。,§03海岸防護(hù)的基本問題基本方法,甌飛灘圍墾（促淤）工程,§03海岸防護(hù)的基本問題基本方法,發(fā)展趨勢主動防護(hù)綜合防護(hù)生態(tài)防護(hù),§04海岸防護(hù)的工作方法,基礎(chǔ)資料調(diào)研國內(nèi)外防護(hù)的進(jìn)展分析、總結(jié)收集工程區(qū)及鄰近地區(qū)的水文、氣象站觀測資料收集工程相關(guān)區(qū)域的波浪、潮汐、海流、泥沙運移等資料收集工程相關(guān)區(qū)域的地質(zhì)、地貌及其演化資料、固定斷面資料等收集（購買）工程相關(guān)區(qū)域的高分辨率遙感衛(wèi)星序列資料防護(hù)措施初步設(shè)想工程環(huán)境現(xiàn)場調(diào)查與研究工區(qū)風(fēng)場及波浪場測量多參數(shù)自動測量儀等工區(qū)潮位觀測自計潮位儀工區(qū)沉積動力學(xué)調(diào)查,§04海岸防護(hù)的工作方法,走航式流場剖面測量走航式ADCP流速剖面儀海域高精度水深測量單波束、多波束測深儀潮灘地形控制測量、陸域地形控制測量水準(zhǔn)儀、全站儀旁側(cè)聲納掃描測量旁側(cè)聲納掃描儀底質(zhì)沉積物采樣工程地質(zhì)淺鉆及相關(guān)參數(shù)測量淺地層剖面測量定位系統(tǒng)調(diào)查比例尺根據(jù)用戶要求和規(guī)范，一般工區(qū)鄰近海域125000、工區(qū)優(yōu)于15000，地形測量最好采用多波束全覆蓋和旁掃地貌工程總體預(yù)設(shè)計,§04海岸防護(hù)的工作方法,模型試驗物理模型數(shù)值模擬施工設(shè)計中間試驗現(xiàn)場施工和跟蹤觀測,§0緒論脈絡(luò),海岸防護(hù)和海岸防護(hù)工程的定義課程的目的海岸防護(hù)的基本問題研究的核心問題海岸工程環(huán)境研究內(nèi)容外部動力、內(nèi)部動力和防御措施以及海岸穩(wěn)定性問題海岸防護(hù)的基本方法海堤、護(hù)岸和護(hù)坡體系、防波堤、丁壩、突堤、生態(tài)護(hù)岸、人工補(bǔ)沙、潮灘促淤圍墾海岸防護(hù)的工作方法基礎(chǔ)資料調(diào)研工程環(huán)境現(xiàn)場調(diào)查與研究工程總體預(yù)設(shè)計模型試驗施工設(shè)計中間試驗現(xiàn)場施工和跟蹤觀測,

簡介：水力學(xué),主講教師楊慶、張陵蕾2014年9～12月,FP，P，P的特性EULER平衡微分方程靜水壓強(qiáng)與單位質(zhì)量力的關(guān)系、靜水壓強(qiáng)與力勢函數(shù)的關(guān)系帕斯卡定律（巴斯加原理）等壓面的概念與性質(zhì)僅有重力作用水體靜水壓強(qiáng)計算的基本公式PA，P，P′，PKP′PAP，PKPAP′測壓管原理哪些面是等壓面標(biāo)準(zhǔn)大氣壓、工程大氣壓、水柱高度、水銀柱高度98KPA1個工程大氣壓10M水柱736MM水銀柱靜水壓強(qiáng)計算公式，幾何意義，能量意義,1章內(nèi)容簡要回顧,靜水壓力、靜水壓強(qiáng)分布圖作用在平面上的靜水總壓力的大小、方向及作用點作用在二向曲面上的靜水總壓力作用在二向曲面上的靜水總壓力的水平分力的大小、方向與作用線作用在二向曲面上的靜水總壓力的垂直分力的大小、方向與作用線壓力體的邊界組成作用在二向曲面上的靜水總壓力的大小、方向、作用線,1章內(nèi)容簡要回顧,2,液體運動的流束理論,本章學(xué)習(xí)基本要求,前言,實際工程中經(jīng)常遇到運動狀態(tài)的液體。液體的運動特性可用流速、加速度等一些物理量，即運動要素來表示。水動力學(xué)研究運動要素隨時空的變化情況，建立它們之間的關(guān)系式，并用這些關(guān)系式解決工程上的問題。液體做機(jī)械運動遵循物理學(xué)及力學(xué)中的質(zhì)量守恒定律、能量守恒定律及動量定律。,,目錄,211拉格朗日法拉格朗日法以研究個別液體質(zhì)點的運動為基礎(chǔ)，通過對每個液體質(zhì)點運動規(guī)律的研究來獲得整個液體運動的規(guī)律性。所以這種方法又稱質(zhì)點系法。,液體質(zhì)點是指具有無限小的體積的液體質(zhì)量，既不是液體分子，也不同于數(shù)學(xué)上的空間點（數(shù)學(xué)空間點既無大小也無質(zhì)量）。