流体力学与流体机械(二).ppt

流体力学与流体机械(二) 多媒体教学课件 李文科 制作 第二章 流体静力学 概 述 流体静力学研究的内容 第一节 作用在流体上的力 第二节 流体的静压力及其特性 第三节 流体平衡微分方程和等压面 第四节 流体静力学基本方程 第五节 绝对压力、相对压力和真空度 第二章 流体静力学 第六节 浮力作用下气体静力学基本方程 第七节 液柱式测压计原理 第八节 液体的相对平衡 第九节 静止液体作用在平面上的总压力 及压力中心 第十节 静止液体作用在曲面上的总压力 第二章 流体静力学 流体静力学是研究静止状态下的流体在外力作用下的平衡规律，以及这些规律的实际应用。 宇宙万物都处在不停的运动之中，真正静止的物体是不存在的。但是，从工程应用的角度来看，在多数情形下，忽略地球自转和公转的影响，而把地球选作惯性参照系，对于研究问题的结果还是足够精确的。当物体相对于惯性参照系没有运动时，我们便说该物体处于静止状态或平衡状态。如果我们选择本身具有加速度的物体作为参照系，即非惯性参照系，当物体相对于非惯性参照系没有运动时，便说它处于相对静止或相对平衡状态。对于研究流体宏观机械运动的流体力学来说，也是如此。 第二章 流体静力学 既然处于静止或相对静止状态的流体对参照系没有运动，则实际流体的粘性作用表现不出来，切应力τ=0。所以本章所讨论的流体平衡规律，不论是对理想流体，还是对实际流体都是适用的。 第一节 作用在流体上的力 内 容 提 要 一、 表面力及其表示方法 二、 质量力及其表示方法 第一节 作用在流体上的力 作用在流体上的力可分为两大类：表面力和质量力。 一、表面力及其表示方法 表面力是指作用在所研究的流体的表面上，并且与流体的表面积成正比的力。也就是该流体体积周围的流体或固体通过接触面作用在其上的力。表面力不仅是指作用在流体外表面上的力，也包括作用在流体内部任一表面上的力。 表面力一般可分解成两个分力，即与流体表面垂直的法向力P和与流体表面相切的切向力T。在连续介质中，表面力不是一个集中的力，而是沿着表面连续分布的。因此，在流体力学中，常用单位表面积上所作用的表面力—法向应力和切向应力来表示，其单位为N/m2。 第一节 作用在流体上的力 由粘性所产生的内摩擦力和流体受到的固体壁面的摩擦力，以及固体壁面对流体的压力等都是表面力。 如图2-1所示，在流体中任取一体积为V，表面积为A的流体作为研究对象，所取的这部分流体以外的流体或固体通过接触面必定对该部分流体产生作用力。在分离体表面的a点取一微元面积ΔA，作用在ΔA上的表面力为ΔF，将ΔF分解为沿法线方向n的法向力ΔP和沿切线方向τ的切向力ΔT，当ΔA缩小趋近于点a时，便得到作用在a点的法向应力p和切向应力τ，即 (2-1) (2-2) 第一节 作用在流体上的力 流体的压力p就是指作用在单位面积上的法向应力的大小。 图2-1 作用在流体上的表面力 第一节 作用在流体上的力 二、质量力及其表示方法 质量力是指作用在流体的所有质点上，并且和流体的质量成正比的力。它可以从远距离作用于流体内每一个流体质点上。对于均匀流体，质量力又与流体的体积成正比，因此，质量力又称为体积力。例如，在重力场中由地球对流体全部质点的引力作用所产生的重力；带电流体所受的静电力，以及有电流通过的流体所受的电磁力等都是质量力。当我们应用达朗伯原理去研究流体的加速运动时，虚加在流体质点上的惯性力也属于质量力。惯性力的大小等于质量乘以加速度，其方向与加速度的方向相反。 第一节 作用在流体上的力 质量力的大小常以作用在单位质量流体上的质量力，即单位质量力来度量。单位质量力通常用 来表示。 在直角坐标系中，设质量为m的流体所受的质量力为F，它在各坐标轴上的投影分别为Fx、Fy、Fz，则单位质量力f在各坐标轴上的分量分别为  (2-3) 则 (2-4) 单位质量力及其在各坐标轴上的分量的单位是N/kg或m/s2，