水力学_第2章静水力学分解.ppt

1 第 二 章 水 静 力 学 2 2.1概述 静水力学是研究液体的平衡规律及其应用。 液体的静止状态有两种：绝对静止、相对静止。 实际工程中的静水力学问题。 水静力学的理论是学习水动力学的基础。 静水力学的研究过程：“由点到面”。 3 2.2 静水压强及其特性 2.2.1静水压强的定义 1. 静水压力是指平衡液体内部相邻两部分之间相互作用的力或者指液体对固体壁面的作用力。 4 2.静水压强就是单位面积上的静水压力。确切地讲，一点的静水压强就是包围该点的微小面积上的静水压力与该面积之比，当面积趋近于零时的极限。 5 6 2.2.2静水压强的特性 1. 静水压强的方向垂直指向作用面，即和作用面的内法线方向一致。这也表明静止液体内的应力只能是压应力。 7 2.同一点处各个方向的静水压强大小都相等，即一点处的压强数值与该压强作用面的方位无关。 8 9 由此可见 10 2.3 液体平衡微分方程及其积分 2.3.1欧拉液体平衡微分方程 在静止或相对静止的液体中取边长分别为dx,dy,dz的微小六面体，其中心点为M（x,y,z),各边分别与坐标轴平行。 11 12 13 上式为液体的平衡微分方程式。它是欧拉（Euler)于1755年首先得出的，又称为欧拉平衡微分方程。它反映了平衡液体中质量力与压强梯度的关系。亦即，在静止液体内部，若在某一方向上有质量力存在，那一方向就一定存在压强的变化。 14 15 16 2.4 重力作用下静水压强的分布规律 2.4.1水静力学基本方程 17 18 上式是重力作用下水静力学基本方程之一。它表明：当质量力仅为重力时，静止液体内部任意点的z和p/ ρg两项之和为常数。 19 水静力学基本方程还有另一种形式。 p = p0+ ρgh 表明在静止液体内部任一点的压强由表面压强加上由表面到该点单位面积的小液柱的重量。 20 2.4.2 绝对压强、相对压强，真空 大气压强是地面以上的大气层的重量所产生的。根据物理学中托里拆利实验，一个标准大气压(Standard atmospheric pressure)相当于76cm高的水银柱在其底部所产生的压强。即101.4kN/m2。相当于10.33m水柱在其底部所产生的压强。 21 衡量压强的大小根据起量点的不同，分绝对压强(Absolute pressure)和相对压强(Relative pressure)又称计示压强或表压强（Gagepressure)。 以绝对（或完全）真空状态为计算零点所得到的压强称为绝对压强，以pabs表示。 22 以当地大气压为计算零点所得到的压强称为相对压强，以pr 表示。 其两者之间的关系为 pr= pabs - pa 23 真空(Vacuum)的概念：如果某点的绝对压强小于大气压强，则认为该点出现了真空。出现真空时相对压强为负值，故又认为出现了负压。 真空压强用pv表示 图2.4 24 2.4.3水头与单位能量 对水静力学基本方程 z+ p/ρg = C 各项的几何和能量意义的解释： 图2.6 25 2.4.4等压面(Equipressure surface)及其应用 等压面是压强相等的点构成的面。等压面与质量力正交。 需要强调的是，静止液体内等压面是水平面这一结论，只能适用于互相连通的同一种液体。 例图2.8、2.9、2.12、2.