工程流體力學(xué)課件第2章

1、第二章第二章 流體靜力學(xué)流體靜力學(xué)工程流體力學(xué)工程流體力學(xué)第二章第二章 流體靜力學(xué)流體靜力學(xué)22 流體靜壓強(qiáng)的流體靜壓強(qiáng)的分布規(guī)律分布規(guī)律23 壓強(qiáng)的壓強(qiáng)的計(jì)算基準(zhǔn)計(jì)算基準(zhǔn)和和量度單位量度單位24 液柱測(cè)壓計(jì)液柱測(cè)壓計(jì)25 作用于作用于平面平面的液體壓力的液體壓力26 作用于作用于曲面曲面的液體壓力的液體壓力21 流體流體靜壓強(qiáng)靜壓強(qiáng)及其特性及其特性27 流體平衡微分方程流體平衡微分方程28 水靜力學(xué)原理的運(yùn)用水靜力學(xué)原理的運(yùn)用（補(bǔ)充內(nèi)容補(bǔ)充內(nèi)容） 難點(diǎn)難點(diǎn)是：是： 1 1. .流體的平衡微分方程流體的平衡微分方程歐拉平衡方程歐拉平衡方程 2 2. .流流體作用在曲面上的總壓力計(jì)算體作用在曲面

2、上的總壓力計(jì)算 本章本章重點(diǎn)重點(diǎn)和和難點(diǎn)難點(diǎn)：重點(diǎn)重點(diǎn)是：是： 1 1. .靜壓強(qiáng)分布規(guī)律靜壓強(qiáng)分布規(guī)律 2 2. .壓強(qiáng)計(jì)算方法壓強(qiáng)計(jì)算方法 3 3. .壓強(qiáng)的度量單位壓強(qiáng)的度量單位 4 4. .靜水壓強(qiáng)分布圖靜水壓強(qiáng)分布圖 5 5. .靜水總壓力的計(jì)算靜水總壓力的計(jì)算 21 流體流體靜壓強(qiáng)靜壓強(qiáng)及其及其特性特性 p14一、流體靜壓強(qiáng)的一、流體靜壓強(qiáng)的定義定義 靜止流體中任一點(diǎn)的壓強(qiáng)以靜止流體中任一點(diǎn)的壓強(qiáng)以p表示，即表示，即 ：壓強(qiáng)的壓強(qiáng)的國(guó)際單位國(guó)際單位: N/m2(Pa)； 工程單位工程單位: kgf/m2或或kgf/cm2（bar）換算換算： 1bar=10 5 Pa 壓強(qiáng)壓強(qiáng)APp

3、Alim0P14(2-1-2)第二章第二章二、流體靜壓強(qiáng)的二、流體靜壓強(qiáng)的特性特性流體靜壓強(qiáng)有流體靜壓強(qiáng)有兩個(gè)兩個(gè)重要的重要的特性特性：1.1.流體靜壓強(qiáng)流體靜壓強(qiáng)方向方向和作用面的和作用面的內(nèi)法線內(nèi)法線方向一致，方向一致， 即靜止流體表面應(yīng)力只能是即靜止流體表面應(yīng)力只能是壓應(yīng)力壓應(yīng)力或或壓強(qiáng)壓強(qiáng) 。 2. 2.作用于作用于同一點(diǎn)上各方向的同一點(diǎn)上各方向的靜水壓強(qiáng)靜水壓強(qiáng)大小大小相等，相等， 與作用面的與作用面的方位無(wú)關(guān)方位無(wú)關(guān)。即：即：xyzpppp第二章第二章MNN12k2kPPnP2kP如圖有一靜止的流體如圖有一靜止的流體M，用用NN將將M分為分為1、2兩部分兩部分，取取2為脫離體進(jìn)行受

4、力分析為脫離體進(jìn)行受力分析，流體靜止流體靜止，P =0，又又靜止的流體不受拉，靜止的流體不受拉，靜壓強(qiáng)靜壓強(qiáng)P 的的方向方向指向受壓面。指向受壓面。第二章第二章130 xnppdxX類似地有：類似地有：當(dāng)四面體無(wú)限地趨于當(dāng)四面體無(wú)限地趨于0點(diǎn)時(shí)，則點(diǎn)時(shí)，則dx0，所以有：，所以有：xppxyzppppcos( , )0cos( , )0cos( , )0 xnxynyznzPPn xFPPn yFPPn zF證明：由于液體處于平衡狀態(tài)，則有證明：由于液體處于平衡狀態(tài)，則有 ，即各向分力投影之和亦為，即各向分力投影之和亦為 零，則：零，則： 0Fx方向方向:12xxPpdydz1cos( , )

5、2nnPn xpdydz/6xFXdxdydzyxzpxpzABCopypn 關(guān)于第二個(gè)特性，除以上的證明外，還可用一個(gè)簡(jiǎn)關(guān)于第二個(gè)特性，除以上的證明外，還可用一個(gè)簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)說(shuō)明，作用于同一點(diǎn)上各方向的靜水壓強(qiáng)單的實(shí)驗(yàn)說(shuō)明，作用于同一點(diǎn)上各方向的靜水壓強(qiáng)大小大小相等，與作用面的相等，與作用面的方位無(wú)關(guān)方位無(wú)關(guān)。hh22 流體靜壓強(qiáng)的分布規(guī)律流體靜壓強(qiáng)的分布規(guī)律一、一、液體靜壓強(qiáng)的基本方程液體靜壓強(qiáng)的基本方程（重力作用下靜水壓強(qiáng)的分布規(guī)律重力作用下靜水壓強(qiáng)的分布規(guī)律）1、推導(dǎo)方程、推導(dǎo)方程推導(dǎo)方程的條件：推導(dǎo)方程的條件：2) 液體靜止液體靜止、連續(xù)連續(xù)、 不可壓縮不可壓縮1) 質(zhì)量力僅為重力質(zhì)量

6、力僅為重力xyzokhzdAdzpp+dppozo第二章第二章在在靜止?fàn)顟B(tài)靜止?fàn)顟B(tài)下下，所有在所有在z 軸方向的外力的代數(shù)和為零軸方向的外力的代數(shù)和為零， 即：即：dzdpdAdzdAdpppdA0)(由分析可知，微分垂直液柱體在由分析可知，微分垂直液柱體在z 軸方向的受力軸方向的受力有：有：1）頂部所受的靜水壓力頂部所受的靜水壓力(p+dp)dA；2）底部所受的靜水壓力底部所受的靜水壓力pdA；3）液柱體的自重液柱體的自重rdAdz；第二章第二章 積分得積分得：) 1 (Cpz當(dāng)當(dāng)時(shí)時(shí)，自由面上的靜水壓強(qiáng)為氣體壓強(qiáng)自由面上的靜水壓強(qiáng)為氣體壓強(qiáng)po o, ,可求得常數(shù)可求得常數(shù) ：pzpzpz

7、coooo) 2 ()(hpzzppooo公式公式(1) 和和(2) 為液體靜壓強(qiáng)的基本方程為液體靜壓強(qiáng)的基本方程；（1）式式反映靜壓強(qiáng)的反映靜壓強(qiáng)的分布規(guī)律分布規(guī)律，（2）式式為任意一為任意一點(diǎn)點(diǎn)壓強(qiáng)的壓強(qiáng)的計(jì)算公式。計(jì)算公式。第二章第二章2、方程分析、方程分析重力作用下靜水壓強(qiáng)的分布規(guī)律重力作用下靜水壓強(qiáng)的分布規(guī)律pzC或或2211pzpzp2 / ooZ1Z2p1 / (1)(2)h為該點(diǎn)的位置相對(duì)基準(zhǔn)面為該點(diǎn)的位置相對(duì)基準(zhǔn)面的高度的高度，叫，叫位置水頭位置水頭；水力意義：水力意義：該點(diǎn)在壓強(qiáng)的作用下該點(diǎn)在壓強(qiáng)的作用下 沿測(cè)壓管上升的高度，稱沿測(cè)壓管上升的高度，稱壓強(qiáng)水頭壓強(qiáng)水頭； 稱稱

