《化 工 原 理》（上册）1.2流体静力学.ppt

* * 第一章 流体流动 1.2 流体静力学 流体静力学 流体静力学主要研究流体静止时流体内部各种物理量的变化规律，特别是在重力场作用下，静止流体内部的压力变化规律 第一章 流体流动 1.2 流体静力学 1.2.1 流体的受力 外界作用于流体上的力 体积力 表面力 一、体积力 体积力(body force)又称为场力，质量力，是一种非接触力。地球引力，带电流体所受的静电力，电流通过流体产生的电磁力等均为体积力。 本书只涉及重力： 设流体密度为ρ，体积为V，则其所受的重力为 体积力 表面力 （又称接触力或机械力） 与流体元相接触的环境流体（有时可能是固体壁面）施加于该流体元上的力。表面力又称为机械力，与力所作用的面积成正比。 二、表面力 图1-2 作用在流体上的力 二、表面力 二、表面力 切向应力 法向应力 单位面积上的表面力称为表面应力。 表面应力 第一章 流体流动 1.2 流体静力学 1.2.1 流体的受力 1.2.2 静止流体的压力特性 静止流体的压力特性 静止的流体内部没有剪应力，只有法线方向的应力，通常将该法向应力称为流体的静压力，以p表示。 流体的静压力 静止流体的压力特性 在SI单位制中，压力单位是N/m2或Pa。 其他单位还有：1atm＝101300 N/m2＝101.3kPa＝1.033kgf/cm2＝10.33mH2O＝760mmHg 不同基准压力之间的换算 压力的单位 表压力 = 绝对压力－大气压力 真空度 = 大气压力－绝对压力 真空度 = -表压力 第一章 流体流动 1.2 流体静力学 1.2.1 流体的受力 1.2.2 静止流体的压力特性 1.2.3 流体静力学方程 流体静力学方程 图1-3 流体静力学方程的推导 微元立方流体 边长:dx、dy、dz 密度:ρ 流体静力学方程 z方向上的力（向上为正）仅为重力和静压力 （2）作用整个微元体的重力为 （1）作用于微元体上、下底面的表面力（压力）分别为 流体静力学方程 则z方向上力的平衡式为 化简得 静止流体的欧拉(Euler)方程 同理，在x，y方向上： y 轴 x 轴 流体静力学方程 或 当流体不可压缩（ρ= 常数）时，积分可得 流体静力学方程 或 (1-11) (1-12) (1-14) 总势能守恒 等压面 静力学基本方程式可改写为 因此，压差的大小可用一定的液柱高度来表示 流体静力学方程 (1-15) 不可压缩流体的静 力学基本方程式 反映重力场作业下，静止流体内部压力的变化规律 流体静力学方程 应注意，液柱高度表示压差大小时必须指明是何种液体。 图1-4 静止液体内部的压力分布 流体静力学方程 流体静力学方程 静力学方程式仅适用于连通着的同一种连续的不可压缩静止流体。 第一章 流体流动 1.2 流体静力学 1.2.1 流体的受力 1.2.2 静止流体的压力特性 1.2.3 流体静力学方程 1.2.4 流体静力学方程的应用 一、压力与压力差的测量 1.U管压差计（U-tube manometer） 图1-5 U管压差计 动画04 根据流体静力学基本方程式可得 于是 一、压力与压力差的测量 上式化简，得 若被测流体为气体，由于气体的密度比指示液的密度小得多，气体的密度可以忽略，于是 若U管的一端与被测流体连接，另一端与大气相通，此时读数反映的是被测流体的表压力。 一、压力与压力差的测量