流体力学第二章.doc

第二章 流体静力学第一节 作用于流体上的力1.静止的流体受到哪几种力的作用？ 重力与压应力，无法承受剪切力。 2.理想流体受到哪几种力的作用？ 重力与压应力，因为无粘性，故无剪切力。 第二节 流体静压强特性 一、静止流体中任一点应力的特性 图2-4 判断：在弯曲断面上，由于离心惯性力的作用流体动压强不按静压强特征分布。你的回答：Error! Reference source not found.对 Error! Reference source not found.错 判断：在均匀流中，任一过水断面上的流体动压强呈静压强分布特征。 你的回答： Error! Reference source not found.对 Error! Reference source not found.错第三节 流体平衡微分方程 图2-6 提问:如图2-6所示中哪个断面为等压面? 您的答案是: Error! Reference source not found.C-C 断面 Error! Reference source not found.B-B 断面 第四节 静止流体压强的分布 算一算： 1. 如图所示的密闭容器中，液面压强p09.8kPa，A点压强为49kPa，则B点压强为多少 ,在液面下的深度为多少 。 问题：露天水池水深5m处的相对压强为：窗体顶部 Error! Reference source not found.A. 5kPa； Error! Reference source not found.B. 49kPa； Error! Reference source not found.C. 147kPa； Error! Reference source not found.D. 205kPa。 窗体底部 如图2-10所示，下述两个静力学方程哪个正确？ Error! Reference source not found. 图2-10 Error! Reference source not found.问题1：仅在重力作用下,静止液体中任意一点对同一基准面的单位势能为_？窗体顶部 Error! Reference source not found.A. 随深度增加而增加； Error! Reference source not found.C. 随深度增加而减少； Error! Reference source not found.B. 常数； Error! Reference source not found.D. 不确定。 窗体底部问题2：试问图示中A、 B、 C、 D点的测压管高度，测压管水头。（D点闸门关闭，以D点所在的水平面为基准面） A:测压管高度，测压管水头 B:测压管高度，测压管水头 C:测压管高度，测压管水头 D:测压管高度，测压管水头 例：试标出图示2-11盛液容器内A. B和C三点的位置水头、压强水头和测压管 水头。以图示OO为基准面。 解 压强水头为相对压强的液柱高度，即测压管高度；位置水头为液体质点至基准面的位置高度。 显然，A点压强水头 ，位置水头zA和测压管水头（ ），如图所示。 图2-11 在静止液体内部任意质点的测压管水头均相等,即。因此，以A点的测压管水头为依据，B点的位置水头 zB 和压强水头 即可以确定（如图所示)。 至于C点，因为位于测压管水头之上，其相对压强为负值，即pCp2p3； Error! Reference source not found.C. p1p2p3； Error! Reference source not found.D. p2p1pa； Error! Reference source not found.C. p0pa； Error! Reference source not found.D. 无法判断。 窗体底部问题2：如图所示的密封容器，当已知测压管高出液面h=1.5m，求液面相对压强p0，用水柱高表示。容器盛的液体是汽油。（=7.35kN/m3） Error! Reference source not found.A. 1.5m； Error! Reference source not found.B. 1.125m； Error! Reference source not found.C. 2m； Error! Reference source not found.D. 11.5m。 窗体底部思 考 题 1. 在传统实验中，为什么常用水银作U型测压管的工作流体？ 1、压缩性小；2、汽化压强低；3、密度大。 2. 图2-2所示水深相差h的A. B两点均位于箱内静水中，连接两点的U形汞压差计的液面高差hm，试问下述三个值hm哪个正确？ 题2-2图 3. 图2-3所示两种液体盛在同一容器中，且F2 Error! Reference source not found.Fx=F2 例1 绘制图中AB曲面上的压力体例2 如图2-36所示，一球形容器由两个半球面铆接而成的，铆钉有n个，内盛密度为的液体，求每一铆钉受到的拉力。 