8、測(cè)壓管水頭測(cè)壓管水頭； 靜止液體內(nèi)各點(diǎn)靜止液體內(nèi)各點(diǎn)，其其測(cè)壓管水頭相等測(cè)壓管水頭相等；注注:測(cè)壓管水頭中的壓強(qiáng)必須用測(cè)壓管水頭中的壓強(qiáng)必須用相對(duì)壓強(qiáng)表示相對(duì)壓強(qiáng)表示。第二章第二章能量意義能量意義：代表單位重量液體所具有的代表單位重量液體所具有的位能位能；代表單位重量液體所具有的代表單位重量液體所具有的壓能壓能； 代表單位重量液體所具有的代表單位重量液體所具有的勢(shì)能勢(shì)能； 靜止液體內(nèi)靜止液體內(nèi)能量守恒能量守恒及及能量轉(zhuǎn)換能量轉(zhuǎn)換的關(guān)系的關(guān)系。第二章第二章測(cè)壓管動(dòng)畫測(cè)壓管動(dòng)畫1測(cè)壓管動(dòng)畫測(cè)壓管動(dòng)畫2hppo 式中：式中： p液體內(nèi)某點(diǎn)的壓強(qiáng)液體內(nèi)某點(diǎn)的壓強(qiáng)；( N/m2 ) po液面氣體的壓強(qiáng)液

9、面氣體的壓強(qiáng)；(N/m2 ) 液體的容重液體的容重；(N/m3 ) h某點(diǎn)在液面下的深度某點(diǎn)在液面下的深度；(m )P17 (2-2-3)第二章第二章1 1）僅在）僅在重力重力作用下，靜止流體中某一點(diǎn)的靜水壓作用下，靜止流體中某一點(diǎn)的靜水壓 強(qiáng)隨強(qiáng)隨深度按線性深度按線性規(guī)律增加。規(guī)律增加。當(dāng)容器敞開(kāi)時(shí)，液面壓強(qiáng)當(dāng)容器敞開(kāi)時(shí)，液面壓強(qiáng)po為大氣壓強(qiáng)為大氣壓強(qiáng)pa，則方程為：，則方程為：apph2 2）僅在）僅在重力重力作用下，靜止流體中某一點(diǎn)的靜水壓作用下，靜止流體中某一點(diǎn)的靜水壓 強(qiáng)等于表面壓強(qiáng)加上流體的容重與該點(diǎn)淹沒(méi)深強(qiáng)等于表面壓強(qiáng)加上流體的容重與該點(diǎn)淹沒(méi)深 度的乘積。度的乘積。結(jié)論：結(jié)論：

10、3 3）壓強(qiáng)的大小與容器的形狀無(wú)關(guān)。）壓強(qiáng)的大小與容器的形狀無(wú)關(guān)。靜止液體任一邊界面上壓強(qiáng)的變化，將均勻等值傳靜止液體任一邊界面上壓強(qiáng)的變化，將均勻等值傳到其他各點(diǎn)到其他各點(diǎn)帕斯卡定律帕斯卡定律。4 4）水平面是等壓面。）水平面是等壓面。第二章第二章二、二、等壓面等壓面（Equipressure Surface）等壓面等壓面：是指流體中壓強(qiáng)相等是指流體中壓強(qiáng)相等(p=const)的各點(diǎn)所組的各點(diǎn)所組 成的面。成的面。 重力作用下的水平面為等壓面重力作用下的水平面為等壓面應(yīng)滿足的應(yīng)滿足的條件條件： 1）靜止靜止； 2）連通連通(連續(xù)連續(xù))； 3）連通的介質(zhì)為連通的介質(zhì)為同一同一均質(zhì)流體均質(zhì)流體；

11、 p0A+ 1 2CCBB第二章第二章1 1）等壓面與質(zhì)量力）等壓面與質(zhì)量力正交正交；2 2）等壓面彼此不能相交；等壓面彼此不能相交；3 3）兩種互不相混的液體的）兩種互不相混的液體的分界面分界面為等壓面。為等壓面。等壓面的基本性質(zhì)：等壓面的基本性質(zhì)：第二章第二章油油水水AABB Hg水水FFEE第二章第二章等壓面意義等壓面意義1 1等壓面意義等壓面意義例例2-22-2（p20p20）密度為）密度為 a 和和 b的兩種不相混的液體，裝在的兩種不相混的液體，裝在圖示的容器中圖示的容器中，各液面深度如圖所示各液面深度如圖所示，若若 b=1000kg/m3，大氣壓強(qiáng)大氣壓強(qiáng)pa =98kPa，求求

12、a 及及pA 。解解根據(jù)題意根據(jù)題意aakPppp9841由等壓面的性質(zhì)可知由等壓面的性質(zhì)可知32pp 又根據(jù)公式又根據(jù)公式5 . 02gppaa)5 . 085. 0(3gppba1. 先求先求 a0.85m0.5m0.5m a b33221144A32pp bba35. 0)5 . 085. 0(5 . 03/70010007 . 07 . 0mkgbaabaaAkPggpp4 .1065 . 05 . 02. 再求再求pA答：答： a 等于等于700kg/m3及及pA等于等于106.4kPa為所求為所求。0.85m0.5m0.5m a b33221144Azo相對(duì)平衡的流體存在慣性力。相

13、對(duì)平衡的流體存在慣性力。2.相對(duì)平衡的流體的等壓面是否為水平面？相對(duì)平衡的流體的等壓面是否為水平面？為什么為什么？1.什么是等壓面？什么是等壓面？ 重力作用下水平面是等壓面的重力作用下水平面是等壓面的條件條件是什么？是什么？思思 考考 題題第二章第二章三、氣體壓強(qiáng)計(jì)算三、氣體壓強(qiáng)計(jì)算 p20 上述方程雖是在上述方程雖是在液體液體的基礎(chǔ)上推導(dǎo)的基礎(chǔ)上推導(dǎo)，但對(duì)但對(duì)不可壓縮的不可壓縮的氣體氣體仍然適用。仍然適用。 氣體的容重很小氣體的容重很小，若高差不大若高差不大，氣柱產(chǎn)生的壓強(qiáng)值氣柱產(chǎn)生的壓強(qiáng)值很小很小，一般忽略一般忽略不計(jì)不計(jì)。 即即: po 例如，例如，液體容器液體容器、鍋爐鍋爐、測(cè)測(cè)壓管等

14、上部壓管等上部的氣體空間的氣體空間，都都看作看作各點(diǎn)壓強(qiáng)各點(diǎn)壓強(qiáng)相等相等。第二章第二章23 壓強(qiáng)的計(jì)算基準(zhǔn)和量度單位壓強(qiáng)的計(jì)算基準(zhǔn)和量度單位 p21一、一、壓強(qiáng)的壓強(qiáng)的兩種兩種計(jì)算基準(zhǔn)計(jì)算基準(zhǔn)絕對(duì)壓強(qiáng)絕對(duì)壓強(qiáng)( (Absolute Pressure):): 是以絕對(duì)真空狀態(tài)下的壓強(qiáng)是以絕對(duì)真空狀態(tài)下的壓強(qiáng)( (絕對(duì)零壓強(qiáng)絕對(duì)零壓強(qiáng)) )為基準(zhǔn)計(jì)為基準(zhǔn)計(jì)量的壓強(qiáng)量的壓強(qiáng)，以，以p(p abs )表示；表示；相對(duì)壓強(qiáng)相對(duì)壓強(qiáng)( (Relative Pressure) ): : 是以當(dāng)?shù)卮髿鈮簽榛鶞?zhǔn)計(jì)量的壓強(qiáng)。以是以當(dāng)?shù)卮髿鈮簽榛鶞?zhǔn)計(jì)量的壓強(qiáng)。以p表示；表示；兩者之間的關(guān)系兩者之間的關(guān)系： p= p

