静力学基本方程备课讲稿.ppt

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1、静力学基本方程1.1概述2作用在流体上的力作用在流体上的所有外力F可以分为两类：质量力和表面力，分别用FB、FS表示，于是：质量力：质量力又称体积力，是指作用在所考察对象的每一个质点上的力，属于非接触性的力，例如重力、离心力等。1.1概述2作用在流体上的力表面力：表面力是指作用在所考察对象表面上的力。任一面所受到的应力均可分解为一个法向应力（垂直于作用面，记为ii）和两个切向应力（又称为剪应力，平行于作用面，记为ij，ij），例如图中与z轴垂直的面上受到的应力为zz（法向）、zx和zy（切向），它们的矢量和为：1.1概述2作用

2、在流体上的力类似地，与x轴、y轴相垂直的面（参见图1-2）上受到的应力分别为：1.2流体静力学及其应用1.2.1静止流体所受的力1.2.2流体静力学基本方程1.2.1静止流体所受的力静止流体所受的外力有质量力和压应力两种,流体垂直作用于单位面积上的力，称为流体的静压强，习惯上又称为压力。（1）压力单位在国际单位制（SI制）中，压力的单位为N/m2，称为帕斯卡（Pa），帕斯卡与其它压力单位之间的换算关系为：1atm（标准大气压）=1.033at（工程大气压）=1.013105Pa=760mmHg=10.33mH2O1.2.1静止流体所受的力

3、（2）压力的两种表征方法绝对压力以绝对真空为基准测得的压力。表压或真空度以大气压为基准测得的压力。1.2.2流体静力学基本方程对连续、均质且不可压缩流体，=常数，对于静止流体中任意两点1和2，则有：两边同除以g——静力学基本方程1.2.2流体静力学基本方程讨论（1）适用于重力场中静止、连续的同种不可压缩性流体；（2）在静止的、连续的同种流体内，处于同一水平面上各点的压力处处相等。压力相等的面称为等压面；（3）压力具有传递性：液面上方压力变化时，液体内部各点的压力也将发生相应的变化。即压力可传递，这就是巴斯噶定理；（4）若记，称为广义压

4、力，代表单位体积静止流体的总势能（即静压能p与位能gz之和），静止流体中各处的总势能均相等。因此，位置越高的流体，其位能越大，而静压能则越小。1.3流体流动的基本方程1.3.1基本概念1.3.2质量衡算方程----连续性方程1.3.3总能量衡算和机械能衡算方程1.3.1基本概念1．稳定流动与不稳定流动流体流动时，若任一点处的流速、压力、密度等与流动有关的流动参数都不随时间而变化，就称这种流动为稳定流动。反之，只要有一个流动参数随时间而变化，就属于不稳定流动。1.3.1基本概念2．流速和流量流速（平均流速）单位时间内流体质点在流动方向上所流

5、经的距离。质量流速单位时间内流经管道单位截面积的流体质量。1.3.1基本概念2．流速和流量体积流量单位时间内流经管道任意截面的流体体积，V——m3/s或m3/h。质量流量单位时间内流经管道任意截面的流体质量，m——kg/s或kg/h。1.3.1基本概念3．粘性及牛顿粘性定律当流体流动时，流体内部存在着内摩擦力，这种内摩擦力会阻碍流体的流动，流体的这种特性称为粘性。产生内摩擦力的根本原因是流体的粘性。牛顿粘性定律:服从此定律的流体称为牛顿型流体。1.3.1基本概念3．粘性及牛顿粘性定律粘度的单位:=Pas在c.g.s制中，的常用单位有dy

6、ns/cm2即泊（P），以及厘泊（cP），三者之间的换算关系如下：1Pas=10P=1000cP1.3.1基本概念4.非牛顿型流体凡是剪应力与速度梯度不符合牛顿粘性定律的流体均称为非牛顿型流体。非牛顿型流体的剪应力与速度梯度成曲线关系，或者成不过原点的直线关系，如图1-11所示。1.3.1基本概念5.流动类型和雷诺数1.3.1基本概念5.流动类型和雷诺数实验研究发现，圆管内流型由层流向湍流的转变不仅与流速u有关，而且还与流体的密度、粘度以及流动管道的直径d有关。将这些变量组合成一个数群du/，根据该数群数值的大小可以判断流动类型

7、。这个数群称为雷诺准数，用符号Re表示，即其因次为：=m0kg0s01.3.1基本概念当Re≤2000时为层流；当Re>4000时，圆管内已形成湍流；当Re在20004000范围内，流动处于一种过渡状态。若将雷诺数形式变为：u2与惯性力成正比，u/d与粘性力成正比，由此可见，雷诺准数的物理意义是惯性力与粘性力之比。1.3.2质量衡算方程---连续性方程对于定态流动系统，在管路中流体没有增加和漏失的情况下：即对均质、不可压缩流体，1=2=常数有对圆管，A=d2/4，d为直径，于是1.3.2质量衡算方程---连续性方程如果管道有分支

8、，则稳定流动时总管中的质量流量应为各支管质量流量之和，故管内连续性方程为推广至任意截面1.3.2质量衡算方程---连续性方程例1-1一车间要求将20C水以110m3/h的流量送