工程流体力学教案—第04讲.docVIP

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工程流体力学教案—第04讲

教 学 内 容 (讲稿) 备注 (包括:教学手段、时间分配、临时更改等) 2.3 重力作用下的流体平衡 本节只研究流体相对于地球没有运动的静止状态。 一、静力学基本方程式 1.坐标系的原点选在自由面上,z轴垂直向上,液面上的压强为p0,则 X=0,Y=0,Z=-g 代入公式:,得: 化简得, (2) 对于不可压缩流体(公式使用条件之一),=const,积分(2)式得: (3) 对于流体内任意两点,上式可写成: ——静力学基本方程形式之一 2.由(3)式得 代入边界条件(取自由液面):z=0时,p=p0,则 所以, (4) 令(点在液面以下的深度h),则 (5) ——静力学基本方程形式之二 3.说明: (1)适用条件:静止、不可压缩流体。 (2)静止流体中任一点的压强p由两部分组成,即等值传递的液面压强p0以及由该点上方高度为h的液柱产生的压力(重量)。 推广:已知某点压强求任一点压强 (3)静止流体中,压强随深度呈线性变化 用几何图形表示受压面上压强随深度而变化的图,称为压强分布图。 大小:静力学基本方程式 方向:垂直并且指向作用面(特性一) 例题: (4)同种连续静止流体中,深度相同的点压力相同。连通器 二、几种压强的表示(基准不同) 1.绝对压强: 是以绝对真空为零点而计量的压强。 如取自由表面,压力,则 2.相对压强(表压):或 是以当地大气压为零点而计量的压强。 3.真空压强(真空度): 当绝对压强小于当地大气压时,当地大气压与绝对压强的差值。 注:①只有当时,才用真空度的概念,最大真空度为1个大气压 ②尽可能用表压:在液体内部等值传递的 三、压强的度量 1.应力单位:Pa,Kgf/cm2(即at) 2.大气压单位: 1atm=760mmHg=1.0336 Kgf/cm2= 10.336mH2O=1.013×105Pa 1at=735.29mmHg=1 Kgf/cm2=9.8×104Pa=10mH2O=9.8×104Pa 3.液柱高单位:mmHg,mH2O 四、静力学基本方程式的意义 1.几何意义 ——位置水头:该点到基准面的高度,与基准面的选取有关。 ——压力水头:该点压强的液柱高度。 ——测压管水头:为一常量 静止流体中各点的测压管水头是一个常数。 2.物理意义 ——比位能:单位重量流体所具有的位能。 ——比压能:单位重量流体从大气压力为基点算起所具有的压力势能。是一种潜在的势能,若在某点压力为p,接出一测压管,则在该压力作用下,液面上升的高度为。 ——总势能:为一常量 静止流体中,单位重量流体的总势能是恒等的。 说明: 由静力学方程,有:。若以表压计算: ①若液面敞口,,,压力水头的几何意义为:静止流体中某点上方的液柱高度h; ②若液面封闭,,,为等效液柱高度,由实际液柱高度h及液面压力等效高度组成;压力水头的几何意义为:静止流体中某点上方的等效液柱高度; ③若液面上方有其它液层覆盖,此时h为非真实的液体的液柱高度,应以该点所在位置的环境液体为依据转化等效液柱高度。 五、测压计 1.分类:根据适用范围、适用条件的不同,分为液式、金属式、电测式。 2.液式测压计 原理:(p、p0的标准必须一致,用表压) 方法:找等压面 (性质5:两种互不相混的静止流体的分界面必为等压面) 特点:结构简单、使用方便、制造简单,常用于实验室中。 ①液面计 ②测压管:同种液体引出液柱高度以测量压力,一端与测压点相连,一端通大气。 ③U形管测压计 抽真空 ④组合式U形管测压计 ⑤U形管压差计 ⑥组合式U形管压差计 先找等压面:a—a面、b-b面 写出等压面压力表达式:a-a面上 所以, 当两测点在同一水平面上时: 所以, 3.金属测压计 (1)原理:弹性元件在压力作用下产生弹性变形。 (2)分类:弹簧管式、薄膜式压力表。 (3)缺点:易坏(超量程操作) 4.电测式测压计 电量 → 数字信号 思考题: 1.静力学基本方程式的两个形式、几何意义和物理意义,使用条件;压强分布图的画法。 2.绝对压力、表压和真空度的意义及其间的相互关系如何? 3.液式测压计的水力学原理是什么?工作液的选择和量程范围及精度有什么关系? 工程中最常见的流体平衡状态,此时质量力只有重力 说明水静力学基本方程只适用于不可压缩流体 绝对压强永为正值,最小值为0 气体密度、重度小,通常可以忽略空气柱的重量,认为整个充气空间压力相

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