15、p a第二章第二章)(ppppppaav流體中某點(diǎn)的絕對(duì)壓強(qiáng)流體中某點(diǎn)的絕對(duì)壓強(qiáng)小于小于大氣壓強(qiáng)時(shí)，則該點(diǎn)存在大氣壓強(qiáng)時(shí)，則該點(diǎn)存在真空真空。真空壓強(qiáng)真空壓強(qiáng)（Vacuum Pressure）： 當(dāng)絕對(duì)當(dāng)絕對(duì)壓強(qiáng)壓強(qiáng)小于小于大氣壓強(qiáng)大氣壓強(qiáng)時(shí)時(shí)，相對(duì)壓強(qiáng)，相對(duì)壓強(qiáng)為負(fù)值，為負(fù)值，負(fù)負(fù)值值的相對(duì)壓強(qiáng)的相對(duì)壓強(qiáng)的絕對(duì)值稱為的絕對(duì)值稱為真空壓強(qiáng)真空壓強(qiáng)，以以pV表示表示。 第二章第二章真空度是指大小真空度是指大小, , 即即：或或 h v ppvpabsabs1 1p1 1pa a 由圖可見(jiàn)：由圖可見(jiàn)：1 1）絕對(duì)壓強(qiáng)總為）絕對(duì)壓強(qiáng)總為正值正值，最小為零；，最小為零；2 2）絕對(duì)壓強(qiáng)和相對(duì)壓強(qiáng)相差大

16、氣壓；）絕對(duì)壓強(qiáng)和相對(duì)壓強(qiáng)相差大氣壓；3 3）相對(duì)壓強(qiáng)）相對(duì)壓強(qiáng)可正可負(fù)可正可負(fù)；注意：注意：當(dāng)絕對(duì)壓強(qiáng)小當(dāng)絕對(duì)壓強(qiáng)小于大氣壓強(qiáng)時(shí)，相對(duì)于大氣壓強(qiáng)時(shí)，相對(duì)壓強(qiáng)為負(fù)值，這個(gè)負(fù)壓強(qiáng)為負(fù)值，這個(gè)負(fù)值的大小就是值的大小就是真空度真空度。一般，一般，計(jì)算時(shí)無(wú)特殊說(shuō)明時(shí)均采用計(jì)算時(shí)無(wú)特殊說(shuō)明時(shí)均采用相對(duì)壓強(qiáng)相對(duì)壓強(qiáng)計(jì)算計(jì)算。12pabs2abs2p 絕對(duì)壓強(qiáng)基準(zhǔn)絕對(duì)壓強(qiáng)基準(zhǔn)相對(duì)壓強(qiáng)基準(zhǔn)相對(duì)壓強(qiáng)基準(zhǔn)poooo第二章第二章相對(duì)壓強(qiáng)的實(shí)際意義相對(duì)壓強(qiáng)的實(shí)際意義 p22如圖所示：如圖所示：1 1）假定容器的活塞打開(kāi)假定容器的活塞打開(kāi)po =pa 相對(duì)壓強(qiáng)為零相對(duì)壓強(qiáng)為零容器內(nèi)容器內(nèi)（外外）的氣體的氣體壓強(qiáng)為壓強(qiáng)為

17、大氣壓強(qiáng)大氣壓強(qiáng)力學(xué)效應(yīng)相互抵消，等于沒(méi)有受力力學(xué)效應(yīng)相互抵消，等于沒(méi)有受力。popa相對(duì)壓強(qiáng)的相對(duì)壓強(qiáng)的力學(xué)作用力學(xué)作用第二章第二章popa相對(duì)壓強(qiáng)的相對(duì)壓強(qiáng)的力學(xué)作用力學(xué)作用2 2）假定容器的壓強(qiáng)假定容器的壓強(qiáng) po 0 如果打開(kāi)活塞，如果打開(kāi)活塞，氣流向外流出，且流出的速氣流向外流出，且流出的速度與相對(duì)壓強(qiáng)的大小有關(guān)度與相對(duì)壓強(qiáng)的大小有關(guān)。3 3）假定容器的壓強(qiáng)假定容器的壓強(qiáng) po 0 如果打開(kāi)活塞，如果打開(kāi)活塞， 空氣一定會(huì)吸入，吸入的速度也與負(fù)的相對(duì)壓強(qiáng)空氣一定會(huì)吸入，吸入的速度也與負(fù)的相對(duì)壓強(qiáng)的大小有關(guān)的大小有關(guān)。 可見(jiàn)，引起固體和流體的力學(xué)效應(yīng)只是相對(duì)壓強(qiáng)，可見(jiàn)，引起固體和流體的

18、力學(xué)效應(yīng)只是相對(duì)壓強(qiáng)，而不是絕對(duì)壓強(qiáng)。而不是絕對(duì)壓強(qiáng)。第二章第二章二、二、壓強(qiáng)的壓強(qiáng)的三種三種量度方法量度方法1.用單位面積上的壓力表示用單位面積上的壓力表示; 國(guó)際單位國(guó)際單位 (pa) N/m2 ； 工程單位工程單位 kgf/cm2 ；2.以大氣壓表示以大氣壓表示; 標(biāo)準(zhǔn)大氣壓標(biāo)準(zhǔn)大氣壓：atm ; 工程大氣壓工程大氣壓：at1atm =101.325kPa ; 1at= 1kgf/ cm2 ；3.用液柱高度表示用液柱高度表示; 常用常用水柱高水柱高(m)或或汞柱高汞柱高(mmHg)表示表示。1atm 相當(dāng)于；相當(dāng)于；)(33.1098071013252)3()2(OHmphmNmNa10

19、1325760()133375pahmm Hg第二章第二章1at相當(dāng)于相當(dāng)于；()2()31000010 ()21000kgfmkgfmpahm H O10000736()13600gpahmm HagagkPcmkgfHmmmatkPHmmmatm98/1)(736101325.101)(76033.1012atmatatatm968. 01033. 11222219.807/11/mmH oN mmmH okgfm單位的換算見(jiàn)表單位的換算見(jiàn)表2-1;p242-1;p24第二章第二章例題例題1 1如圖所示如圖所示, ,液面壓強(qiáng)為大氣壓強(qiáng)液面壓強(qiáng)為大氣壓強(qiáng), ,水的容水的容重重=9.8kN/m

20、3，求液面以下求液面以下0.7m處處A點(diǎn)的點(diǎn)的絕對(duì)壓強(qiáng)絕對(duì)壓強(qiáng)及及相對(duì)壓強(qiáng)相對(duì)壓強(qiáng)，并用不同的并用不同的單位單位表示。表示。解解：1.1. 用應(yīng)力單位表示用應(yīng)力單位表示：989.8 0.7104.86AaapphkP A點(diǎn)相對(duì)壓強(qiáng)為：點(diǎn)相對(duì)壓強(qiáng)為：9.8 0.76.86AaphkPA點(diǎn)絕對(duì)壓強(qiáng)為：點(diǎn)絕對(duì)壓強(qiáng)為：2.2.用工程大氣壓表示用工程大氣壓表示：因工程大氣壓因工程大氣壓pa=98kPa，所以用工程大氣壓表示時(shí)，則，所以用工程大氣壓表示時(shí)，則A點(diǎn)的點(diǎn)的絕對(duì)壓強(qiáng)絕對(duì)壓強(qiáng)：104.86981.07Aapp個(gè)工程大氣壓AhP0=Pa6.86980.07Aapp個(gè)工程大氣壓A點(diǎn)點(diǎn)相對(duì)壓強(qiáng)相對(duì)壓強(qiáng)為

21、為：3.3.用液柱高度表示用液柱高度表示：（1）用用水柱高水柱高表示表示：A點(diǎn)點(diǎn)絕對(duì)壓強(qiáng)絕對(duì)壓強(qiáng)為為：104.8629.810.7AphmH OA點(diǎn)點(diǎn)相對(duì)壓強(qiáng)相對(duì)壓強(qiáng)為為：6.8629.80.7AphmH O（2 2）用用水銀柱高水銀柱高表示表示：A點(diǎn)點(diǎn)絕對(duì)壓強(qiáng)絕對(duì)壓強(qiáng)為為：A點(diǎn)點(diǎn)相對(duì)壓強(qiáng)相對(duì)壓強(qiáng)為為：104.86133.280.78778.7AmphmcmHg6.86133.280.05155.15AmphmcmHg第二章第二章例題例題2:2:在在封閉容器封閉容器內(nèi)裝有水，其自由表面壓強(qiáng)內(nèi)裝有水，其自由表面壓強(qiáng)po=68.6kPa。求水面以下求水面以下2m處處N點(diǎn)的絕對(duì)壓強(qiáng)，相對(duì)壓強(qiáng)及真空壓

