流體力學(xué)第二章

1、第二章 流體靜力學(xué)o 重點(diǎn)內(nèi)容o 授課內(nèi)容o 課堂練習(xí)o 思考題o 作業(yè)重點(diǎn)內(nèi)容 流體靜壓強(qiáng)兩個(gè)特性流體靜壓強(qiáng)兩個(gè)特性 流體平衡微分方程及壓強(qiáng)全微分表達(dá)式流體平衡微分方程及壓強(qiáng)全微分表達(dá)式 重力場中流體靜壓強(qiáng)分布規(guī)律重力場中流體靜壓強(qiáng)分布規(guī)律重點(diǎn)內(nèi)容 位置水頭、壓強(qiáng)水頭和測管水頭的物理意義和幾何意義 真空度 液柱式測壓計(jì)測壓原理 平面壁靜水壓力計(jì)算重點(diǎn)內(nèi)容作用于平面的液體壓力計(jì)算水靜壓強(qiáng)分布圖的繪制及圖解法重點(diǎn)內(nèi)容作用于曲面的液體壓力計(jì)算壓力體及其繪制VPz=思考題n 1、什么是靜水壓強(qiáng)？靜水壓強(qiáng)有什么、什么是靜水壓強(qiáng)？靜水壓強(qiáng)有什么特性？特性？n 2、什么是等壓面？等壓面如何確定？、什么是等

2、壓面？等壓面如何確定？n 3、水靜力學(xué)基本方程的形式是什么？、水靜力學(xué)基本方程的形式是什么？n 4、靜止液體中沿水平方向和垂直方向、靜止液體中沿水平方向和垂直方向的靜水壓強(qiáng)是否變化？怎么變化？的靜水壓強(qiáng)是否變化？怎么變化？思考題o 5、請解釋下列名詞的物理意義：絕對(duì)壓、請解釋下列名詞的物理意義：絕對(duì)壓強(qiáng)，相對(duì)壓強(qiáng)，真空和真空度，水頭，強(qiáng)，相對(duì)壓強(qiáng)，真空和真空度，水頭，位置水頭，壓強(qiáng)水頭和測壓管水頭，并位置水頭，壓強(qiáng)水頭和測壓管水頭，并說明水頭與能量的關(guān)系。說明水頭與能量的關(guān)系。o 6、表示靜水壓強(qiáng)的單位有哪三種？寫出、表示靜水壓強(qiáng)的單位有哪三種？寫出它們之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系。它們之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系。思考

3、題o 7、在什么條件下、在什么條件下“水平面都是等壓面水平面都是等壓面”的說法是正確的？的說法是正確的？ o 8、水管上安裝一復(fù)式水銀測壓計(jì)如圖所、水管上安裝一復(fù)式水銀測壓計(jì)如圖所示。問示。問 pl 、 p2 、 p3 、 p4 哪個(gè)最大？哪個(gè)最大？哪個(gè)最小？哪些相等？哪個(gè)最??？哪些相等？pl 、 p2 、 p3 、 p4 哪個(gè)最大？哪個(gè)最??？哪些相等？思考題o 9、請敘述并寫出計(jì)算平面上靜水總壓力大小和作用點(diǎn)位置的方法和公式，并說明其應(yīng)用條件。o 10、壓力中心D和受壓平面形心C的位置之間有什么關(guān)系？o 11、什么是靜水壓強(qiáng)分布圖？它繪制的原理和方法是什么？為什么在工程中通常只需要計(jì)算相對(duì)壓

4、強(qiáng)和繪制相對(duì)壓強(qiáng)分布圖？o 12、請敘述壓力體的構(gòu)成和判斷鉛垂方向作用力Pz方向的方法。o 13、如何確定作用在曲面上靜水總壓力水平分力與鉛垂分力的大小、方向和作用線的位置。14.平衡流體中，等壓面與質(zhì)量力關(guān)系是：o A平行o B斜交o C正交o D無關(guān)答案：答案：C作業(yè)o P40-2.14、P41-2.17 、P42-2.21、2.24、P43-2.25、2.26、2.29、2.33 第二章 流體靜力學(xué)n 第一節(jié) 靜止流體中應(yīng)力的特性n 第二節(jié) 流體平衡微分方程式n 第三節(jié) 重力場中流體靜壓強(qiáng)的分布規(guī)律n 第四節(jié) 液體作用在平面上的總壓力n 第五節(jié) 液體作用在曲面上的總壓力第一節(jié) 靜止流體中

5、應(yīng)力的特性 o 一、流體靜壓強(qiáng)的定義o 二、流體靜壓強(qiáng)的特性一、流體靜壓強(qiáng)的定義一、流體靜壓強(qiáng)的定義二、流體靜壓強(qiáng)的特性n 方向特性：流體靜壓強(qiáng)的方向必然是沿著作用面的內(nèi)法線方向。n 大小特性：任一點(diǎn)的流體靜壓強(qiáng)的大小與作用面的方向無關(guān)，只與該點(diǎn)的位置有關(guān)。方向特性第二節(jié) 流體平衡微分方程o 一、流體平衡微分方程式n 1、意義n 2、變形式(壓強(qiáng)全微分）o 二、等壓面及其特性一、流體平衡微分方程式x 軸方向作用于邊界面 abcd 和 a b c d 中心處的壓強(qiáng)x 軸向的受力平衡方程流體平衡微分方程式。也稱歐拉平衡微分方程。1、意義n 質(zhì)量力作用的方向就是壓強(qiáng)增加的方向。n 例如，靜止液體，壓