液體質(zhì)點相對于所研究的宏觀運動而言小得類似一個點，但包含有眾多液體分子。,21描述液體運動的兩種方法,運動軌跡,質(zhì)點速度,令質(zhì)點M在T0時刻的空間坐標(biāo)為A,B,C，任意時刻T的空間坐標(biāo)為X,Y,Z，則有,同理可得出質(zhì)點運動的加速度。,由于液體的易變形性，每個液體質(zhì)點的運動要素都隨時間連續(xù)變化，且與相鄰質(zhì)點有關(guān)。因此，用拉格朗日坐標(biāo)描述液體質(zhì)點群運動的數(shù)學(xué)方程將非常復(fù)雜，以致無法求解。使得這一方法的應(yīng)用受到很大限制。,212歐拉法歐拉法是以考察不同液體質(zhì)點通過固定的空間點的運動情況來了解整個流動空間的流動情況，即著眼于研究各種運動要素的分布場，所以這種方法又叫做流場法。歐拉法著眼于空間點，將液體運動要素表示為空間位置和時間的連續(xù)函數(shù)。令任意時刻T任意空間點X,Y,Z上液體質(zhì)點的流速為UX,UY,UZ，則有,21描述液體運動的兩種方法,若令T為常數(shù)，X，Y，Z為變數(shù)，則可求得在同一時刻，通過不同空間點上的液體質(zhì)點的流速的分布情況（即流速場）。,若令上式中X，Y，Z為常數(shù)，T為變數(shù)，即可求得在某一固定空間點上液體質(zhì)點在不同時刻通過該點的流速的變化情況。,同一液體質(zhì)點，經(jīng)過時間DT從某一空間點移動到另一點，質(zhì)點的流速和空間位置X,Y,Z都是時間T的函數(shù),其它運動要素也可類似地表示為空間坐標(biāo)和時間的函數(shù)。,21描述液體運動的兩種方法,22液體運動的一些基本概念,221恒定流與非恒定流,恒定流時，所有的運動要素對于時間的偏導(dǎo)數(shù)應(yīng)等于零,天然河流中的洪水，是典型的非恒定流。工程實踐中，對于運動要素隨時間變化較小的流動，常簡化成恒定流，以方便求解。,22液體運動的一些基本概念,222流線與跡線,,跡線,某一液體質(zhì)點在運動過程中，不同時刻所流經(jīng)的空間點而連成的線稱為跡線，即液體質(zhì)點運動時所走過的軌跡線。,流線是某一瞬時在流場中繪出的一條光滑曲線，在該曲線上所有各點的速度向量都與該曲線相切。,DRAWINGFLOWLINE,22液體運動的一些基本概念,22液體運動的一些基本概念,2231流管在水流中任意一微分面積DA，通過該面積的周界上的每一個點，均可作一根流線，這樣就構(gòu)成一個封閉的管狀曲面，稱為流管。,223微小流束與總流,2232微小流束充滿以流管為邊界的一束液流，稱為微小流束。微小流束的性質(zhì)微小流束內(nèi)外液體不會發(fā)生交換；恒定流微小流束的形狀和位置不會隨時間而改變，非恒定流時將隨時間改變；橫斷面上各點的流速和壓強(qiáng)可看作是相等的。因為微小,22液體運動的一些基本概念,2233總流任何一個實際水流都具有一定規(guī)模的邊界，這種有一定大小尺寸的實際水流稱為總流。總流可以看作是由無限多個微小流束所組成。,22液體運動的一些基本概念,2234過水?dāng)嗝媾c微小流束或總流的流線成正交的橫斷面稱為過水?dāng)嗝妗Ｔ撁娣eDA或A稱為過水?dāng)嗝婷娣e，單位M2。注意過水?dāng)嗝婵蔀槠矫嬉部蔀榍妗?22液體運動的一些基本概念,2235流量單位時間內(nèi)通過某一過水?dāng)嗝娴囊后w體積稱為流量。流量常用的單位為M3/S，用符號Q表示。微小流束流量總流流量,22液體運動的一些基本概念,2236斷面平均流速總流過水?dāng)嗝嫔系钠骄魉賄，是一個想象的流速，如果過水?dāng)嗝嫔细鼽c的流速都相等并等于V，此時所通過的流量與實際上流速為不均勻分布時所通過的流量相等，則流速V就稱為斷面平均流速。由此可見，通過總流過水?dāng)嗝娴牧髁康扔跀嗝嫫骄魉倥c過水?dāng)嗝婷娣e的乘積，也即過水?dāng)嗝嫔细鼽c水流均以同一平均流速運動。引入斷面平均流速的概念，可以使水流運動的分析得到簡化。,22液體運動的一些基本概念,若水流中任一點的運動要素只與一個空間自變量有關(guān)，這種水流稱為一元流或一維流動（1D）。流場中任何點的流速和兩個空間自變量有關(guān)，此種水流稱為二元流或二維流動（2D）。若水流中任一點的流速，與三個空間位置變量有關(guān)，這種水流稱為三元流或三維流動（3D）。微小流束為一元流；過水?dāng)嗝嫔细鼽c的流速用斷面平均流速代替的總流也可視為一元流；寬直矩形明渠為二元流；大部分水流的運動為三元流。