22、強(qiáng)。點(diǎn)的絕對(duì)壓強(qiáng)，相對(duì)壓強(qiáng)及真空壓強(qiáng)。如圖所示：如圖所示：NhP0PaN點(diǎn)的點(diǎn)的絕對(duì)壓強(qiáng)絕對(duì)壓強(qiáng)；解解：akPhpp2 .8828 . 96 .680N點(diǎn)的點(diǎn)的真空壓強(qiáng)；真空壓強(qiáng)；N點(diǎn)的點(diǎn)的相對(duì)壓強(qiáng)；相對(duì)壓強(qiáng)；88.2989.8aapppkP 9888.29.8vaapppkP結(jié)果表明：容器內(nèi)結(jié)果表明：容器內(nèi)N點(diǎn)產(chǎn)生點(diǎn)產(chǎn)生負(fù)壓負(fù)壓; ;請(qǐng)同學(xué)們課后將上述各壓強(qiáng)用請(qǐng)同學(xué)們課后將上述各壓強(qiáng)用工程大氣壓工程大氣壓和和液柱高液柱高表示。表示。例例1. 如圖所示如圖所示, 有一封閉水箱，箱內(nèi)的水面至基準(zhǔn)有一封閉水箱，箱內(nèi)的水面至基準(zhǔn)面高度面高度z =2m，水面以下，水面以下A、B兩點(diǎn)的位置高度分別兩點(diǎn)的

23、位置高度分別zA=1.0m, zB=1.2m, 液面壓強(qiáng)液面壓強(qiáng) p0=105kPa, 試求試求：（1） A、B兩點(diǎn)的絕對(duì)壓強(qiáng)及相對(duì)壓強(qiáng)；兩點(diǎn)的絕對(duì)壓強(qiáng)及相對(duì)壓強(qiáng)；（2） A、B兩點(diǎn)的測(cè)壓管水頭。兩點(diǎn)的測(cè)壓管水頭。根據(jù)題中所給條件，先求壓強(qiáng)，再求測(cè)壓管水頭根據(jù)題中所給條件，先求壓強(qiáng)，再求測(cè)壓管水頭。1. 求求A、B兩點(diǎn)絕對(duì)壓強(qiáng)兩點(diǎn)絕對(duì)壓強(qiáng)hppA0B點(diǎn)絕對(duì)壓強(qiáng)點(diǎn)絕對(duì)壓強(qiáng)kPazzppBB84.112)2 . 12(8 . 9105)(0解解: :由公式：由公式：kPazzppAA8 .114) 12(8 . 9105)(0得得A點(diǎn)絕對(duì)壓強(qiáng)點(diǎn)絕對(duì)壓強(qiáng)第二章第二章2. 求求A 、B兩點(diǎn)相對(duì)壓強(qiáng)兩點(diǎn)

24、相對(duì)壓強(qiáng)kPapppaAA8 .16988 .114kPapppaBB84.149884.112A點(diǎn)相對(duì)壓強(qiáng)點(diǎn)相對(duì)壓強(qiáng)B點(diǎn)相對(duì)壓強(qiáng)點(diǎn)相對(duì)壓強(qiáng)第二章第二章mpzHBBB714. 28 . 984.142 . 1根據(jù)測(cè)壓管水頭定義，得根據(jù)測(cè)壓管水頭定義，得A、B兩點(diǎn)測(cè)壓管水頭為：兩點(diǎn)測(cè)壓管水頭為：mpzHAAA714. 28 . 98 .160 . 13. 求求A、B兩點(diǎn)測(cè)壓管水頭兩點(diǎn)測(cè)壓管水頭A、B兩點(diǎn)測(cè)壓管水頭的計(jì)算結(jié)果說(shuō)明了什么兩點(diǎn)測(cè)壓管水頭的計(jì)算結(jié)果說(shuō)明了什么?第二章第二章1.若人所能承受的最大壓力若人所能承受的最大壓力為為1274KPa (絕對(duì)絕對(duì) 壓強(qiáng)壓強(qiáng))，則潛水員的則潛水員的極限潛

25、水深度極限潛水深度為多少為多少？3. 若測(cè)壓管水頭為若測(cè)壓管水頭為1m，壓強(qiáng)水頭為壓強(qiáng)水頭為 1.5m， 則則測(cè)壓管最小長(zhǎng)度測(cè)壓管最小長(zhǎng)度應(yīng)該為多少應(yīng)該為多少？4. 為什么為什么虹吸管虹吸管能將水輸送到一定的高度？能將水輸送到一定的高度？想想 一一 想想2. 潛水員在海水潛水員在海水(=1030kg/m3)中中50m深處承受深處承受 的壓強(qiáng)是多少的壓強(qiáng)是多少？第二章第二章5、世界上最深的海有多少米？最深處的壓強(qiáng)多大？世界上最深的海有多少米？最深處的壓強(qiáng)多大？ 現(xiàn)代潛水機(jī)器（潛水艇）能否到達(dá)那里？現(xiàn)代潛水機(jī)器（潛水艇）能否到達(dá)那里？1. 潛水員的極限潛水深度為潛水員的極限潛水深度為；512.74

26、 101309800phmoop1 / =1.5z3. 測(cè)壓管最小長(zhǎng)度為測(cè)壓管最小長(zhǎng)度為1.5m。4. 因?yàn)楹缥軆?nèi)出現(xiàn)了因?yàn)楹缥軆?nèi)出現(xiàn)了真空真空。2. p= gh=1030 9.8 50=5.05105Pa第二章第二章5.5.馬力亞納海溝，最深馬力亞納海溝，最深11034m, Trieste的里雅斯特號(hào)的里雅斯特號(hào) 深海艇深海艇1960年年1月月23日到達(dá)日到達(dá)10911米處米處。1.1.靜水中某點(diǎn)的絕對(duì)壓強(qiáng)為靜水中某點(diǎn)的絕對(duì)壓強(qiáng)為39.39.2kN/m2。問(wèn)該點(diǎn)是否。問(wèn)該點(diǎn)是否 存在真空？若存在，則真空高度為多少？存在真空？若存在，則真空高度為多少？問(wèn)問(wèn) 題題3.“3.“等壓面必為水平面

27、等壓面必為水平面”，這種說(shuō)法正確嗎？這種說(shuō)法正確嗎？為什么為什么？4.4.在靜止流體中，各點(diǎn)的測(cè)壓管水頭在靜止流體中，各點(diǎn)的測(cè)壓管水頭是否相等是否相等？ 在流動(dòng)的流體中呢？在流動(dòng)的流體中呢？2.2.基本方程基本方程中，壓強(qiáng)中，壓強(qiáng) 是相對(duì)壓強(qiáng)還是絕對(duì)壓強(qiáng)？是相對(duì)壓強(qiáng)還是絕對(duì)壓強(qiáng)？ 或二者都可？或二者都可？為什么為什么？第二章第二章2.2.相對(duì)；不可；絕對(duì)需加水頭相對(duì)；不可；絕對(duì)需加水頭10m，而已互相抵消。，而已互相抵消。參參 考考 答答 案案mpphav34. 68 . 92 .393 .1011.3.3.否；因?yàn)橄鄬?duì)平衡的流體存在慣性力。否；因?yàn)橄鄬?duì)平衡的流體存在慣性力。4.4.相等；均勻

