第二章流体静力学详解
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第⼆章-流体静⼒学⼀、学习导引1、流体静⽌的⼀般⽅程(1)流体静⽌微分⽅程x p f x ??=ρ1,y p f y ??=ρ1,zpf z ??=ρ1 (2)压强微分)(dz f dy f dx f dp z y x ++=ρ(3)等压⾯微分⽅程0=++dz f dy f dx f z y x2、液体的压强分布重⼒场中,液体的位置⽔头与压强⽔头之和等于常数,即C pz =+γ如果液⾯的压强为0p ,则液⾯下深度为h 处的压强为h p p γ+=03、固体壁⾯受到的静⽌液体的总压⼒物体受到的⼤⽓压的合⼒为0。
计算静⽌液体对物⾯的总压⼒时,只需考虑⼤⽓压强的作⽤。
(1)平⾯壁总压⼒:A h P c γ= 压⼒中⼼Ay J y y c cc D += 式中,坐标y 从液⾯起算;下标D 表⽰合⼒作⽤点;C 表⽰形⼼。
(2)曲⾯壁总压⼒:222z y x F F F F ++=分⼒:x xc x A h F γ=,y yc y A h F γ=,V F z γ=4、难点分析(1)连通器内不同液体的压强传递流体静⼒学基本⽅程式的两种表达形式为C pz =+γ和h p p γ+=0。
需要注意的是这两个公式只适⽤于同⼀液体,如果连通器⾥⾯由若⼲种液体,则要注意不同液体之间的压强传递关系。
(2)平⾯壁的压⼒中⼼压⼒中⼼的坐标可按式Ay J y y c cc D +=计算,⾯积惯性矩c J 可查表,计算⼀般较为复杂。
求压⼒中⼼的⽬的是求合⼒矩,如果⽤积分法,计算往往还简便些。
(3)复杂曲⾯的压⼒体压⼒体是这样⼀部分空间体积:即以受压曲⾯为底,过受压曲⾯的周界,向相对压强为零的⾯或其延伸⾯引铅垂投影线,并以这种投影线在相对压强为零的⾯或其延伸⾯上的投影⾯为顶所围成的空间体积。
压⼒体内不⼀定有液体。
正确绘制压⼒体,可以很⽅便地算出铅垂⽅向的总压⼒。
(4)旋转容器内液体的相对静⽌液体随容器作等⾓速度旋转时,压强分布及⾃由⾯的⽅程式为c z gr p +-=)2(22ωγc gr z +=2220ω恰当地选取坐标原点,可以使上述表达式简化。
第二章流体静力学作用在流体上的力有面积力与质量力。
静止流体中,面积力只有压应力——压强。
流体静力学主要研究流体在静止状态下的力学规律:它以压强为中心,主要阐述流体静压强的特性,静压强的分布规律,欧拉平衡微分方程,等压面概念,作用在平面上或曲面上静水总压力的计算方法,以及应用流体静力学原理来解决潜体与浮体的稳定性问题等。
第一节作用于流体上的力一、分类1.按物理性质的不同分类:重力、摩擦力、惯性力、弹性力、表面张力等。
2.按作用方式分:质量力和面积力。
二、质量力1.质量力(mass force):是指作用于隔离体内每一流体质点上的力,它的大小与质量成正比。
对于均质流体(各点密度相同的流体),质量力与流体体积成正比,其质量力又称为体积力。
单位牛顿(N)。
2.单位质量力:单位质量流体所受到的质量力。
(2-1) 单位质量力的单位:m/s2 ,与加速度单位一致。
最常见的质量力有:重力、惯性力。
问题1:比较重力场(质量力只有重力)中,水和水银所受的单位质量力f水和f水银的大小?A. f水<f水银;B. f水=f水银;C. f水>f水银;D、不一定。
问题2:试问自由落体和加速度a向x方向运动状态下的液体所受的单位质量力大小(fX. fY. fZ)分别为多少?自由落体:X=Y=0,Z=0。
加速运动:X=-a,Y=0,Z=-g。
三、面积力1.面积力(surface force):又称表面力,是毗邻流体或其它物体作用在隔离体表面上的直接施加的接触力。
它的大小与作用面面积成正比。
表面力按作用方向可分为:压力:垂直于作用面。
切力:平行于作用面。
2.应力:单位面积上的表面力,单位:或图2-1压强(2-2)切应力(2-3) 考考你1.静止的流体受到哪几种力的作用?重力与压应力,无法承受剪切力。
2.理想流体受到哪几种力的作用?重力与压应力,因为无粘性,故无剪切力。
第二节流体静压强特性一、静止流体中任一点应力的特性1.静止流体表面应力只能是压应力或压强,且静水压强方向与作用面的内法线方向重合。