第1章12 流体静力学

1、1.2 流体静力学n1.2.1 流体静力学概述n1.2.2 静止流场的基本性质n1.2.3 静平衡微分方程n1.2.4 典型静止流场压力分布规律n1.2.5 工程静力学问题分析1.2.1 流体静力学概述n1什么是流体静力学 （hydrostatics） ？（了解）n2流体静力学有哪些工程应用？（了解）1什么是流体静力学 （hydrostatics） ？（了解）n流体力学的分支，主要研究静止流场压力、密度、温度分布规律、以及流体对器壁或物体的作用力2流体静力学有哪些工程应用？（了解）n水坝及闸门设计n水箱及压力容器的设计n液柱式测压计设计与操作n船体设计n大气观测1.2.2 静止流场的基本性质n

2、1静止流场有哪些基本性质？（掌握）n2流体静压强是如何定义？（掌握）n3流体静压强常用哪些单位？（掌握）1静止流场有哪些基本性质？（掌握）PPxyzn性质2n静止流场中法向应力始终指向内法线方向。n性质3n静止流场中过任意一点微元面的表面应力大小与该微元面的方向无关，只与该点位置有关。n证明n性质1n静止流场中的切应力为零思考题： 有人发明了一种永动机如图2.12所示，水平放置的圆柱体且可绕轴旋转，柱体一半淹没在水箱中的水中，另一半暴露在空气中，按照阿基米德浮力定律浸没在水中的一半柱体受到向上的浮力，在浮力带动下柱体即产生旋转运动，从而实现不消耗任何能量而不断对外做功的永动机的目的。试问这种永

3、动机可能实现吗？为什么？2流体静压强是如何定义？（掌握）n定义n由性质3定义，即将静止流场中过任意一点的微元面的表面应力数值大小定义为该点流体静压强。该定义与热力学的压强定义是一致的。n相关概念n绝对压力n相对压力（表压）n真空度3流体静压强常用哪些单位？（掌握）n国际标准单位：N/m2,Pan其它单位： kPa bar atm at mmH2O mmHgn换算关系（参见教材表2-1）3110kPaPaPabar5101 Paatm51001325. 11 Paat410807. 91 PaOmmH807. 912 PammHg332.1331 1.2.3 静平衡微分方程n1什么是静平衡微分方

4、程？（掌握）n2静平衡微分方程如何证明？（了解）n3静平衡微分方程有何意义？如何应用？（了解）1什么是静平衡微分方程？（掌握）n设静止流场中的单位质量力场为f(x,y,z),密度场为(x,y,z)，静压力场p(x,y,z)为连续分布的函数，则有下列关系式成立)(dzfdyfdxfdpzyx 2静平衡微分方程如何证明？（了解）返 回xyzp2dxxpp n在x方向力平衡关系为dxdydz下一页2dxxpp 0)2()2( dxdydzfdydzdxxppdxxppx0 dxdydzfdxdydzxpx0 xfxp3静平衡微分方程有何意义？如何应用？（了解）n 流体静压力分布的普遍关系式，利用此关

5、系式，在给定密度场与压力场关系、质量力场及边界条件后即可获得压力分布规律压力场)(dzfdyfdxfdpzyx 1.2.4 典型静止流场压力分布规律n1重力场中液体压力分布规律及其主要特性是什么？（掌握）n2重力场中大气压力分布规律及其主要特性是什么？（了解）n3重力 场中匀加速直线运动的坐标系下液体压力分布规律及其主要特性是什么?（了解）n4重力场中等角速度运动的旋转坐标系下液体压力分布规律及其主要特性是什么?（了解）1重力场中液体压力分布规律及其主要特性是什么？（掌握）n设静止流场内部某点（0，0，0）的压力为p0，则有内部任意点的压力p为p=-gz+pp=-gz+p0 0n适用条件：同种

6、连续液体介质内部各点n证明n重要推论n等压面与等高面重合，自由面与等压面、等高面重合n不同液体的分界面为等压面、等高面n静止流场中任意一点受外力作用产生压力增值后，该压力增值将在瞬间传至流场中的各点Pascals law1.2.5 工程静力学问题分析n1如何对液柱式测压计进行分析计算？（掌握）n2如何分析计算静止流场对壁面的作用力问题？（了解）1如何对液柱式测压计进行分析计算？（掌握）n熟悉液柱式测压计结构分类n直管式 U型管式 复式测压计 差压计 微压计n理解识别问题的类型n操作问题n已知液柱式测压计结构形式和读数，计算所测压力n设计问题n已知所测压力范围，及被测介质性质，设计选用液柱式测压

7、计n灵活运用液体内部压力分布规律及其推论（等压面、分界面等特性），依次寻求液柱式测压计各个分界面压力的相互关系，即可获得问题的解。例2-5返 回 解： 如图所示测压管中各液面高程为 1=1.5m , 2=0.2m , 3=1.2m , 4=0.4m , 5=2.1m 。求液面压强p5p5汞水气汞12345 根据等压面原理以及压力分布规律，有下列关系式成立01 app)(2112 Hgpp23pp )(4334 Hgpp)(4545 水pp)()()(4543 21 水汞汞)4 . 01 . 2(807. 9)4 . 02 . 12 . 05 . 1(4 .133 4 .263 kPa 作业返 回n教材n1-34n补充：为了精确测定已知重度为的两液体管道中心的微小压差，采用如图所示的微压计进行测量，同时测定未知液体的重度。试根据已知液体重