28、流、漸變流中相等，急變流中不相等。相等；均勻流、漸變流中相等，急變流中不相等。第二章第二章三三 靜水壓強(qiáng)分布圖靜水壓強(qiáng)分布圖 靜水壓強(qiáng)分布圖繪制靜水壓強(qiáng)分布圖繪制原則原則：(一般繪相對(duì)壓強(qiáng)分布圖一般繪相對(duì)壓強(qiáng)分布圖)1. 根據(jù)基本方程式根據(jù)基本方程式 p= h 繪制繪制靜水壓強(qiáng)大小靜水壓強(qiáng)大小；2. 靜水壓強(qiáng)靜水壓強(qiáng)垂直于垂直于作用面且為作用面且為壓應(yīng)力壓應(yīng)力。(方向方向:垂直于作用面垂直于作用面) h1 h2 h1 hhAB hh2h1AB第二章第二章大壩的壓強(qiáng)分布大壩的壓強(qiáng)分布ABhH畫出下列圖中畫出下列圖中AB面上靜水壓強(qiáng)分布圖面上靜水壓強(qiáng)分布圖 H h （H-h）第二章第二章畫出下列圖

29、中畫出下列圖中AB面上靜水壓強(qiáng)分布圖面上靜水壓強(qiáng)分布圖課堂練習(xí)課堂練習(xí)hHAB第二章第二章金屬式測(cè)壓計(jì)金屬式測(cè)壓計(jì)壓電晶體式傳感器壓電晶體式傳感器24 液柱測(cè)壓計(jì)液柱測(cè)壓計(jì) p24一一 測(cè)壓管測(cè)壓管 測(cè)壓管測(cè)壓管 (Pizometric Tube): 測(cè)壓管測(cè)壓管是以液柱高度為表征測(cè)量點(diǎn)壓強(qiáng)的連通管是以液柱高度為表征測(cè)量點(diǎn)壓強(qiáng)的連通管。 一端與要測(cè)的點(diǎn)連接，另一端與大氣相通。一端與要測(cè)的點(diǎn)連接，另一端與大氣相通。 適用范圍適用范圍：測(cè)壓管適用于測(cè)量：測(cè)壓管適用于測(cè)量較小的壓強(qiáng)較小的壓強(qiáng)( (相對(duì)壓強(qiáng)小相對(duì)壓強(qiáng)小 于于0.2大氣壓，不能用于測(cè)量高壓及真空。大氣壓，不能用于測(cè)量高壓及真空。A ph

30、由等壓面原理計(jì)算由等壓面原理計(jì)算：A hp0第二章第二章測(cè)壓管測(cè)壓管2211Apgzgzz2BBz1 1 2p0A+c c 水銀測(cè)壓計(jì)與水銀測(cè)壓計(jì)與U形測(cè)壓計(jì)形測(cè)壓計(jì)11022Apgzpgz 適用范圍適用范圍：用于測(cè)定管道或容器中某點(diǎn)流體壓強(qiáng)用于測(cè)定管道或容器中某點(diǎn)流體壓強(qiáng)。第二章第二章U U形測(cè)壓計(jì)形測(cè)壓計(jì)當(dāng)要測(cè)量更大的壓強(qiáng)，可用當(dāng)要測(cè)量更大的壓強(qiáng)，可用多級(jí)多級(jí)U形水銀測(cè)壓計(jì)形水銀測(cè)壓計(jì)水水HgpaA1h1h2h3234567h48由等壓面可知由等壓面可知p2= p3p4= p5p6= p7p8= pA第二章第二章再由靜水壓強(qiáng)基本公式列出再由靜水壓強(qiáng)基本公式列出2、3、4、5、6、7、8 和

31、和A點(diǎn)壓強(qiáng)表達(dá)式點(diǎn)壓強(qiáng)表達(dá)式，經(jīng)整理得經(jīng)整理得 A 點(diǎn)壓強(qiáng)為：點(diǎn)壓強(qiáng)為：pA = Hg ( h1+ h3 ) - ( h4+ h2 )式中式中： h1、 h3 介質(zhì)分界面以上水銀柱高介質(zhì)分界面以上水銀柱高； h2、 h4介質(zhì)分界面以上水柱高介質(zhì)分界面以上水柱高； 水的容重水的容重；(N /m3 )； Hg水銀的容重水銀的容重；(N /m3 )。上式可改寫為以下形式：上式可改寫為以下形式：hhpHgHgA第二章第二章二、二、 壓差計(jì)壓差計(jì) 適用范圍適用范圍：測(cè)定液體中兩點(diǎn)的壓強(qiáng)差或測(cè)壓管水頭。：測(cè)定液體中兩點(diǎn)的壓強(qiáng)差或測(cè)壓管水頭。壓差計(jì)壓差計(jì)空氣壓差計(jì)空氣壓差計(jì)：用于惻中用于惻中、低壓低壓差差油

32、壓差計(jì)油壓差計(jì)：用于測(cè)很小的壓差用于測(cè)很小的壓差水銀壓差計(jì)水銀壓差計(jì)：用于測(cè)高壓差用于測(cè)高壓差 金屬測(cè)壓計(jì)金屬測(cè)壓計(jì)適用范圍適用范圍：用于測(cè)定較大壓強(qiáng)。：用于測(cè)定較大壓強(qiáng)。 真空計(jì)真空計(jì)適用范圍適用范圍：用于測(cè)量真空。：用于測(cè)量真空。第二章第二章壓差計(jì)U形測(cè)壓計(jì)水銀測(cè)壓計(jì)壓差計(jì)原理壓差計(jì)原理A + Bz1z2hm21 AB1221AAmBBmABBmAmApzhpzhppzhzh如果如果A A、B B兩處為同一液體兩處為同一液體，即即A= B = , 則：則：mBAhzzpp)()(12又又如果如果A A、B B兩處為同一液體，且在同一高程兩處為同一液體，且在同一高程z1 1= = z2 2

33、則：則：()ABmpph再如果再如果A A、B B兩處為同一氣體兩處為同一氣體， 則：則：ABmpph（因?yàn)椋ㄒ驗(yàn)?很小很小, hm 忽略不計(jì)忽略不計(jì)）注意注意：如果測(cè)定兩點(diǎn)的壓差不大時(shí)如果測(cè)定兩點(diǎn)的壓差不大時(shí)，用空氣壓差計(jì)用空氣壓差計(jì)(見(jiàn)書見(jiàn)書p26)A + B 1 2zAz1z3z2zBNM ho o壓差計(jì)計(jì)算壓差計(jì)計(jì)算若若A、B中流體均為水中流體均為水， 2為水銀，則為水銀，則: :112231gzgzgzppBAhhpzpzwHgwBBwAA6 .12) 1()()(第二章第二章Padp15590035. 041541522hgghp21解解活塞重量使其底面產(chǎn)生的壓強(qiáng)為活塞重量使其底面

34、產(chǎn)生的壓強(qiáng)為列等壓面方程列等壓面方程由上式可解得由上式可解得cmhgph4 .167 . 013600920806. 9136001559021231322 3351592013600U0.7dmmNkg mkg mhmU例如圖，一壓強(qiáng)測(cè)試裝置，活塞直徑，重，油的密度，水銀的密度，若不計(jì)活塞的摩擦和泄漏，試計(jì)算活塞底面和 形管中水銀液面的高度差時(shí)， 形管中兩水銀液面的高度差。23250200hmmhmm，4514433432232312111hhgppghppghppghppghppBA45143322311hhgghghghghppAB解解圖中圖中1-1,2-21-1,2-2和和3-33-3

35、均為等壓面均為等壓面, ,根據(jù)流體靜壓強(qiáng)計(jì)算公式根據(jù)流體靜壓強(qiáng)計(jì)算公式, ,可以逐個(gè)寫出每一點(diǎn)的靜壓強(qiáng)可以逐個(gè)寫出每一點(diǎn)的靜壓強(qiáng), ,分別為分別為將上式逐個(gè)代入下一個(gè)式子將上式逐個(gè)代入下一個(gè)式子整理后得整理后得A,BA,B兩點(diǎn)的壓強(qiáng)差兩點(diǎn)的壓強(qiáng)差PaghghghghhhgppBA678676 . 0980625. 01334002 . 078503 . 01334003 . 05 . 0980611233243451例例-4-4如圖所示，已知如圖所示，已知 4=300hmm5=500hmm333123100080013598kg mkg mkg m，求A B兩點(diǎn)的壓強(qiáng)差）。（已知水銀的密度狀態(tài)

