工程流体力学(02)new

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1、工程流体力学机械工程学院主讲：杨阳2012年9月第二章  流体静力学无论是静止的流体还是相对静止的流体，流体之间没有相对运动，因而粘性作用表现不出来，故切应力为零。本章学习要求:掌握流体平衡的规律，静止时流体的应力特征，静力学基本方程，流体与它的边界之间的作用力，非惯性系中流体的相对平衡。流体的静压强及特性流体平衡微分方程流体静力学基本方程压强的单位及测量仪表静止液体作用在壁面上的总压力阿基米德原理及固体在液体中的沉浮问题流体的相对平衡第二章流体静力学第一节 流体静压强及其特性一、流体静压强面积DA的平均流体静压力流体静压力（流体静压强）静止流体单

2、位面积上所受的作用力第一节 流体静压强及其特性二、静止流体中任一点应力的特性：1.静止流体表面应力只能是压应力或压强，且静压强方向与作用面的内法线方向重合。2.作用于静止流体同一点压强的大小各向相等，与作用面的方位无关。px=py=pz=p即有：静止流体中，只存在法向压应力。静止流体，速度处处为零，没有速度梯度，也就没有切应力。此外流体不能承受拉应力。且具有易流动性。流体静压力与静止流体中点位置有关:p=f(x,y,z)第一节 流体静压强及其特性第二节流体平衡微分方程一、流体平衡微分方程——欧拉平衡方程在平衡流体中取一微元六面体，边长分别为dx，d

3、y，dz，设中心点的压强为p(x,y,z)=p，对其进行受力分析：y向受力表面力质量力第二节流体平衡微分方程根据平衡条件，在y方向有       ，即流体平衡微分方程（即欧拉平衡方程）：第二节流体平衡微分方程物理意义：处于平衡状态的流体，单位质量流体所受的表面力分量与质量力分量彼此相等。压强沿轴向的变化率（          ）等于轴向单位体积上的质量力的分量（ρX，ρY，ρZ）。第二节流体平衡微分方程二、流体平衡微分方程的积分∵p=p(x,y,z)压强全微分式各项依次乘以dx,dy,dz后相加得：W－势函数第二节流体平衡微分方程帕斯卡原理的应用第

4、二节流体平衡微分方程三、帕斯卡原理质量力（与p0无关）表面力如果静止液体边界处的压强p0变为p0Dp0流体中任意点处的静压强变为处于平衡状态下的不可压缩流体中，任意点处的压强变化值Dp0将等值地传递到流体其它质点处。第二节流体平衡微分方程四、等压面等压面（equipressuresurface）：是指流体中压强相等（p=const）的各点所组成的面。只有重力作用下的等压面应满足的条件：1.静止；2.连通；3.连通的介质为同一均质流体；4.质量力仅有重力；5.同一水平面。提问:图中所示哪个断面为等压面?质量力与等压面正交第三节  流体静力学的基本方

5、程一、重力作用下静止液体的压强分布规律重力作用下静止流体质量力：代入流体平衡微分方程在自由液面上有：z=H时,p=p0代入上式有:第三节  流体静力学的基本方程1.液体静力学基本方程：或  当p0=0时结论：1）仅在重力作用下，静止流体中某一点的静水压强随深度按线性规律增加。2）仅在重力作用下，静止流体中某一点的静水压强等于表面压强加上流体的容重与该点淹没深度的乘积。3）自由表面下深度h相等的各点压强均相等——只有重力作用下的同一连续连通的静止流体的等压面是水平面。4）推广：已知某点的压强和两点间的深度差，即可求另外一点的压强值。第三节  流体静力

6、学的基本方程2.重力作用下静水压强的分布规律由式(2-9),重力作用下的静水力学基本方程又可写为：或第五节静止液体作用在壁面上的总压力第五节静止液体作用在壁面上的总压力第三节  流体静力学的基本方程a.绝对压强（absolutepressure）：是以绝对真空状态下的压强（绝对零压强）为基准计量的压强，用   表示,。二、压强的表示方法(绝对压强、相对压强和真空度）b.相对压强（relativepressure）：又称“表压强”，是以当地工程大气压(at)为基准计量的压强。用p表示，,p可“＋”可“–”，也可为“0”。c.真空（Vacuum）：是指

7、绝对压强小于一个大气压的受压状态，是负的相对压强。真空值pv第三节  流体静力学的基本方程1.几何意义三、流体静力学基本方程的意义测压管高度位置水头测压管水头静压高度位置水头静压水头第五节静止液体作用在壁面上的总压力第三节  流体静力学的基本方程第三节  流体静力学的基本方程物理意义：1.仅受重力作用处于静止状态的流体中，任意点对同一基准面的单位势能为一常数，即各点测压管水头相等，位头增高，压头减小。2.在均质（g=常数）、连通的液体中，水平面（z1=z2=常数）必然是等压面（p1=p2 =常数）。表明：液体平衡时，单位重量液体重力势能与压力能之和

8、为常数，这里显示了机械能守恒的意义。位置水头z：任一点在基准面0-0以上的位置高度，表示单位重量流体从某一基准面算起所具有