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文檔簡介

1、流體力學(xué)泵與風(fēng)機電子教案,浙江建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 暖通教研室 張玲,單元1 流體靜力學(xué),教學(xué)基本要求 1. 明確流體力學(xué)課程的性質(zhì)和任務(wù),了解流體力學(xué)基本概念。 2. 掌握靜水壓強基本公式和物理意義,會用基本公式進(jìn)行靜水壓強計算,等壓面確定,靜水壓強的測量。 學(xué)習(xí)重點和難點 1. 靜水壓強的表示與計算。 2. 壓差計中等壓面確定。,一、基本概念,流體的密度與容重 ( = g ) 常見流體的密度: 水1000 kg/m3 空氣1.23 kg/m3 水銀136000 kg/m3 流體的比容 m3/kg 流體的壓縮性、膨脹性 可壓縮流體與不可壓縮流體。 流體的粘滯性 流體內(nèi)部各流體微團之間發(fā)生相對運動

2、時,流體內(nèi)部會產(chǎn)生摩擦力(即粘性力)的性質(zhì)。,庫侖實驗(1784),粘度(見教科書第一章表) 汽化壓強(或汽化壓力),(1) 動力粘度,(2) 運動粘度,(3) 粘度的影響因素 1)溫度對流體粘度的影響很大 2)壓力對流體粘度的影響不大, 一般忽略不計,溫度,流體的主要力學(xué)模型 流體的連續(xù)介質(zhì)模型 不可壓縮性流體模型 理想流體模型,當(dāng)流體的壓縮性很小且可以忽略時,該流體被認(rèn)為是不可壓縮的。,不考慮流體分子間的間隙,把流體視為由無數(shù)連續(xù)分布的流體微團組成的連續(xù)介質(zhì)。,具有粘性的流體(0)。忽略粘性的流體(=0)是理想流體模型。,作用在流體表面上的力,一、質(zhì)量力 作用于流體的每一個質(zhì)點上,與被作用

3、的流體的質(zhì)量成正比,單位為N(牛頓)。在均質(zhì)流體中,質(zhì)量力與被作用流體的體積成正比,所以質(zhì)量力又稱為體積力。 流體力學(xué)中常遇到的質(zhì)量力有重力和慣性力。 單位質(zhì)量力:f = F/M ;m/s2(米/秒2),二、表面力 表面力是作用在被研究流體的表面上,與受作用的表面積成正比的力。如作用在流體上的表面力可以是大氣壓力、固體邊界對流體的反作用力和摩擦力等;也可以是兩流層之間的摩擦力。 注:靜止的流體不能承受切向力,二、流體靜壓強,流體的靜壓強定義 流體處于絕對靜止或相對靜止時的壓強 流體靜壓強的兩個特性 方向性:流體靜壓力的方向總是沿著作用面的內(nèi)法線方向(原因:靜止流體不能承受剪力和拉力) 大小性:

4、流體靜壓力與作用面在空間的方位無關(guān),僅是該點坐標(biāo)的函數(shù)。即:任意一點所受各方向的流體靜壓強大小相等,與作用面的方位無關(guān)。 流體靜壓強的計算,由液體靜力學(xué)的基本方程式可以得出以下結(jié)論: 1) 在同一靜止流體中,深度相同的各點,壓強也相同。這些深度相同的點所組成的平面是一個水平面,可見靜止水平面是壓強處處相等的面,即等壓面。 2)兩種容重不同互不混合的液體,在同一容器中處于靜止?fàn)顟B(tài),兩種液體之間形成分界面。這種分界面既是水平面又是等壓面。 3)對于氣體,由于氣體的容重很小,在高差不大的情況下,氣柱產(chǎn)生的壓強值很小,因而可以忽略的影響。 4)靜止液體任一邊界面上壓強的變化,將等值地傳到其他各點(只要

5、靜止不被破壞),這就是水靜壓強等值傳遞的帕斯卡定律。,注意:判斷等壓面需靜止、同種、連續(xù)三個條件,應(yīng)用:,1.靜止的水面、湖面、池面為等壓面; 2.液體容器,測壓管、鍋爐等上部的氣體空間,我們就認(rèn)為各點的壓強是相等的; 3.帕斯卡定律在水壓機,液壓傳動,氣動閥門,水力閘門等水力機械中得到廣泛應(yīng)用。,三、壓強的表示方法及度量單位,1、壓強的表示方法,1)絕對壓強,以完全真空為基準(zhǔn)計量的壓強。,2)相對壓強,以當(dāng)?shù)卮髿鈮簭姙榛鶞?zhǔn)計量的壓強。,表壓:,真空:,壓強度量單位的換算關(guān)系,2、壓強的量度單位,標(biāo)準(zhǔn)大氣壓(溫度為0時海平面上的壓強,即760mmHg)用符號atm表示,1atm=101.325

6、kPa,1.判斷下列點的壓強大小,P1p2=p3p4,舉例,P0,2.盛水的水池如圖。已知液面壓強p098.07kNm2, 求水中C點以及池壁A、B點和池底D點所受的靜水壓強。,解A、B、C三點在同一水平面上,水深為1m,所以壓強為:,A,B,D三點在固體壁面上,根據(jù)靜壓強的特性,其作用方向應(yīng)垂直指向作用面(如圖中所示),由于C點位于流體中,過C點可以作無數(shù)個平面,因此,作用于C點的壓強可以有無數(shù)個方向(如圖中所示)。,四、壓強的測量,1.液柱式測壓計,(1)測壓管,測壓管是一根直徑均勻的玻璃管,直接連在需要測量壓強的容器上,以流體靜力學(xué)基本方程式為理論依據(jù)。,相對壓強,真空,優(yōu)點:結(jié)構(gòu)簡單,

7、缺點:只能測量較小的壓強,(2)U形管測壓計(利用等壓面),優(yōu)點:可以測量較大的壓強,(3)U形管差壓計(利用等壓面),測量同一容器兩個不同位置的壓差或不同容器的壓強差。,(4)傾斜微壓計(可以測量較小的壓強)了解,(放大倍數(shù)),(5)金屬測壓表工程中常用的金屬測壓表是彈簧式金屬測壓表,可以用來測量相對壓強和真空度。,五、流體靜力學(xué)基本方程的物理意義 和幾何意義,上式除以容重,整理后得,1.物理意義,在靜止流體中任一點的單位位能與單位壓能之和(即單位勢能)為常數(shù),2.幾何意義,流體靜力學(xué)基本方程中的各項都具有長度的量綱,可用幾何高度來表示它的意義。在流體力學(xué)中常用水頭來表示一個高度。Z稱為位置水頭, 稱為壓強水頭,兩水頭相加稱為測壓管水頭,它表示測壓管水面相對于某基準(zhǔn)面的高度。 表示同一靜止液體中,所有各點的測壓管水頭都相等。,在重力作用下的連續(xù)均質(zhì)不可壓靜止流體中,靜水頭線為水平線。,3.測壓管兩端分別與測點相連,若管內(nèi)是水,密度為,壓差計內(nèi)是密度為的水銀,求p。若管內(nèi)是密度為的空氣,壓差計內(nèi)是密度為的水,p如何。,解:作等壓面,舉例,若管內(nèi)為空氣,4.某壓差計如圖所示,已知hA=hB=1m ,h=0.5m。求:pA - pB 。,解:由圖可知,面為等壓面,,由于水銀柱和水柱之間為空氣,密度可忽略不計,則p2= p3,得,同時,,5.一封閉水箱,如圖所示,水面上壓強p

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