流体力学课件我的资源2-流体静力学-34

1/34,1静压强及其特性2流体静力学平衡方程3压力测量4作用在平面上的静压力5作用在曲面上的静压力6物体在流体中的潜浮原理,第二章流体静力学,2/34,1静压强及其特性,流体静力学主要研究流体在外力作用下保持静力平衡的规律。所谓静止是一个相对概念，若流体随容器一起运动，但相对容器没有运动，则对于固定在容器上的参考坐标系来说，容器中的流体是静止的，我们称此种情况下的流体处于相对静止或相对平衡状态,流体静力学,3/34,1静压强及其特性,流体静力学主要研究流体在外力作用下保持静力平衡的规律。所谓静止是一个相对概念，若流体随容器一起运动，但相对容器没有运动，则对于固定在容器上的参考坐标系来说，容器中的流体是静止的，我们称此种情况下的流体处于相对静止或相对平衡状态,流体静力学,4/34,1静压强及其特性,在静止流体中，不存在切应力。因此，流体中的表面力就是沿受力面法线方向的正压力或法向力。,就是流体单位面积上所受到的垂直于该表面的力，即物理学中的压强，称为流体静压力，简称压力,5/34,1静压强及其特性,特性一(方向)静压力沿着作用面的内法线方向，即垂直地指向作用面。,特性二(大小)静止流体中任何一点上各个方向的静压力大小相等，与作用方向无关。只与空间位置有关,6/34,1静压强及其特性,7/34,1静压强及其特性,8/34,1静压强及其特性2流体静力学平衡方程3压力测量4作用在平面上的静压力5作用在曲面上的静压力6物体在流体中的潜浮原理,第二章流体静力学,9/34,2流体静力学平衡方程,通过分析静止流体中流体微团的受力，可以建立起平衡微分方程式，然后通过积分便可得到各种不同情况下流体静压力的分布规律。因此，首先要建立起流体平衡微分方程式。现在讨论在平衡状态下作用在流体上的力应满足的关系，建立平衡条件下的流体平衡微分方程式。,why,10/34,2流体静力学平衡方程欧拉平衡方程,下式即为欧拉平衡方程，又称为流体静力学平衡方程它表征了单位质量流体在质量力和表面力共同作用下的平衡条件。,无论平衡流体受的质量力是哪种类型，流体是否压缩，有无粘性，该方程都普遍适用,11/34,2流体静力学平衡方程推导,12/34,2流体静力学平衡方程概念,1.等压面即等势面,2.通过任一点的等压面必与该点所受质量力垂直,3.两种互不相混流体处于平衡状态时，其分界面必为等压面,势函数定义U=U(x,y,z),等势面与等压面关系,13/34,2流体静力学平衡方程欧拉平衡方程,将以上三式分别乘以、，相加得,若X,Y,Z与某函数具备以下关系,Step1:等压面,Step2:势函数代入,Step3:整理得到：,14/34,2流体静力学平衡方程练习,通常海平面上压强为，温度为。当海拔高度（大气对流层）时，线性温度梯度为，当海拔高度（大气平流层）时，温度恒。,15/34,2流体静力学平衡方程练习,通常海平面上压强为，温度为。当海拔高度（大气对流层）时，线性温度梯度为，当海拔高度（大气平流层）时，温度恒。,16/34,大气对流层,大气平流层,例2-1若普通人在温度为,的海平面地区,每分钟平均呼吸为15次，则在海拔高度为,的,珠穆朗玛峰顶要得到同样的供氧量，问应将呼吸频,(设线性温度梯度为),2流体静力学平衡方程例题,率调整到多少?,17/34,解海平面气温，,处的气温为：,珠峰顶与海平面上的压强比值为：,2流体静力学平衡方程例题,相应的呼吸频率之比与空气密度成反比：,珠峰顶与海平面上的空气密度比值为：,18/34,1静压强及其特性2流体静力学平衡方程3压力测量4作用在平面上的静压力5作用在曲面上的静压力6物体在流体中的潜浮原理,第二章流体静力学,19/34,水银压力计,3压力测量图示,差压计,弹簧管压力表,压力传感器,20/34,图2.3水银压力计,3压力测量图示,21/34,图2.4差压计,3压力测量图示,22/34,图2.5弹簧管压力表,3压力测量图示,23/34,3压力测量图示,压力传感器是一种先进的、精度更高、适用范围更广的压力感应仪表。当流体作用在压力传感器的感应膜片上时，它将产生一电信号，并传输到示波器或数字显示仪表上记录下来。最常用的感应膜片是电阻线圈，当测量快速变化的压力载荷时，可以采用更先进的压电传感器。测量压强时，将压电传感器感应产生的模拟信号通过转化器转为数字信号，然后输入计算机进行处理。,24/34,1静压强及其特性2流体静力学平衡方程3压力测量4作用在平面上的静压力5作用在曲面上的静压力6物体在流体中的潜浮原理,第二章流体静力学,25/34,4作用在平面上的静压力,合力大小,合力作用点，压心,26/34,4作用在平面上的静压力,强调,比较形心与压心,面积矩,合力作用点，压心,27/34,4作用在平面上的静压力,推导,强调,比较形心与压心,面积矩,惯性矩,28/34,例2-2如图，某蓄水池水面下倾角为,的边坡,上装有一个矩形闸门，宽度为,，长度为，,由上缘A处的固定铰轴定,位，A点沿坡面到水面长度为,。若忽略闸门自重，求提升闸,门所需的力。,4作用在平面上的静压力例题,29/34,1静压强及其特性2流体静力学平衡方程3压力测量4作用在平面上的静压力5作用在曲面上的静压力6物体在流体中的潜浮原理,第二章流体静力学,30/34,5作用在曲面上的静压力,x方向分力,y方向分力,强调：与平面区别（表述方法不同）,31/34,5作用在曲面上的静压力,32/34,5作用在曲面上的静压力压力体,压力体可以表述为：压力体是由受力曲面、液体的自由表面（或其延长面）以及两者间的铅垂面所围成的封闭体积。压力体是从积分式得到的一个体积，它是一个纯数学的概念，与这一体积内是否充满液体无关。,引入定义：如果压力体与形成压力的液体在曲面的同侧，则称这样的压力体为实压力体如果压力体与形成压力的液体在曲面的异侧，则称这样的压力体为虚压力体。,33/34,例2-3盛水容器底部有一个半径,的圆孔，并用半径,实心,圆球封闭。已知容器水深求提升球体,所需拉力。,5作用在曲面上的静压力例题,，重,34/34,例2-3盛水容器底部有一个半径,的圆孔，并用半径,实心,圆球封闭。已知容器水深求提升球体,所需拉力。,5作用在曲面上的静压力例题,，重,35