第02章流体静力学课件.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 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。 三、 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。 等压面特性： 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 液体1和液体3的密度相等，?1g=?3g=8.14kN/m3，液体2的?2g=133.3kN/m3。已知：h1=16cm，h2=8cm，h3=12cm。求：（1）当PB=689 50Pa时，PA等于多少?（2）当PA=137 900Pa时，且大气压力计的读数为95976Pa时，求B点的表压力为多少? 解：（1）根据静止、均质、连通的液体中水平面是等压面的原则，选定等压面0-0，等压面左右两侧的压力分别是 解（2）根据两侧等压面的压力关系，B点的表压力为 例2-3 电厂除氧器中水温l05℃，压强P0为118×103Pa，密度? 为950kg/m3。除氧器中水面与给水泵入口位置高度差H = 10m，当地大气压Pa为9.0×104Pa。当给水泵处于备用状态时，求水泵进口处的绝对压强与计示压强。 例2-4 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P