第章流体及其主要物理性质.ppt

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1、EngineeringFluidMechanics工程流体力学中南大学第1章流体及其主要物理性质第2章流体静力学第3章流体动力学基础第4章流动阻力和水头损失第5章孔口、管嘴出流及有压管流第6章明渠均匀流第7章明渠水流的两种流态及其转换目录第二章流体静力学第一节流体静压强及其特性第二节流体的平衡微分方程及其积分第三节重力作用下的流体平衡第四节流体压强的量测1第五节作用在平面上的流体静压力第六节作用在曲面上的流体静压力重、难点1.静压强及其静压强的特性。2.静力学基本方程式的理解和应用；等压面。3.静止流体对固体壁面的作用力：平面和曲面。平衡有两种：一种是流体对地球无相对运动，即

2、重力场中的流体的绝对平衡；一种是流体对某物体（或参考坐标系）无相对运动，亦称流体对该物体的相对平衡。第一节流体静压强及其特性一.流体静压强的定义单位：N/m2，Pa作用在单位面积上的力二、流体静压强的特性1.垂直性流体静压强的方向与受压面垂直并指向受压面，或流体静压强只能沿受压面的内法线方向作用。dAdPdAdP反证法2.各向等值性平衡流体中任意点的静压强的大小由该点的坐标位置决定，而与作用面的方位无关。即在平衡流体内部任意点上各方向的流体静压强大小相等。压强p的全微分：证明思路取研究对象受力分析导出关系式得出结论质量力表面力取研究对象取一四面体OABC，三条边相互垂直且与坐

3、标重合，受力分析对于x轴得出结论导出关系式对于任一轴第二节流体的平衡微分方程及其积分平衡微分方程的推导取研究对象受力分析1.表面力设压强在x方向上的变化率为2.质量力在x方向上：流体静力学平衡微分——方程或欧拉平衡微分方程导出关系式对于任一轴平衡微分方程的积分＝dp＝dU令U＝U（x,y,z），且U称为质量力的势函数，如重力、惯性力。由积分得前三式分乘dx，dy，dz，再相加，得积分常数C的确定假定平衡流体中某点的压强为p0、力势函数为U0，则平衡微分方程的物理意义流体的平衡微分方程实质上表明了质量力和压差力之间的平衡。压强对流体受力的影响是通过压差来体现的.【例】试求重力场

4、中平衡流体的质量力势函数。x-mgyzz0【解】该流体的单位质量分力为fx＝0，fy＝0，fz＝－g积分得U＝－gz+C取基准面z＝0处，U＝0（称为零势面），得U＝－gz物理意义：单位质量（m＝1）流体在基准面以上高度为z时所具有的位置势能。等压面平衡流体中压强相等的点所组成的面（平面或曲面）称为等压面。即等压面性质：1.等压面即是等势面：U＝C；2.等压面与质量力矢量垂直；3.两种不相混的平衡液体的分界面必然是等压面。第三节重力作用下的流体平衡一、流体静力学基本方程1.压强形式的静力学基本方程在重力场中：xz0(y)zhz0p0由液体自由表面上的边界条件：z＝z0，p＝p

5、0，得上式称为流体静力学基本方程，或不可压缩流体的静压强分布规律。12帕斯卡定律2.压强形式的方程的推论平衡流体中，自由表面处压强p0的任何变化都会等值地传递到液体中的任意一点上。流体静压强分布静止液体中，任一点的压强值与其所处的深度h成正比。因此，压强与液体深度为线性函数关系。气体压强的计算由于气体的密度很小，在高差不很大时气柱产生的压强很小，可以忽略，则p＝p0（即小范围内，气体压强处处相等）。连通器原理水平面是等压面的条件：重力液体静止液体同一容器（连通）同一介质局部范围内水油水银p0paAB123456连通容器连通容器连通器被隔断2.能量形式的静力学基本方程——不可压

6、缩流体的静力学基本方程（能量形式）对静止容器内的液体中的1、2两点有2p0100一、流体静力学基本方程2.静力学基本方程的物理意义能量意义单位重量流体位置势能，简称位能z---压强势能，简称压能---总势能---流体静力学基本方程的能量意义是：在重力作用下平衡流体中各点的单位重量流体所具有的总势能（包括位能和压能）是相等的，即势能守恒。xzyp0AZ几何意义z---------流体距基准面的位置高度，称为位置水头流体在压强p作用下沿测压管上升的高度，称为压强水头静压水头（或静力水头）流体静力学基本方程的几何意义是：在重力作用下同一平衡流体中各点的静力水头为一常数，相应的静力水

7、头线为一水平线。OO测压管水头的含义在内有液体的容器壁选定测点，垂直于壁面打孔，接出一端开口与大气相通的玻璃管，即为测压管。测压管内的静止液面上p=0，其液面高程即为测点处的，所以叫测压管水头。OO测静压只须一根测压管如果容器内的液体是静止的，一根测压管测得的测压管水头也就是容器内液体中任何一点的测压管水头。如接上多根测压管，则各测压管中的液面都将位于同一水平面上。敞口容器和封口容器接上测压管后的情况如图测压管水头和静压水头绝对压强是以绝对真空（或完全真空）为起点来计算的压强值，以p’表示。相对压强是以