流体力学2.流体静力学资料.ppt

2 流体静力学 【知识点】 作用在流体上的力；静压强基本特性；静压强基本方程式；压强的基准和量度方法； 液柱式测压计的原理； 作用于平面上静止液体总压力的计算；作用在曲面上静止液体总压力的计算等。?? 【能力目标】 掌握：流体静压强的基本概念、基本特性，流体静压强基本方程及其在工程中的应用，压强的两种基准和三种量度方法； 理解：液柱式测压计的测压原理；作用在流体上的力； 熟练应用：能够熟练绘制静压分布图，计算作用于平面上和曲面上的液体总压力。 2 流体静力学 2.1 流体静压强及其特性 假设有一个盛满水的水箱，如果在侧壁上开个小孔，水会立即喷出来，这就说明静止的水是有压力的。事实上处于静止状态下的流体，不仅对与之相接触的固体边壁有压力作用，而且在流体内部，相邻的流体之间也有压力作用。这种压力称为流体静压力，用P表示。 静止流体作用在单位面积上的流体静压力称为流体静压强，用p表示。 2.1 流体静压强及其特性 如图2.1所示，在静止或相对静止的均质流体中，任取一体积V，该流体所受四周流体的作用力以箭头表示。设用一平面ABCD将此流体分为Ⅰ，Ⅱ两部分，假设移去Ⅰ部分，以等效力代替它对Ⅱ部分的作用，显然，余留部分仍保持原有的平衡状态。从平面ABCD上取一小块面积ΔA，a点是该平面的几何中心，令力ΔP为移去流体作用在面积ΔA上的总作用力。 2.1 流体静压强及其特性 在流体力学中，力ΔP称为面积ΔA上的流体静压力，作用在面积ΔA上的平均流体静压强简称平均压强。即： 当作用面ΔA无限缩小至a点时，平均压强ΔP/ΔA比值趋近于某一个极限值，此极限值称为a点的流体静压强，以p表示。即： 2.1 流体静压强及其特性 从上式可以看出，流体的静压力和流体静压强都是压力的一种量度。但它们是两个不同的概念。流体静压力是作用在某一面积上的总压力；而流体静压强则是作用在某一面积上的平均压强或某一点的压强。因此它们的计量单位也不相同。 国际单位制中，压力P的单位是牛顿(N)或千牛顿(kN)；静压强的单位是帕斯卡，简称帕(Pa)，1Pa＝1N/m2。有时也用千帕(kPa)，或巴(bar)，1kPa＝1kN/m2=103Pa，1bar=105Pa；在工程单位制中，流体静压力的单位常用千克力(kgf)，流体静压强的单位常用千克力/平方厘米(kgf/cm2)等。 2.1 流体静压强及其特性 流体静压强有两个重要的特性： (1) 流体静压强的方向必然是垂直指向受压面的，即与受压面的内法线方向一致。 如图2.2所示，假设流体静压力P的方向是任意的，根据力学知识，我们将P可以分解为垂直于作用面的法向分力Pcosθ和平行于作用面的切向分力Psinθ。静止流体是不能承受拉力和切力的，所以切向分力为零，即θ角为0°，所以流体静压强的方向只能是垂直指向作用面的。 2.1 流体静压强及其特性 2.1 流体静压强及其特性 (2) 在静止或相对静止的流体中，任一点各方向的流体静压强大小均等。 2.1 流体静压强及其特性 2.1 流体静压强及其特性 这说明了静止流体内任一点各方向的流体静压强均相等，与作用面的方位无关；当所取点的位置不同时，所对应的p也不同，因而流体静压强只与点的位置有关，仅是位置的函数，即p=f(x，y，z)。 根据流体静压强的特性，在实际工程中进行受力分析时，可画出不同作用面上流体静压强的方向，如图2.4所示。 2.2 流体静压强的分布规律 由于流体本身有重量和易流动，对容器的底部和侧壁产生静压强，现在来分析静压强的分布规律。假设在容器侧壁上开三个小孔，如图2.5所示，容器内灌满水，然后把三个小孔的塞头打开，这时可以看到水流分别从三个小孔喷射出来，孔口愈低，水喷射愈急。这个现象说明水对容器侧壁不同深处的压强是不一样的，即压强随着水深的增加而增大，如果在容器侧壁同一深度处开几个小孔，则我们可以看到从各孔口喷射出来的水流都一样，这说明水对容器侧壁同一深度处的压强相等。 2.2 流体静压强的分布规律 2.2 流体静压强的分布规律 在静止液体内，任意取一微小圆柱体如图2.7所示，设微小圆柱体端面积为dA，长为ΔL，圆柱体轴线与垂直面夹角为θ。现在来分析作用在液体柱上的力。 （1）表面力 周围的静止液体对圆柱体作用的表面力有侧面压力及两端面的压力。作用在液柱两端的压力沿轴向从端面反方向，作用的压力分别为P1和P2；作用在液体柱侧面上的压力，垂直指向作用面，所以侧面压力与轴向正交，沿轴向分力为零。 （2）质量力 静止液体受的质量力只有重力G，而重力的方向铅垂向下作用，与轴线夹角为θ，G可以分解为平行于轴向的力Gcosθ和垂直于轴向的力Gsinθ。 2.2 流体静压强的分布规律 由于液体是处于静止状态的，所以根据力