,22液體運動的一些基本概念,224一元流、二元流、三元流,液流運動過程中遵循質(zhì)量守恒定律，連續(xù)性方程是質(zhì)量守恒定律的一種特殊方式。,根據(jù)質(zhì)量守恒定律在DT時段內(nèi)流入的質(zhì)量應(yīng)與流出的質(zhì)量相等。,取恒定流中微小流束，對不可壓縮的連續(xù)介質(zhì)，有,23恒定總流的連續(xù)性方程,不可壓縮液體恒定一元流微小流束的連續(xù)性方程為,對總流過水?dāng)嗝娣e分得,即為恒定總流的連續(xù)性方程。,變形可得,上式表明在不可壓縮液體恒定總流中，任意兩個過水?dāng)嗝嫫骄魉俚拇笮∨c過水?dāng)嗝婷娣e成反比，斷面大的地方流速小，斷面小的地方流速大。,連續(xù)性方程總結(jié)和反映了水流的過水?dāng)嗝婷娣e與斷面平均流速沿流程變化的規(guī)律。,例題一三通管如圖所示，其中兩支管直徑D115CM，D220CM，已知主管流量Q014M3/S，兩支管的斷面平均流速相等，求兩支管的流量Q1和Q2。,241理想液體恒定流微小流束的能量方程連續(xù)性方程說明了流速與過水?dāng)嗝娴年P(guān)系，是運動學(xué)方程。水流能量方程則是從動力學(xué)的觀點討論水流各運動要素之間的關(guān)系，是能量守恒定律在水流運動中的具體表現(xiàn)。首先討論理想液體恒定流微小流束的受力關(guān)系。,24恒定總流的能量方程,在理想液體恒定流中取一微小流束，并截取11和22斷面間的長為DS，斷面面積為DA的微分流段進(jìn)行研究。微分流段受到的外力有重力、動水壓力,對微分流段沿S方向應(yīng)用牛頓第二定律，有,11斷面動水壓力,22斷面動水壓力,重力沿S方向分力為,由于沿微小流束的運動是一元流，流速僅與流程坐標(biāo)有關(guān)，故有,代入上式并整理可得,將上式沿流程S積分得,對微小流束上的任意兩個過水?dāng)嗝嬗?為液體中某一點處的幾何高度，單位重量液體的位能；代表單位重量液體的壓能；22為該質(zhì)點單位重量液體所具有的動能。,上式表明在理想液體恒定流情況下，微小流束內(nèi)不同的過水?dāng)嗝嫔?，單位重量液體所具有的機(jī)械能保持相等。,上式即為理想液體恒定流微小流束的能量方程，又稱伯努利（BERNOULLI）方程。,在恒定總流中任取一微小流束進(jìn)行研究。微小流束兩端的過水?dāng)嗝娣謩e是11、22，其面積分別是DA1、DA2，面積形心至基準(zhǔn)面的高程分別是Z1、Z2。兩個過水?dāng)嗝娴牧魉賃1、U2和動水壓強(qiáng)P1、P2均為均勻分布。,動能定律運動物體在某時段內(nèi)動能的增量，等于各外力對物體所作功之和。即,經(jīng)過時間DT，微小流束從位置11至22運動到新位置1′1′至2′2′。微小流束動能的變化量為,根據(jù)質(zhì)量守恒定律，流段11′和22′的質(zhì)量應(yīng)相等，即,因此,作用在微小流束的外力有重力和動水壓力。,重力所作的功相當(dāng)于11′流段的液體移動到22′位置時的勢能變化，即,動水壓力所作的功為,根據(jù)動能定理，，可得,整理可得,上式即為理想液體恒定流微小流束的能量方程。盡管推導(dǎo)是針對微小流束應(yīng)用動能定理進(jìn)行的，但由于在初始時刻微小流束和控制體積重合，而液體又是恒定流，因此式中的各物理量就是微小流束過水?dāng)嗝嫔系闹怠?24恒定總流的能量方程,242實際液體恒定流微小流束的能量方程理想液體沒有粘滯性，無須克服內(nèi)摩擦力而消耗能量，其機(jī)械能保持不變。對實際液體，令單位重量液體從斷面11流至斷面22所損失的能量為HW′。則11斷面與22斷面間的能量守恒方程為上式為不可壓縮實際液體恒定流微小流束的能量方程。實用中需將上述方程對總流過水?dāng)嗝娣e分，以得到總流的能量方程。但積分只能針對特殊的水流運動才能實現(xiàn)。,運動要素,拉格朗日法與歐拉法,恒定流與非恒定流,流線與跡線,流管、微小流束、總流、過水?dāng)嗝妗⒘髁?、斷面平均流?微小流束性質(zhì),為什么以斷面平均流速描述的總流是一元流,恒定總流的連續(xù)性方程及其物理意義,理想液體恒定流微小流束的能量方程及其物理意義,本次課內(nèi)容的簡要回顧,21～210下周三（9月24日）交,本次作業(yè),42,THANKYOU,