流体力学ppt课件.ppt

,Click to edit Master title,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,流体力学,流体力学,流体的宏观平衡,流体力学,流体的运动规律,流体静力学,流体动力学,第二章 流体静力学,流体静力学,绝对静止,相对静止,静止,流体质点间不存在相对运动,流体处于平衡时,的力学规律,基础知识,作用在流体上的力，不可压缩流体,流体静力学概述,一、流体静压强及其特性,二、重力场中流体静压强的分布,三、压强测量,四、作用在壁面上的流体静压力,静止流体平衡微分方程、等压面,2.1,作用在流体上的力,质量力,作用在流体的每个质点上,大小与流体质量成正比,单位质量力,m/s,2,重力、惯性力,等,作用在流体上的力,2,表面力,作用在流体的封闭界面上,大小与流体表面积成正比,压力、摩擦力,等,法向力,切向力,Pa,压强,p,切应力,流体静压强,流体静压强,B,A,p,I,II,C,D,流体静压强,流体静压强的方向垂直于,作用面，并指向流体内部,p,流体静压强的特性,1,流体静压强的特性,2,静止流体任意点处静压强的大小与其作,用面方位无关，只是作用点位置的函数,p,n,p,x,p,y,p,z,质量力,表面力,流体静压强的特性,2,p,x,p,n,p,y,p,z,表面力,所受合力为零,理想流体中压强的特性？,理想流体压强,流体静压强的方向垂直于,作用面，并指向流体内部,静止流体任意点处静压强的大小与其作,用面方位无关，只是作用点位置的函数,流体静压强的特性,3,2.2,流体平衡的微分方程式,x,y,z,x,y,z,O(,p,),质量力,表面力,流体平衡的微分方程式,1,静止流体受力平衡,静止流体平衡方程欧拉平衡方程,静止流体中压强的变化由质量力引起,静止流体平衡方程欧拉平衡方程,流体平衡的微分方程式,2,力势函数,=,常数,力势函数,W,(,x,y,z,),等压面,等压面微分方程,等压面处处与质量力合力垂直,等压面即为等势面,2.3,重力场中的平衡流体,条件,连通的静止流体，只在,z,向有重力作用，,z,正方向垂直向上,方程,压强只是,z,的函数，,z,方向压强梯度为负,不可压缩流体压强分布,1,均质不可压缩流体,=,常数,z,2,与自由面等高,不可压缩流体压强分布,2,密度为,，高度为,h,的一段液柱的重量,公式的意义,在铅垂方向，压强与淹深成线性关系,等压面为水平面,几何意义和能量意义,1,流体静压强分布的另一种表达方式,由,几何意义和能量意义,2,同一种静止流体中任意点的,z,+,p,/,总是常数,几何意义,位势头或,位置水头,几何意义和能量意义,3,测压管高度,或压强水头,流体中某点在压强作用,下流体沿测压管上升的,高度,测压管水头或水静能头,H,测压管内液面相对于基准面的高度,几何意义和能量意义,4,同一种静止流体中各点水静能头均相等,测压管静水头线,连接各点测压管水,头的液面线为水平,直线,几何意义和能量意义,5,能量意义,单位重量流体的位置势能,单位重量流体的压强势能,单位重量流体的总势能,同种静止流体中各点的总势能相等,帕斯卡原理,充满液体的连通器内，一点的压强变化可,瞬时间传递到整个连通器内,水压机原理图,2.4,压强测量,基准,绝对真空,当地大气压强,绝对压强,p,计示压强,（表压）,p,m,真空压强,p,v,绝对压强、表压、真空压强,绝对压强总为正,表压有正有负,表压为负，取其绝,对值，为真空压强,相互关系,+,计示压强,绝对压强,=,地方大气压强,-,真空压强,大气压强的测量,大气压强随当地经纬,度，海拔高度及季节,时间的不同而不同,1,标准大气压,1.013,10,5,Pa,水银气压计,压强的单位,国际单位制,：,。,工程单位制,：,大气压,(at,、,atm),巴,(bar),液柱高度。