36、時(shí)兩活塞的高度差不計(jì)活塞質(zhì)量，求平衡，上部通大氣。若，活塞上受力；第二個(gè)圓筒氣體的計(jì)示壓強(qiáng)，密封，活塞上受力徑子連接。第一個(gè)圓筒直如圖所示，兩圓筒用管例32211136005 .494530981031974552mkghNFcmdPapNFcmde1FPadFp2010145. 043197422111解解在F1,F2作用下,活塞底面產(chǎn)生的壓強(qiáng)分別為PadFp699643 . 045 .4945422222圖中a-a為等壓面,題目中給出的第一個(gè)圓筒上部是計(jì)示壓強(qiáng),所以第二個(gè)圓筒上部的大氣壓強(qiáng)不必考慮，列等壓面方程21pghppe解上式得mgppphe3 . 0806. 91360020101

37、98106996412 1. 1.為什么為什么U U型測(cè)壓管中常用水銀做型測(cè)壓管中常用水銀做工作流體工作流體？1.1.壓縮性?。粔嚎s性??；2.2.汽化壓強(qiáng)低；汽化壓強(qiáng)低；3.3.密度大。密度大。2.2.測(cè)壓管的管徑不應(yīng)小于測(cè)壓管的管徑不應(yīng)小于1 1cm，為什么為什么？避免毛細(xì)現(xiàn)象避免毛細(xì)現(xiàn)象作業(yè)：作業(yè)：p44，2-2，2-5，2-8，2-11，2-14；第二章第二章25 作用于作用于平面上的液體壓力平面上的液體壓力 p27兩種兩種方法：方法：解析法解析法和和圖解法圖解法。一、解析法一、解析法 作用力的大小作用力的大小xhphchdpyycyDDP自由液面自由液面CyodApaabdAyhdAp

38、dAdPsin第二章第二章AAAydAhdApdAdPPsinxhphchdpyycyDDP自由液面自由液面CyodApaab結(jié)論結(jié)論：作用于液體中的任意形狀作用于液體中的任意形狀平面平面的總靜水壓力的總靜水壓力P，大小大小等于受壓面面積等于受壓面面積A與其與其形心點(diǎn)形心點(diǎn)的靜壓強(qiáng)的靜壓強(qiáng)pc之積之積。由理論力學(xué)可知由理論力學(xué)可知AyydAcAApAhAydPPcccsin第二章第二章為靜面矩為靜面矩AydA 總壓力方向、壓力中心總壓力方向、壓力中心( (作用點(diǎn)作用點(diǎn)) )壓力中心壓力中心：根據(jù)合力矩定理根據(jù)合力矩定理：總壓力方向：總壓力方向：與作用面垂直并指向作用面。與作用面垂直并指向作用面

39、。AyPcsinADdAydPyyP2sinAyJyAyJPJyccccxxDsinceDccJyyyy Ap28 (2-5-2)p28 (2-5-3)公式公式(2-5-2)和和(2-5-3)就是求壓力中心的公式。就是求壓力中心的公式。 式中式中：Jx面積面積A繞繞ox軸的慣性矩軸的慣性矩； Jc面積面積A繞其與繞其與ox軸平行的形心軸的慣性矩軸平行的形心軸的慣性矩； ye 壓力中心沿壓力中心沿y軸方向至受壓面形心的距離軸方向至受壓面形心的距離； yD 壓力中心沿壓力中心沿y軸方向至液面交線的距離軸方向至液面交線的距離； yc 受壓面形心沿受壓面形心沿y 軸方向至液面交線的距離軸方向至液面交線

40、的距離； A 受壓面的面積受壓面的面積。 由于由于總是正值總是正值，則則 ,說(shuō)明壓力中心說(shuō)明壓力中心 點(diǎn)點(diǎn)總是總是低于低于形心形心 。第二章第二章只有當(dāng)只有當(dāng)受壓面位置受壓面位置為為水平放置水平放置時(shí)，時(shí)，壓力中心壓力中心與與形心形心才才重合重合。注意：注意：只要只要平面面積平面面積與與形心深度形心深度不變不變; ;1.1.面積上的面積上的總壓力總壓力就與平面傾角就與平面傾角無(wú)關(guān)無(wú)關(guān)；2.2.壓力中心壓力中心的位置與受壓面傾角的位置與受壓面傾角無(wú)關(guān)無(wú)關(guān)，并且，并且壓壓 力中心力中心總是總是在形心之下。在形心之下。p30 例例12-5 請(qǐng)同學(xué)自閱請(qǐng)同學(xué)自閱第二章第二章例例1 一鉛直矩形閘門，已知

41、一鉛直矩形閘門，已知h1=1m，h2=2m，寬，寬b=1.5m，求總求總 壓力的壓力的大小大小及其及其作用點(diǎn)作用點(diǎn)。h1h2BAPyDbycCD解解：力的大小力的大?。鹤饔命c(diǎn)：作用點(diǎn)：kNNbhhhAhApPcc8.585880025.1)221(9800)2(221mbhhhbhhhAyJyycccD17. 225 . 1225 . 12)2()2(31212213212121二、圖解法二、圖解法原理原理: :靜水總靜水總壓力大小壓力大小等于等于壓強(qiáng)分布圖的體積壓強(qiáng)分布圖的體積, ,其作用線通過(guò)壓其作用線通過(guò)壓強(qiáng)分布圖的重心強(qiáng)分布圖的重心，該作用線與受壓面的交點(diǎn)便是該作用線與受壓面的交點(diǎn)便是

42、壓力中心壓力中心D。適用范圍適用范圍：規(guī)則平面規(guī)則平面上的靜水總壓力及其作用點(diǎn)的求解。上的靜水總壓力及其作用點(diǎn)的求解。作用在作用在矩形平面矩形平面上的靜水總壓力上的靜水總壓力LbABh1h2PDh2h1大小大小: :LbhhLbhhbP)(2)(212121方向方向：垂直指向作用面。：垂直指向作用面。 第二章第二章作用點(diǎn)：作用點(diǎn)：LPe3Le ePLP 1P 212122()3Lppepp第二章第二章例例2 2 用圖解法計(jì)算用圖解法計(jì)算例例1 1的總壓力大小與作用點(diǎn)的位置。的總壓力大小與作用點(diǎn)的位置。解解：作出矩形閘門上的壓強(qiáng)分布圖：底為受壓面面積，高度是作出矩形閘門上的壓強(qiáng)分布圖：底為受壓面

43、面積，高度是 各點(diǎn)的壓強(qiáng)各點(diǎn)的壓強(qiáng)。作用線通過(guò)壓強(qiáng)分布圖的作用線通過(guò)壓強(qiáng)分布圖的重心重心：總壓力為壓強(qiáng)分布圖的體積：總壓力為壓強(qiáng)分布圖的體積：)(21hh 1hbh2或或mhhhhhhhppppLe833. 0)21 (1)21 (12(32)()(2(3)21212(32112112mehhyD17.2833.03)(21大小大小：作用點(diǎn)作用點(diǎn)：kNbhhhhP8 .58)(221121mhyhhhhhhhD17. 2)()(2312112112例題例題3 3 某泄洪隧洞，進(jìn)口傾斜設(shè)置一矩形平板閘門某泄洪隧洞，進(jìn)口傾斜設(shè)置一矩形平板閘門( (如圖如圖) )，傾角傾角=60，門寬門寬b=4m，

44、門長(zhǎng)，門長(zhǎng)L=6m, , 門頂在水面下淹沒(méi)深門頂在水面下淹沒(méi)深度度h1=10m，問(wèn)不計(jì)閘門自重時(shí)，沿斜面拖動(dòng)閘門所需的拉問(wèn)不計(jì)閘門自重時(shí)，沿斜面拖動(dòng)閘門所需的拉力力T 為多少？為多少？( (已知閘門與門槽之間的摩擦系數(shù)已知閘門與門槽之間的摩擦系數(shù)f =0.25) ; 門門上靜水總壓強(qiáng)作用點(diǎn)在上靜水總壓強(qiáng)作用點(diǎn)在哪里？哪里？Lh1h2ePABh1=60TPABCycyD解：解：當(dāng)不計(jì)門重時(shí)，拖動(dòng)門的拉力需至少克服閘門與門槽的摩擦當(dāng)不計(jì)門重時(shí)，拖動(dòng)門的拉力需至少克服閘門與門槽的摩擦力，故力，故T=Pf，為此必須先求作用于門上的靜水總壓力，為此必須先求作用于門上的靜水總壓力P。（1）用圖解法求用圖解

