工程流体力学第二版课件教学课件 ppt 作者 黄卫星 李建明 肖泽仪 编第3章-流体静力学-讲义.ppt

* 流体静力学 研究静止流体的力学行为，重点是静止或相对静止液体内的压力分布、液体与接触表面之间的相互作用力。 本章目的 (1)流体静力学的基本知识与分析方法，典型静力学问题（应用）； (2)为流体动力学问题受力分析建立基础。 主要内容 流体受力分析(体积力，表面力——正应力与切应力)； 流体静力学基本方程及静止流场特性； 重力场液体静力学及应用(静压分布方程，测压原理，器壁受力分析)； 非惯性坐标系液体静力学(非惯性坐标系静力学方程，直线匀加速系统液压分布，匀速转动系统液压分布，高速回转圆筒内的液压分布)。 3 流体静力学 ENGINEERING FLUID MECHANICS Sichuan University 工程流体力学 3.1 作用在流体上的力——3.1.1 体积力 3 流体静力学 单位体积力： 总体积力： 重力场体积力： 如图：通常取 ∴ 3.1.2 表面力 表面力： 流体表面受到的作用力，属接触力，又称近程力。 [N/kg or m/s2] [N/m2 or Pa] 单位表面力： 总表面力： ENGINEERING FLUID MECHANICS Sichuan University 工程流体力学 体积力: 质量力场对流体的作用力，作用于流体整个体积，属非接触力； 又称质量力或远程力。 即 3.1 作用在流体上的力——3.1.2 表面力 (续) 应力——单位表面力：应力pn = 正应力 ?n + 切应力?n 3 流体静力学 其中 ∴ 单位表面力或应力pn一般表示为 应力—单 位表面力 静压力 正应力 附加正应力 (拉伸变形) 切应力 (剪切变形) ENGINEERING FLUID MECHANICS Sichuan University 工程流体力学 ①真实流体不能承受拉应力, 故：?n=(-p+??n)0； 即表面正应力总是压应力, 其方向总是指向流体表面。 ②附加正应力??n 和切应力?n 为粘性运动流体所特有，??n 是粘性流体线 变形产生的表面力(法向), ?n是粘性流体剪切变形产生的表面力(切向); 故对于理想或静止流体: ??n=0, ?n=0, 流体表面仅有正应力, 且?n= -p 。 ③对于不可压缩牛顿流体层流流动: ??n=2? (?vn/?n)，因此, 如果流体表面 法向速度沿法线方向恒定, 则该表面正应力?n= -p ； (如图) 应力或单位表面力的基本特点： 根据 ,静止流体表面A 的总表面力为 静止流体的表面力：静止流场中： 3 流体静力学 ENGINEERING FLUID MECHANICS Sichuan University 工程流体力学 故流体表面的单位表面力或应力pn表示为 即：静止流场中,流体表面仅有正应力；该正应力大小=流体静压力p，方向指向流体表面。 如图：在静止流场B点任意截取表面A 并取微元体。由?Fx=0、?Fy=0可得 静压力的特性：与一般应力不同，静压力的大小与表面取向无关。 因考察流场B点处的截面取向，故在上式中令?x?0、 ?y?0，可得 同理有： 由此表明：静压力的大小与表面取向无关，仅是空间位置和时间的函数。 3.1 作用在流体上的力——3.1.3 静止流场中的表面力 1 绝对压力： 表压力： 真空度： 3 流体静力学 1 2.036 0.7034 51.71 0.07031 0.06804 0.06895 6895 0.4912 1 0.3456 25.40 0.03453 0.03342 0.03386 3.386×103 1.421 2.893 1 73.49 0.09991 0.09670 0.09798 9798 19.34 39.37 13.61 1000 1.360 1.316 1.333 1.333×105 14.22 28.96 10.01 735.5 1 0.9678 0.9807 9.807×104 14.69 29.92 10.34 760 1.0332 1 1.0133 1.0133×105 14.50 29.53 10.21 750.0 1.0197 0.9869 1 1×105 14.5×10-5 29.53×10-5 10.21×10-5 7.5×10-3 1.0179×10-5 0.9869×10-5 1×10-5 1 磅/英寸2 lb/in2 英寸汞柱 in Hg 米水柱 mH2O 毫米汞柱mmHg 工程大气压 ata或kgf/cm2 标准大气压 atm 巴 bar 国际单位制 N/m2或Pa 常用压力单位及换算关系: (见表) ENGINEERING FLUID MECHANICS Sichuan Univ