流体力学ppt课件

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1 013 105Pa 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 1 013 105Pa 760mm Hg 10 33m H2O 标准大气压 1at 1kgf cm2 0 981 105Pa 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 74 104Pa 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 指示液的选