45、法求P及作用點(diǎn)的位置及作用點(diǎn)的位置先畫出閘門先畫出閘門ABAB上的上的靜水壓強(qiáng)分布圖靜水壓強(qiáng)分布圖，如圖為，如圖為梯形梯形219807 1098070hN m221(sin60 )9807 (106 0.866)149028.7hhLN m 2120.5()0.5(98070 149028.7) 6741296hh LN m 4 74129629651842965.184()PbNkN 靜水總壓力靜水總壓力P 距底點(diǎn)的距離距底點(diǎn)的距離e：1212262 98070 149028.73398070 149028.7()2.79( )ppLppem 總壓力總壓力P距水面的斜距距水面的斜距：110(

46、)(6)2.7914.71( )sin600.866phyLem（2）用解析法求用解析法求P及及yD （進(jìn)行比較進(jìn)行比較）由公式：由公式：ccPPAh bL612sin60100.86612.5982cLhhm kNP166.296564598.129807又根據(jù)公式：又根據(jù)公式：AcyJCDCyymyhLc5 .143866. 01060sin21 第二章第二章)(71.1421. 05 .145 .14645 .1472myD由此可見(jiàn)采用上述兩種方法計(jì)算，由此可見(jiàn)采用上述兩種方法計(jì)算，結(jié)果一致。結(jié)果一致。（3）沿斜面拖動(dòng)閘門的拉力沿斜面拖動(dòng)閘門的拉力T 為為：)(3 .74125. 02

47、.2965kNPfT4312131217264mbLJc第二章第二章例例4如圖所示如圖所示為一利用靜水壓力自動(dòng)開(kāi)啟的矩形翻板閘門為一利用靜水壓力自動(dòng)開(kāi)啟的矩形翻板閘門，當(dāng)上游水位超過(guò)工作水位當(dāng)上游水位超過(guò)工作水位H時(shí)時(shí)，閘門即自動(dòng)繞軸向順時(shí)針閘門即自動(dòng)繞軸向順時(shí)針打開(kāi)打開(kāi)（傾倒傾倒），），如不計(jì)門重和摩擦力的影響如不計(jì)門重和摩擦力的影響，試求轉(zhuǎn)軸的位試求轉(zhuǎn)軸的位置置。解：解：先分析自動(dòng)翻板閘先分析自動(dòng)翻板閘門的工作情況，門的工作情況， 在不計(jì)門重及摩擦力在不計(jì)門重及摩擦力的影響時(shí)的影響時(shí)，外力對(duì)轉(zhuǎn)軸外力對(duì)轉(zhuǎn)軸的力矩只有靜水總壓的力矩只有靜水總壓力力P產(chǎn)生的力矩。產(chǎn)生的力矩。 當(dāng)靜水總壓力當(dāng)靜水

48、總壓力P的作用點(diǎn)與轉(zhuǎn)軸重合，即的作用點(diǎn)與轉(zhuǎn)軸重合，即He e= =a 時(shí)，時(shí)，力矩為零，閘門雖仍保持直立，但已屬臨界狀態(tài)。由力矩為零，閘門雖仍保持直立，但已屬臨界狀態(tài)。由于閘門的靜水壓力分布圖是直角三角形的，于閘門的靜水壓力分布圖是直角三角形的，轉(zhuǎn)軸應(yīng)放轉(zhuǎn)軸應(yīng)放在在(1/3)H處。處。 設(shè)轉(zhuǎn)軸的位置離閘底的高度為設(shè)轉(zhuǎn)軸的位置離閘底的高度為a，P的作用點(diǎn)離閘的作用點(diǎn)離閘底的高度為底的高度為He，當(dāng)，當(dāng)P的作用點(diǎn)位于門軸之下的作用點(diǎn)位于門軸之下，即即Hea 時(shí)，它對(duì)轉(zhuǎn)時(shí)，它對(duì)轉(zhuǎn)軸的力矩是順時(shí)針?lè)较虻?，為開(kāi)門力矩，此時(shí)閘門軸的力矩是順時(shí)針?lè)较虻?，為開(kāi)門力矩，此時(shí)閘門便繞轉(zhuǎn)軸自動(dòng)翻開(kāi)；便繞轉(zhuǎn)軸自動(dòng)翻開(kāi)

49、；2.2.解析法解析法 首先確定淹沒(méi)在流體中物體的形心位置以及慣性矩首先確定淹沒(méi)在流體中物體的形心位置以及慣性矩，然后由解析法然后由解析法計(jì)算公式計(jì)算公式確定總壓力的確定總壓力的大小大小及及方向方向。小結(jié)小結(jié)：平面上的靜水總壓力的計(jì)算平面上的靜水總壓力的計(jì)算1.1.圖解法圖解法 根據(jù)靜水壓強(qiáng)的兩個(gè)基本特性及靜水壓強(qiáng)計(jì)算的基本根據(jù)靜水壓強(qiáng)的兩個(gè)基本特性及靜水壓強(qiáng)計(jì)算的基本方程繪制出受壓面上的方程繪制出受壓面上的相對(duì)壓強(qiáng)分布圖相對(duì)壓強(qiáng)分布圖，靜水總壓力的靜水總壓力的大小就等于壓強(qiáng)分布圖形的大小就等于壓強(qiáng)分布圖形的體積體積，其作用線通過(guò)壓強(qiáng)分其作用線通過(guò)壓強(qiáng)分布圖的布圖的重心重心。第二章第二章h相同

50、；不相同相同；不相同1. 浸沒(méi)在水中的浸沒(méi)在水中的三種形狀三種形狀的平面物體，面積相同。問(wèn)：哪的平面物體，面積相同。問(wèn)：哪個(gè)受到的靜水總壓力最大？壓心的水深位置是否相同？個(gè)受到的靜水總壓力最大？壓心的水深位置是否相同？ 大小不變；方向變；作用點(diǎn)變大小不變；方向變；作用點(diǎn)變2.2.擋水面積為擋水面積為A A的平面閘門的平面閘門，一側(cè)擋水一側(cè)擋水，若饒過(guò)其形心若饒過(guò)其形心C的水平軸任轉(zhuǎn)的水平軸任轉(zhuǎn) 角角，其靜水總壓力的大小其靜水總壓力的大小、方向和作用方向和作用點(diǎn)是否變化？點(diǎn)是否變化？為什么為什么？3.3.使用圖解法和解析法求靜水總壓力時(shí)使用圖解法和解析法求靜水總壓力時(shí)，對(duì)受壓面的對(duì)受壓面的形狀各

51、有無(wú)限制？形狀各有無(wú)限制？為什么為什么？圖解法有，規(guī)則形狀，為作壓強(qiáng)分布圖；解析法無(wú)。圖解法有，規(guī)則形狀，為作壓強(qiáng)分布圖；解析法無(wú)。三、靜壓奇象三、靜壓奇象 p29AAAAhhhh 圖示圖示4種種不同形狀的容器不同形狀的容器 ，底面積底面積A相同，水深相同，水深h相相同同，所盛的所盛的液體種類相同液體種類相同，雖然各容器中的液體重量雖然各容器中的液體重量不同，但作用在容器底面積的不同，但作用在容器底面積的靜水壓力均相等靜水壓力均相等。即即： P=hA 靜水壓力靜水壓力P 可以大于容器中液體的重量可以大于容器中液體的重量, 也可也可以小于其重量以小于其重量, 它與容器中的液體的多少無(wú)關(guān)它與容器中

