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流体力学基础第1页，共31页，星期日，2025年，2月5日2-1流体静力学基础一、静压力及其特性静压力：液体单位面积上的法向应力。特性：1）、静压力是沿着液体作用面的内法线方向。2）、液体中任一点压力大小与作用的方位无关（各向相等）二、静压方程第2页，共31页，星期日，2025年，2月5日重力场中静止液体的压力分布规律(Z=-g)p=p0+ρgh结论：①同一深度处压力相等。②静压力由液面压力p0和重力ρgh引起的压力两部分组成。重力场:第3页，共31页，星期日，2025年，2月5日Z=-gdp=-ρgdzp=-ρgz+c当z=H时，p=p0→c=p0+ρgHH-z=h→p=p0+ρgh→p=p0+ρgh?第4页，共31页，星期日，2025年，2月5日三、压力表示法1、压力单位Pa=N/m21at=105Pa=0.1MPa=10mH2O=735.5mmHgatmH2OmmHg2、绝对压力、相对压力、真空度绝对压力真空度相对压力绝对压力at0四、液体对固体壁面的作用力：Fx=pAx第5页，共31页，星期日，2025年，2月5日2-2流体动力学基础主要研究液体流动时流速和压力的变化规律。连续性方程、伯努利方程、动量方程是描述流动液体力学规律的三个基本方程式。前两个方程反映了液体的压力、流速与流量之间的关系，动量方程用来解决流动液体与固体壁面间的作用力问题。一、流体运动的基本概念1、理想液体、定常流动2、流线、过流断面、流量、平均流速第6页，共31页，星期日，2025年，2月5日二、连续性方程v1A1=v2A2=常数应用条件：定常流动和不可压缩临界雷诺数Re（2000—2300）当：Re＜Rer时，为层流当：Re＞Rer时，为紊流3、层流、紊流、雷诺判据4、雷诺数（是液体惯性力与粘性力之比）实验第7页，共31页，星期日，2025年，2月5日三、伯努利方程pdA-(p+dp)dA-ρgdAdlcosθ=ρdAdlal1、理想液体的运动微分方程第一项为变位加速度第二项时变加速度第8页，共31页，星期日，2025年，2月5日此式为微小流束液体一元定常流动的运动微分方程沿流线积分此式单位重量液体的伯努力方程流动液体的势能、压力能、动能之和不变。适应条件：理想液体作定常流动第9页，共31页，星期日，2025年，2月5日实际液体总流的伯努力方程各项同乘以ρdq得微小流束的整个质量的能量方程，然后再对整个过流断面积分，就得到总流的能量方程第10页，共31页，星期日，2025年，2月5日适应条件：（1）定常流动、（2）不可压缩第11页，共31页，星期日，2025年，2月5日例：A1=2cm2，A2=4*A1，h=1m，抽吸和被抽吸的液体相同，若不计能量损失，求开始能抽吸时的流量应用能量方程时解题步骤：1）选取两个缓变过流断面（一个选在参数已知处A2，一个选在要求解的参数处A1）2）在两个缓变过流断面上，各选取一个高度已知的点1、2，沿流线列能量方程3）判断流态，确定动能修正系数α4）求解方程12第12页，共31页，星期日，2025年，2月5日四、动量方程如图液体在定常（恒定）流动时，取1—2之间的液体为研究对象根据刚体动量定律有：由连续方程知，q1=q2=q，对于不可压缩液体又有ρ1=ρ2=ρm2u2m1u1Fdt第13页，共31页，星期日，2025年，2月5日用于求解液体对固体壁面的作用力T=-F方程成立的条件：恒定流动、不可压缩方程为矢量方程β为动量修正（用平均速度带来的误差），β=1（紊流），β=4/3（层流）第14页，共31页，星期日，2025年，2月5日例题：阀芯打开时受力分析1.液体受力Fx=ρq(β2v2cos90–β1v1cosθ)取β1=1则Fx=–ρqβ1v1cosθ2.阀芯受力Fx=–Fx=ρqβ1v1cosθ指向使阀芯关闭的方向第15页，共31页，星期日，2025年，2月5日2.3液体流动时的压力损失实际液体在流动过程中,由于粘性的影响,必然有能量损失.可用压力损失表示,可分为沿程压力损失和局部压力损失第16页，共31页，星期日，2025年，2月5日一、沿程压力损失1、圆管层流的压力损失P1-p2第17页，共31页，星期日，2025年，2月5日压力损失由此