第3章节流体静力学.pptxVIP

Fluid Mechanics流体力学参考书《工程流体力学》，高殿荣 吴晓明 编著, 机械工业出版社，1999.8, 第一版考核方法闭卷考试理论课时：30学时第三章 流体静力学§3.1 作用在静止流体上的力§3.2 流体静压强及其特性§3.3 静止流体的微分方程及等压面§3.4 流体静压基本方程及其应用§3.5 液体对壁面的作用力 内容 流体在外力作用下流体处于平衡的力学规律及其在工程技术中的应用。 特征静止、相对静止流体微团无相对运动平衡粘性作用表现不出来 适用：粘性流体，理想流体3.1 作用在静止流体上的力3.1.1 质量力（体积力） 质量力：某种力场作用在流体的全部质点上的力，是和流体的质量成正比的力。如重力﹑电磁力﹑惯性力等。 单位质量力 f：对均质流体，作用在单位质量流体上的力单位质量力数值上等于加速度的大小。若流体上的加速度只有重力加速度g，则 fx=fy=0，fz=－g，单位质量力为法线dFdFndAdFτ3.1.2 表面力 表面力：作用在所取分离体表面上的力。 这种力通常指的是分离体以外的流体通过接触面作用在分离体上的力。 所取的分离体表面，其上微元面dA上作用力有：法线力dFn，切线力dFτ。定义： 压应力 p 切应力τ 静止流体或理想流体的切应力为零。速度１m/s500牛顿静止流体静止流体课堂例题例 轴与同心轴套的间隙中充有牛顿流体，500Ｎ轴向力作用于套管，使套管的移动速度为１m/s。若作用力增加到1500Ｎ，求套管的移动速度。设粘性系数不变。轴套轴课堂例题解：设粘性系数为μ，液膜厚度为ΔＴｍ 由于轴套固定，故Δｕ=ｕ-０=1m/s由牛顿内摩擦定律：即得: μ＝５００×ΔＴ 当τ＝1500Ｎ时：3.2 流体静压强及其特性 静压强作用在静止流体上的压强。ΔpBp1ΔA单位：Pa，N/m2p2p3流体静压强有两个特性: 特性一 流体静压强的方向沿作用面的内法线方向。 由于流体不能承受拉应力，在微小的切力作用下就会发生变形，变形必将引起流体质点的相对运动，这就破坏流体的平衡条件。因此，流体在平衡条件下，只能承受压力。故压力必定垂直于作用面，指向流体内部。 流体定义运动拉力压力流体静压强有两个特性: 特性二 静止流体中任一点流体静压强大小与作用面在空间的方位无关，只是点的坐标的函数。即同一点各方向的流体静压强均相等。 流体静压强是空间坐标的连续函数：p=f(x﹐y﹐z) 静止流体中任一点上不论来自何方的静 压强均相等。zdyρgdxdydz(x,y,z)dzxydx3.3 静止流体的微分方程及等压面3.3.1 平衡微分方程 从静止液体中取一微元体dxdydz，作用在微元体上的力有表面力和质量力。设微元中心的坐标为（x，y，z），其压力为 p=p（x，y，z）；fx，fy，fz为单位质量力在x，y，z 轴上的分量。列 z 坐标方向的力平衡方程：图3.1 微元体上的法向表面力以质量力 ?dxdydz 除之，得单位质量力的平衡方程式： 同理可得式(3.1)即为静止流体的平衡微分方程。通常称为流体静力学基本方程。它表示作用于静止平衡流体上的质量力与表面力相互平衡。将上式分别乘以dx，dy，dz，然后相加得：（压强p只是空间坐标的连续函数） 设质量力有势，记质量力势为U（x，y，z），U 在各坐标上的分量为：则可见，流体平衡只在质量力有势时成立。因此，式（3.2）可写为:3.3.2 等压面1、由所有压力相同的点组成的面称为等压面。2、势函数相等的诸点组成的面称为等势面。 等压面可以是平面也可以是曲面。等压面满足：dp=0由即静止流体等压面也是等势面。等压面的方程为：从等压面方程可看出，等压面上质量力沿位移dx，dy，dz所做的功为零，于是可得出结论： 等压面必定与质量力垂直。zp0hpz0z00图3.2 静止流体中的压力3.4 流体静压基本方程及其应用3.4.1 静压基本方程如图所示容器中的静止流体，取水平基准面为oxy， z 轴铅垂向上，设质量力只有重力，即单位质量力的分力为： fx=fy=0, fz= -g由式(3.3)当流体不可压缩时，积分得式中，z 为单位重量液体的位势能，又称位置水头； 为单位重量流体的压强势能 ，又称压强水头。式(3.4)的物理含义为:静止流体中任一点的位置水头与压强水头之和（静水头）为一常数。单位重力流体的位势能单位重力流体的压强势能 在重力作用下的连续均质不可压缩静止流体中，各点的单位重力流体的总势能（位势能＋压强势能）保持不变。 物理意义 几何意义水头：单位重力流体所具有的能量，用液柱高表示。位置水头：某点所在位置到基准面的高度， z 。压强水头：压强作用下，流体沿测压管上升的高度， 。测压管水头：位置水头与压强水头