6、強(qiáng)遞增的方向就是重力作用的鉛直向下的方向。2、變形式即即二、等壓面及其特性0dpcp 即即則有則有0 sdf等壓面和質(zhì)量力正交n 當(dāng)流體質(zhì)點(diǎn)沿等壓曲移動(dòng)距離 ds 時(shí)，質(zhì)量力所作的微功為零。而質(zhì)量力和位移 ds 都不為零，所以，必然是等壓面和質(zhì)量力正交。這就是等壓面的重要特性。n 例如重力場中只有重力，而重力又是鉛直方向的，所以，垂直于鉛直方向的水平面就是等壓面。第三節(jié) 重力場中流體靜壓強(qiáng)的分布規(guī)律o 一、液體靜力學(xué)基本方程o 二、測壓管水頭一、液體靜力學(xué)基本方程o 重力場中，質(zhì)量力僅為重力積分得積分得一、液體靜壓強(qiáng)的基本方程式o 代入邊界條件：o 得：o 即：o 回代A式，有0 00 0=

7、=, ,= =p pp pz zz zczp000 00 0+ += =z zp pc c h hp pz zz zp pz zz zp pp p + += =) )( (+ += =+ += =0 00 00 00 00 0-一、液體靜壓強(qiáng)的基本方程式hpp0兩部分兩部分邊界處壓強(qiáng)邊界處壓強(qiáng)自身重量引起自身重量引起o 由o 得222111pzpzcpzczp由此可得以下結(jié)論：由此可得以下結(jié)論：，壓強(qiáng)隨水深增加，壓強(qiáng)隨水深增加時(shí)，時(shí)，水平面為等壓面，水平面為等壓面時(shí)，時(shí)，2 21 12 21 12 21 12 21 1 0n 2、相對(duì)壓強(qiáng)n 以當(dāng)?shù)赝叱痰拇髿鈮簭?qiáng) pa為零點(diǎn)起算的壓強(qiáng)。則稱為

8、相對(duì)壓強(qiáng)，以 p 表示。p可正可負(fù)可正可負(fù)工程技術(shù)中廣泛采用相對(duì)壓強(qiáng)n 引起固體和流體力學(xué)效應(yīng)的只是相對(duì)壓強(qiáng)的數(shù)值，而不是絕對(duì)壓強(qiáng)的數(shù)值。n 絕大部分測量壓強(qiáng)的儀表，都是與大氣相通的或者是處于大氣壓的環(huán)境中。n 以后討論所提壓強(qiáng)，如未說明，均指相對(duì)壓強(qiáng)。2、相對(duì)壓強(qiáng)n1)、采用相對(duì)壓強(qiáng)基準(zhǔn)，則大氣壓強(qiáng)的相對(duì)壓強(qiáng)為零。即n2)、p0,稱為表壓強(qiáng)n3)、p0,稱為負(fù)壓，即出現(xiàn)真空3、真空度o 負(fù)壓的絕對(duì)值稱為真空度。o 即真空表讀數(shù)o 以 pv表示。即當(dāng) p 0 時(shí)，o 真空度越大，壓強(qiáng)越小。壓強(qiáng)的圖示四、壓強(qiáng)的三種量度單位o1、應(yīng)力單位o2、大氣壓的倍數(shù)o3、液柱高度1、應(yīng)力單位以單位面積上的力

9、表示國際單位為 N / m2 ，以符號(hào) Pa 表示。工程單位為Kgf / m2 .壓強(qiáng)高時(shí)，也用M Pa , 1 M Pa =106 Pa .或用bar（巴），1bar= 105 Pa .2、大氣壓的倍數(shù)o 標(biāo)準(zhǔn)大氣壓o 工程大氣壓aKpatm325.101=1aKpat07.98=13、液柱高度o 以一個(gè)工程大氣壓為例aapOmmHOmHmKNKph98070=1000010=/807. 907.98=223apOmmH807. 9=12即即 第三節(jié) 液柱測壓計(jì)o 一、測壓管、 U 形測壓管o 二、壓差計(jì)o 三、復(fù)式測壓計(jì)第四節(jié) 液體作用在平面上的總壓力o 一、解析法o 二、圖解法一、解析法二、圖解法o 1、水靜壓強(qiáng)分布圖o 2、圖解法1、水靜壓強(qiáng)分布圖水靜壓強(qiáng)分布圖水靜壓強(qiáng)分布圖2、圖解法2、圖解法n 作用于平面的水靜壓力等于水靜壓強(qiáng)分布圖形的體積。n 這個(gè)體積是以壓強(qiáng)分布圖形面積為底面積乘以矩形寬度 b 為高所組成。力的作用點(diǎn)op的作用點(diǎn)，通過的形心并位于對(duì)稱軸上。o在這一具體情況下， D 點(diǎn)在對(duì)稱軸上，并位于水面下的 2/3 處。第五節(jié) 液體作用在曲面上的總壓力zxhdAhdAdPdP=cos=cos=鉛直微元分力xzhdAhdAdPdP=sin=sin=而而因此因此水平分力鉛直分力VPz=合力壓力體n 壓力體一般是三種面所封閉的體積：