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流体力学,流体的宏观平衡,流体力学,流体的运动规律,流体静力学,流体动力学,第二章流体静力学,流体静力学,绝对静止,相对静止,静止,流体质点间不存在相对运动,流体处于平衡时的力学规律,流体静力学概述,一、流体静压强及其特性,二、重力场中流体静压强的分布,三、压强测量,四、作用在壁面上的流体静压力,静止流体平衡微分方程、等压面,2.1作用在流体上的力,质量力,作用在流体的每个质点上,大小与流体质量成正比,单位质量力,m/s2,重力、惯性力等,作用在流体上的力2,表面力,作用在流体的封闭界面上,大小与流体表面积成正比,压力、摩擦力等,流体静压强,流体静压强的特性1,流体静压强的特性2,静止流体任意点处静压强的大小与其作用面方位无关，只是作用点位置的函数,质量力,表面力,流体静压强的特性2,表面力,理想流体中压强的特性？,流体静压强的方向垂直于作用面，并指向流体内部,静止流体任意点处静压强的大小与其作用面方位无关，只是作用点位置的函数,流体静压强的特性3,2.2流体平衡的微分方程式,x,y,z,x,y,z,O(p),质量力,表面力,流体平衡的微分方程式1,静止流体受力平衡,静止流体平衡方程欧拉平衡方程,静止流体中压强的变化由质量力引起,静止流体平衡方程欧拉平衡方程,流体平衡的微分方程式2,力势函数,等压面,等压面微分方程,等压面处处与质量力合力垂直,等压面即为等势面,2.3重力场中的平衡流体,不可压缩流体压强分布1,均质不可压缩流体,=常数,不可压缩流体压强分布2,公式的意义,在铅垂方向，压强与淹深成线性关系,等压面为水平面,几何意义和能量意义1,流体静压强分布的另一种表达方式,由,几何意义和能量意义2,同一种静止流体中任意点的z+p/总是常数,几何意义和能量意义3,测压管高度或压强水头,流体中某点在压强作用下流体沿测压管上升的高度,几何意义和能量意义4,同一种静止流体中各点水静能头均相等,几何意义和能量意义5,能量意义,同种静止流体中各点的总势能相等,帕斯卡原理,2.4压强测量,绝对压强,p,计示压强（表压）,pm,真空压强,pv,绝对压强、表压、真空压强,绝对压强总为正,表压有正有负,表压为负，取其绝对值，为真空压强,相互关系,+计示压强绝对压强=地方大气压强-真空压强,大气压强的测量,大气压强随当地经纬度，海拔高度及季节时间的不同而不同,1标准大气压1.013105Pa,水银气压计,压强的单位,国际单位制：。工程单位制：大气压(at、atm),巴(bar),液柱高度。,1atm=1.013105Pa=760mm(Hg)=10.33m(H2O),标准大气压,1at=1kgf/cm2=0.981105Pa=10m(H2O),工程大气压,单管测压计(测压管),U型管测压计1,U型管测压计2,U型管测压计特点,测量范围较大,可测量气体压强,可测量真空压强,指示液不能与被测液体掺混,例：如图所示多管式压强计，若B容器中空气的表压p=2.74104Pa，h=500mm，h1=200mm，h2=250mm，h3=150mm，求容器A上部的表压,U形管测压计3,差压计,倾斜式测压计（微压计）,通常用来测量气体压强,倾斜管放大了测量距离，提高了测量精度,2.7液体的相对平衡,一圆桶中盛有水，静止时自由面为_当圆桶以匀加速度作水平运动时，自由面为_。当圆桶以匀角速度绕中心轴作等速旋转时，自由面为_。,A、斜面,B、曲面,C、水平面,匀加速度直线运动,液体的相对平衡2,等角速转动液体的平衡1,非惯性系，相对静止问题,流体相对于运动坐标系静止，质点间无相对运动，流体与器壁间也无相对运动,相对静止平衡微分方程,等角速转动液体的平衡2,单位质量力,等角速转动液体的平衡3,代入方程,等角速转动液体的平衡4,等压面,一族旋转抛物面,自由面,等角速转动液体的平衡5,压强分布,2.5平衡流体对壁面的作用力,静止流体中压强的分布规律,静止流体对固体壁面作用的总压力(大小,方向,作用点),作用在平面上的流体静压力1,均质平板形心,A对x轴的惯性矩,惯性矩移轴定理,Ixc为A对通过形心并与x轴平行的轴的惯性矩,作用在平面上的流体静压力2,压力中心（xD，yD）1,压力中心（xD，yD）2,压力中心yD,压力中心总是位于形心之下,压力中心（xD，yD）3,表压压力中心xD,常见表面图形的惯性矩和离心矩,作用在平面上的流体静压力3,平面静压力思考题,四种敞口盛水容器的底面积相同，水位高相同。容器中水的重量比为（自左向右）9:1:10:2，确定底部所受总压力,A、9:1:10:2,B、相同,C、与形状有关,平面上的流体静压力例题,例：水箱倾斜壁面上有一直径为4m的圆型闸门该闸门可以围绕通过圆心的水平轴旋转，轴位于水面以下10m处。,求：1)闸门所受总压力2)为使闸门不旋转需施加的力矩大小设水密度=1000kg/m3，壁面倾斜角为60,平面上的流体静压力例题1,解：1)闸门所受总压力,F,压力中心位于OO上,由,平面上的流体静压力例题1,2)求力矩,平面上的流体静压力例题2,例：如果假设水箱是封闭的，自由液面上压力ps=50kPa(表压)，其他条件几何尺寸均和上例相同，试重新求解上题。,(1)闸门所受总压力,(2)压力中心,2-22-42-18（1）、（3）,习题,小结1,流体静压强的特性,垂直于作用面，指向流体内部,大小与作用面方位无关，只是作用点位置的函数,绝对压强、计示压强、真空压强,基准不同,小结2,液柱式测压计,各种测压计的优缺点,指示液的