热工基础 作者 张红霞 第02章流体静力学.ppt

第二章 流体静力学 前 言 流体静力学的研究内容：流体在外力作用下静止平衡的规律及其在工程实际中的应用。 静止流体的特点 能承受法向力，不能承受切向力。 不表现粘性作用。（静力学规律对无粘性流体和实际流体都适用。） 处于受力平衡状态，符合牛顿第一定律即 第一节 流体静压强及其性质 一、流体静压强：当流体处于静止状态时的压强称为流体静压强，用符号p表示，单位为Pa。 二、流体静压强的两个基本特性： 1.流体静压强的方向：垂直指向作用面。 2. 流体静压强的大小：与作用面的方向无关，即任一点上各方向的流体静压强都相同。 第二节 流体静压强的计量 绝对压强：以绝对真空为基准计量的压强值，即流体的真实压强，用p表示。 相对压强：以同高程的当地大气压pa为基准计量的压强值。 绝对压强和相对压强的应用 属于流体的物性和状态的有关公式、计算、资料数据等多采用绝对压强，例如理想气体状态方程，饱和蒸汽压，汽轮机主汽门前的蒸汽参数，凝汽器或除氧器参数等的压强值。 属于流体工程的强度、测试等有关压强值多采用计示压强。例如计算受压容器强度，管道附件公称压力，高压加热器水侧压力，汽轮机调节和润滑油压，泵与风机进出口压强等。 压强的单位 标准单位：帕斯卡（简称帕），单位符号为Pa。 1Pa=1N/m2 由于Pa比较小，工程上较大的压强的计量常用kPa或MPa，以MPa居多，设备型号中省略的压强单位，若无特别说明，均为MPa。 计示压强 等压面的性质举例： （1）质量力只有重力时，重力与等压面相垂直，在小范围内等压面为水平面。 重力作用下同一静止液体中的水平面。重力场中等压面判别条件：静止的连通的均质的水平面。 气液分界面，即液体的自由表面，各点压强均等于分界面上气体的压强，如处于大气中的液体表面均为一个大气压。 互不掺混的两种液体的分界面，如水和水银等。 例2-1 判断连通器中的等压面 例2-1 答案 在I水平面上： 1与2，同种液体但不连通，故不在一个等压面上。 2、3与4，同种液体且连通，故在一个等压面上。 在Ⅱ水平面上： 6与8同在同种液体中，并连通，在一个等压面上。 7与6、8不在同种液体中，故不在一个等压面上。 在Ⅲ水平面上： 9、l0与11，不在一个等压面上因为 9与10、11不是同种液体， l0与11虽然在同种液体中，但不连通，被水隔断。 1.方程式的推导 建模：一盛有静止液体的容器 p=p0+ρgh 分析 在静止液体中，任意一点的静压强由两部分组成：一部分是自由液面上的压强p0；另一部分是该点到自由液面的单位面积上的液柱重量ρgh。当p0有变化时，液体内部各点的压强也发生同样大小的变化，这就是著名的帕斯卡原理，该原理在水压机、液压传动等水利机械中得到广泛应用。 在重力作用下的静止液体中，静压强随深度按线性规律变化，即随深度的增加，压强值成正比增大。 在连通的静止液体中，位于同一深度的各点的静压强相等，即任一水平面都是等压面。 水压机工作原理 图示为一水压机的装置简图，它由一个杠杆装置1、一个小活塞缸2和一个大活塞缸3组成，4是被挤压的物体。通过杠杆装置在小活塞上施加一个较小的作用力，根据帕斯卡原理，产生的压强通过连通管内的水传递到大活塞上，由于大活塞的面积为小活塞面积的20倍，传递过来的压强在大活塞上产生放大的力，从而挤压物体。 静力学基本方程的意义 方程的意义 结论：在重力作用下静止液体中各点的单位重量液体的总势能相等。 几何意义 静水头（测压管水头）：位置水头z和压强水头p/(ρg)之和。 例2-2 热电厂内一台200MW汽轮机组，配套N-11220型的凝汽器，其运行真空p0为95445Pa，凝汽器底装有收集凝结水之热水井，由水管通向凝结水泵。热水井底到水泵进口高h1=3.2m，凝结水泵要求在流量为0时的最低压强p1=5×104Pa才不会产生气蚀。已知大气压强Pa=1.01×105Pa，凝结水密度?=995kg/m3。求热水井应保持的最低水位h2。 解题分析：凝结水泵流量为0时，即水管中水不流动，故可用静力学方程求解。通过已知的p0和p1，可以求得保证凝结水泵不会产生气蚀的凝结水上液面距凝结水泵入口的最低高度h，再根据h1、h2和h的关系，求h2。 连通器的应用 河水被大坝隔断，上下游的水位差较大，航船无法通过。船闸是利用向两端有闸门控制的航道内灌、泄水，以升降水位，使船舶能克服航道上的集中水位落差的厢形通航建筑物。 连通器的应用 锅炉汽包的高读水位计 连通器的特点 液柱式测压计 1 测压管 结构和测量原理 测压管适用范围 由于测压管中的工作介质就是被测容器中的液体，所以测压管只能用于测量液体的压强； 为使用方便，测压管只用于测量较小的压强，