解：取球形容器的上半球为受压曲面，则其所受到的压力体如图所示：则有： 图2-36例3 如图2-37所示，用允许应力=150MPa的钢板，制成直径D为1m的水管，该水管内压强高达500m水柱，求水管壁应有的厚度（忽略管道截面上各点因高度不同而引起的压强差） 解：取长度为1m管段，并忽略管道截面上各点因高度不同而引起的压强差，而认为管壁各点压强都相等。 设想沿管径将管壁切开，取其中半管作为脱离体来分析其受力情况（如图）。作用在半环内表面的水平压力等于半环垂直投影面上的压力，这压力受半环壁上的拉应力承受并与之平衡，即：。设T在管壁厚度上是均匀分布的，则： 图2-37作图题：绘制图中AB曲面上的压力体： 静水总压力 作用在曲面上的静水总压力（如图2-38） 图2-38 (2-20) 与水平面的夹角： (2-21) 作用线：必通过Fx ，Fz的交点，但这个交点不一定位于曲面上。对于圆弧面，F作用线必通过圆心。 F的作用点作用在F作用线与曲面的交点。 例1：如图2-39所示，单宽圆柱即b=1m，问在浮力Fz的作用下能否没完没了的转动？ 解： 一、概念上分析：不能转动。因为所受总压力的作用线通过轴心。（作用力总是垂直作用面，所以通过圆心） 图2-39 二、计算证明： 垂向力作用点到轴心的距离为: 逆时针为负 所以不能转动。 例2圆柱体的直径为2m，水平放置，各部分尺寸如图2-40（a）所示。左侧有水，右侧无水。求作用在每米长度圆柱体上的静水总压力的水平分力Fx和垂直分力Fz。 解 圆柱体的受压面CDHAB，其中HAB面两侧水平分力相互抵消。则曲面CDH受压面的水平分力为 图2-40 垂直分力Fz可用绘曲面CDHAB的压力体的方法求解。将曲面CDHAB分成两段（CD和DHAB）。然后绘出各段压力体，如图2-40（b,c）。 CD压力体方向Fz1向下，曲面DHAB的压力体Fz2方向向上，两者相互抵消一部分，最后得出压力体如图2-40（d）的影线部分。则总的垂直分力Fz=体积DHAB JFGCD的水重。为了便于计算，把这个体积分成几个简单的几何图形。如矩形、三角形和半圆形，则 Fz=(矩形JFGC+三角形CJB+半圆DHAB)的水重。 例3 某竖直隔板上开有矩形孔口，如图2-41(a)：高a=1.0m、宽b=3m。直径d=2m的圆柱筒将其堵塞。隔板两侧充水，h=2m，z=0.6m。求作用于该圆柱筒的静水总压力。 解 当隔板两侧均受到液体作用时，两侧压强抵消后的隔板水平压强分布图如图2-41(b)所示。 本题圆柱体所受的水平压强，可把圆柱曲面分为曲面AC和曲面BF、曲面AB和曲面CEF四部分考虑，其中曲面AC与曲面BF左右受力分别相等，水平分力均为零。曲面AB与曲面CEF分别受左右两侧水压作用，其水平压强分布同于高为a ，宽为b的CF隔板。故其水平压强分布如图2-41(c)所示。 图2-41(a) 分别绘出隔板两侧受压曲面压力体，两者之和恰好为圆柱筒体积。 图2-41 因此，静水总压力的水平分力： 静水总压力的铅直分力： 方向向上； 于是，作用在圆柱筒上的静水总压力： 其作用线与水平面的夹角 作用点D在水下的深度 曲面上的静水总压力的计算 1. 计算水平分力 正确绘制曲面的铅垂投影图，求出该投影图的面积及形心深度，然后求出水平分力； 2. 计算铅垂分力正确绘制曲面的压力体。压力体体积由以下几种面围成：受压曲面本身、通过曲面周围边缘作的铅垂面、液面或液面的延长线。铅垂分力的大小即为压力体的重量； 3. 总压力的合成总压力的大小利用水平分力及铅垂分力通过求合力的方法求得。第八节 浮力及浮潜体稳定 问题：在液体中潜体所受浮力的大小:窗体顶部 Error! Reference source not found.A. 与潜体的密度成正比； Error! Reference source not found.B. 与液体的密度成正比； Error! Reference source not found.C. 与潜体淹没的深度成正比； Error! Reference source not found.D. 与液体表面的压强成反比。 窗体底部问题：浮体的稳定性条件是：窗体顶部 Error! Reference source not found.A. 浮体的定倾半径必须小于浮心与形心的偏心距； Error! Reference source not found.B. 浮体的定倾半径必须大于浮心与形心的偏心距； Error! Reference source not found.C. 浮体的定倾半径必须小于浮心与重心的偏心距； Error! Reference source not found.D. 浮体的定倾半径必须大于浮心与重心的偏心距。窗体底部思 考 题1.图2-5中浸没在水中的三种形状的平面物体，面积相同。问：哪个受到的静水总压力最大？压心的水深位置是否相同？ 题2-5图 相同；不