,1atm=1.013,10,5,Pa=760 mm(Hg),=10.33 m(H,2,O),标准大气压,1at=1kgf/cm,2,=0.981,10,5,Pa=10 m(H,2,O),工程大气压,单管测压计,(,测压管,),只能测量液体压强,被测压强必须高于当地大气压强,被测压强不能太大,单管测压计缺点,U,型管测压计,1,作等压面,被测点,相界面,等高的两点必须在连,通的同一种液体中,沿液柱向上，压强减小。,液柱向下，压强增大,U,型管测压计,2,U,型管测压计特点,测量范围较大,可测量气体压强,可测量真空压强,指示液不能与被测液体掺混,例：如图所示多管式压强计，若,B,容器中空气的表压,p,=,2.74,10,4,Pa,，,h,=500mm,，,h,1,=200mm,，,h,2,=250mm,，,h,3,=150mm,，求容器,A,上部的表压,U,形管测压计,3,差压计,倾斜式测压计（微压计）,通常用来测量气体压强,倾斜管放大了测量距,离，提高了测量精度,2.7,液体的相对平衡,一圆桶中盛有水，静止时自由面为,_,当圆桶以匀加速度作水平运动时，自由,面为,_,。当圆桶以匀角速度绕中心轴,作等速旋转时，自由面为,_,。,A,、斜面,B,、曲面,C,、水平面,a,X=-a,g,x,匀加速度直线运动,液体的相对平衡,2,等角速转动液体的平衡,1,非惯性系，相对静止问题,流体相对于运动坐标系静止，质点间无相,对运动，流体与器壁间也无相对运动,相对静止平衡微分方程,等角速转动液体的平衡,2,单位质量力,z,-a,y,x,-a,x,-a,y,g,-a,f,等角速转动液体的平衡,3,代入方程,等角速转动液体的平衡,4,等压面,一族旋转抛物面,自由面,z,=0,r,=0,等角速转动液体的平衡,5,压强分布,设自由面压强为,p,0,p,0,淹深,h,2.5,平衡流体对壁面的作用力,静止流体中压强的分布规律,静止流体对固体壁面作用的,总压力,(,大小,方向,作用点,),作用在平面上的流体静压力,1,均质平板形心,A,对,x,轴的惯性矩,惯性矩移轴定理,I,xc,为,A,对通过形心并与,x,轴平行的轴的惯性矩,作用在平面上的流体静压力,2,形心淹深,压力中心（,x,D,，,y,D,）,1,平行力系对,x,轴的力矩之,和等于合力对,x,轴的力矩,压力中心（,x,D,，,y,D,）,2,压力中心,y,D,表压压力中心,y,D,p,0,=,p,a,压力中心总是位于形心之下,压力中心（,x,D,，,y,D,）,3,表压压力中心,x,D,面积相对于通过形,心的某一轴对称时,常见表面图形的惯性矩和离心矩,C,x,y,a,b,R,y,x,作用在平面上的流体静压力,3,平面静压力思考题,四种敞口盛水容器的底面积相同，水位高,相同。容器中水的重量比为（自左向右）,9:1:10:2,，确定底部所受总压力,A,、,9:1:10:2,B,、相同,C,、与形状有关,平面上的流体静压力例题,例：水箱倾斜壁面上有一直径为,4m,的圆型闸门,该闸门可以围绕通过圆心的水平轴旋转，,轴位于水面以下,10m,处。,求：,1),闸门所受总压力,2),为使闸门不旋转需施,加的力矩大小设水密,度,=1000kg/m,3,，,壁面倾斜角为,60,平面上的流体静压力例题,1,解：,1),闸门所受总压力,F,压力中心位于,OO,上,由,平面上的流体静压力例题,1,2),求力矩,平面上的流体静压力例题,2,例：如果假设水箱是封闭的，自由液面上压力,p,s,=50kPa(,表压,),，其他条件几何尺寸均和上例,相同，试重新求解上题。,(1),闸门所受总压力,(2),压力中心,2-2,2-4,2-18,（,1,）、（,3,）,习 题,小结,1,流体静压强的特性,垂直于作用面，指向流体内部,大小与作用面方位无关，只是作用点位置的函数,绝对压强、计示压强、真空压强,基准不同,小结,2,液柱式测压计,各种测压计的优缺点,指示液的选取,相对静止、等压面,几个概念,小结,3,公式,静止流体平衡方程欧拉平衡方程,只有重力作用,等角速转动,小结,4,不可压缩静止流体内压强分布,等角速转动液体内压强分布及等压面方程,注意,U,型管的计算,小结,5,作用在平板上的流体静压力,形心淹深,