52、的液體的多少無(wú)關(guān)。這這一現(xiàn)象稱一現(xiàn)象稱靜壓奇象靜壓奇象。第二章第二章思思 考考 題題1. 平面上的靜水總壓力有哪平面上的靜水總壓力有哪兩種兩種求解方法？求解方法？ 你知道它們分別適用什么情況？你知道它們分別適用什么情況？2. 如何確定壓力如何確定壓力作用點(diǎn)作用點(diǎn)的位置？的位置？4. 何謂何謂靜壓奇象靜壓奇象？3. 何謂何謂壓力中心壓力中心？第二章第二章 26 作用與作用與曲面曲面上的液體靜壓力上的液體靜壓力 p311 1、水平分力水平分力PxdPxdPdPzdAzdAxdAPxAzBhyxdPAPzAxDCzcoscoshdAdPdPhdApdAdPxzcAzxxAhhdAdPPz 作用于作用

53、于曲面曲面上的靜水總壓力上的靜水總壓力P 的水平分力的水平分力P x等等于作用于該曲面的于作用于該曲面的垂直投影面垂直投影面( (矩形平面矩形平面) )上的上的靜水靜水總壓力總壓力，方向水平指向受力面，作用線應(yīng)通過(guò)面積，方向水平指向受力面，作用線應(yīng)通過(guò)面積Az的形心。的形心。結(jié)論：結(jié)論：第二章第二章2.2.垂直分力垂直分力P z式中：式中：V壓力體體積壓力體體積,結(jié)論結(jié)論： 作用于曲面上的靜水總壓力作用于曲面上的靜水總壓力P的鉛垂分力的鉛垂分力Pz等于等于該曲面上的該曲面上的壓力體所包含的液體重量壓力體所包含的液體重量，其，其作用線通作用線通過(guò)過(guò)壓力體的重心。壓力體的重心。sinsinzdP

54、pdAhdAdP dPhdA VVhdAhdAPABCDAxAxzxx第二章第二章3. 3. 靜水總壓力靜水總壓力 P作用在曲面上的作用在曲面上的靜水總壓力靜水總壓力大小大?。?22zxPPP)(tan1xPzP靜水總壓力的方向是以靜水總壓力的方向是以P與水平線的與水平線的夾角夾角表示表示：曲面上曲面上靜水總壓力的靜水總壓力的方向方向： 靜水總壓力的靜水總壓力的水平分力水平分力Px通過(guò)通過(guò)作用作用Ax的形心的形心，靜水總壓力的垂直靜水總壓力的垂直分力分力Pz 通過(guò)壓力體通過(guò)壓力體的重心的重心。將將Px和和Pz 的作用線延長(zhǎng)相交得交點(diǎn)的作用線延長(zhǎng)相交得交點(diǎn)E，過(guò)交點(diǎn)作與水平線過(guò)交點(diǎn)作與水平線成成

55、 角的直線，直線與曲面角的直線，直線與曲面AB 的交點(diǎn)的交點(diǎn)k就是總壓力就是總壓力P 的的作用點(diǎn)作用點(diǎn)(或稱或稱壓力中心壓力中心)。靜水總壓力的靜水總壓力的作用點(diǎn)作用點(diǎn)(壓力中心壓力中心)EPzABKPPx第二章第二章EPzABKPxPBOA(b)虛壓力體虛壓力體OAB(a)實(shí)壓力體實(shí)壓力體壓力體的畫法壓力體的畫法 壓力體的壓力體的種類種類：實(shí)壓力體實(shí)壓力體和和虛壓力體虛壓力體。PzPz（1）受壓受壓曲面本身曲面本身；（2）通過(guò)曲面周圍邊緣所作的通過(guò)曲面周圍邊緣所作的鉛垂面鉛垂面；（3）自由液面或自由自由液面或自由液面的延長(zhǎng)線液面的延長(zhǎng)線。 壓力體由壓力體由三部分組成三部分組成：第二章第二章壓

56、力體的壓力體的方向方向：若壓力體和液體位于曲面的同一側(cè)若壓力體和液體位于曲面的同一側(cè), ,Pz方向方向垂直向下垂直向下( (實(shí)壓力體實(shí)壓力體) )若壓力體和液體分別位于曲面的兩側(cè)若壓力體和液體分別位于曲面的兩側(cè), ,Pz方向方向垂直向上垂直向上( (虛壓力體虛壓力體) )BOA(b)虛壓力體虛壓力體OAB(a)實(shí)壓力體實(shí)壓力體 壓力體的壓力體的種類種類：實(shí)壓力體實(shí)壓力體和和虛壓力體虛壓力體。PzPz第二章第二章例例1 繪制圖中繪制圖中ABC曲面上的曲面上的壓力體壓力體, (標(biāo)方向標(biāo)方向)ABCABCABC第二章第二章例例2 繪制圖中繪制圖中AB曲面上的曲面上的壓力體壓力體，(標(biāo)方向標(biāo)方向)+=

57、ABABCDEDEABCAB第二章第二章例例3 . 繪制圖中繪制圖中AB曲面上的曲面上的壓力體壓力體，(標(biāo)方向標(biāo)方向)ABCABAB第二章第二章曲面曲面上的上的靜水總壓力靜水總壓力的計(jì)算的計(jì)算1.1.計(jì)算水平分力計(jì)算水平分力 正確繪制曲面的鉛垂投影圖，求正確繪制曲面的鉛垂投影圖，求 出該影圖的出該影圖的面積面積及及形心深度形心深度，然后求出水平分力；，然后求出水平分力；2.2.計(jì)算鉛垂分力計(jì)算鉛垂分力 正確繪制曲面的正確繪制曲面的壓力體壓力體。壓力體體積。壓力體體積 由以下幾種面圍成：受壓曲面本身、通過(guò)曲面周圍由以下幾種面圍成：受壓曲面本身、通過(guò)曲面周圍 邊緣所作的鉛垂面、液面或液面的延長(zhǎng)線。

58、邊緣所作的鉛垂面、液面或液面的延長(zhǎng)線。鉛垂分鉛垂分 力力的的大小大小即為即為壓力體的重量壓力體的重量；3.3.總壓力的合成總壓力的合成 總壓力的大小利用水平分力及鉛垂分總壓力的大小利用水平分力及鉛垂分 力通過(guò)求力通過(guò)求合力合力的方法求得。的方法求得。 4.4.確定總壓力的方向確定總壓力的方向 利用水平分力及鉛垂分力可求利用水平分力及鉛垂分力可求 得總壓力作用線與得總壓力作用線與水平線的交角水平線的交角。第二章第二章例例 如圖所示為一溢流壩上的弧形閘門，已知如圖所示為一溢流壩上的弧形閘門，已知R=10m， 門寬門寬b=8m，=30，試求：試求： （1 1）作用在該弧形閘門上的靜水總壓力；作用在該

59、弧形閘門上的靜水總壓力； （2 2）壓力作用點(diǎn)的位置。壓力作用點(diǎn)的位置。4mHRaeo解：解：（1）靜水總壓力的水平分力靜水總壓力的水平分力根據(jù)公式根據(jù)公式xcxPh A(42)xcxPh AHbH)(55 . 01030sin0mRH)(254885)254(9800KNPx靜水總壓力的垂直分力靜水總壓力的垂直分力 根據(jù)公式根據(jù)公式zPVzabcdePVAb第二章第二章4mHRaeobcdzabcdePVAbcdeabceabcdeAAAocdodecdeA三角形面積扇形面積)(52. 430cos30sin2136030200002mRRRAcde第二章第二章)(36. 5)30cos(4

60、420mRRceAabce)(88. 952. 436. 52mAAAcdeabceabcde9800 9.88 8774.6()zabcdePVAbKN靜水總壓力為：靜水總壓力為：)(26636 .77425482222KNPPPzx（2）壓力作用點(diǎn)的位置壓力作用點(diǎn)的位置靜水總壓力與靜水總壓力與水平面的水平面的夾角夾角：0191.16)(xzPPtg作用點(diǎn)的作用點(diǎn)的位置位置)(91. 691.16sin4sin40mRhD4mHRaeobcdPDhp33例例2-6 貯水容器上有三個(gè)半球形蓋，如圖所示，貯水容器上有三個(gè)半球形蓋，如圖所示，已知已知H=2.5m，h=1.5m, R=0.5m, ,