12流体静力学解析课件.ppt

1、首先应了解的基本概念首先应了解的基本概念1.2 流体静力学基本方程式流体静力学基本方程式(hydrostatics equation)12/5/202211-1 流体的静压强及其特性流体的静压强及其特性 流体静止流体静止的条件是其每个质点均处于力平衡的状态。静止流体中任的条件是其每个质点均处于力平衡的状态。静止流体中任意质点所受到的空间各方位的压力意质点所受到的空间各方位的压力压强压强数值上相等。数值上相等。反证法反证法:如果在如果在n1方向上的压力（压强）大于其他方向上的压力（压强），方向上的压力（压强）大于其他方向上的压力（压强），则在则在n1方向上必有净力方向上必有净力,F=ma,则有加

2、速度则有加速度,即即,质点运动质点运动,与前提条与前提条件件(流体静止流体静止)相矛盾。所以静止流体中任意质点所受到空间各方相矛盾。所以静止流体中任意质点所受到空间各方位的压力（压强）数值上相等。得证。位的压力（压强）数值上相等。得证。n1AFPn lim0 A12/5/20222静压强的特性静压强的特性静止流体中任意界面上只受到大小相等，方向相反的压力；无剪静止流体中任意界面上只受到大小相等，方向相反的压力；无剪切力存在。切力存在。作用于任意点所有不同方位的静压强在数值上相等；作用于任意点所有不同方位的静压强在数值上相等；压强各向传递时为等量传递。即发生压强传递的过程中，被传递压强各向传递时

3、为等量传递。即发生压强传递的过程中，被传递的压强数值不变。这在后面的流体静力学方程式中可以显示出来。的压强数值不变。这在后面的流体静力学方程式中可以显示出来。12/5/20223绝对压绝对压 absolute pressure表压表压 gauge pressure 真空度真空度 vacuum 压强的表示方法压强的表示方法（1）单位单位：N/m2=Pa,106Pa=1MPa流体柱高度流体柱高度（p=gh)1atm=1.013105Pa=760mmHg=10.33mH2O（2）基准：表压绝对压大气压基准：表压绝对压大气压真空度大气压绝对压真空度大气压绝对压各压强表示方式之间的关系见如下图示各压强表

4、示方式之间的关系见如下图示12/5/20224P1P2大气压大气压Pa绝对零压绝对零压真空度真空度(vacuum)表压表压(gauge pressure)P2绝对压大气压P1绝对压12/5/202251-2 流体的密度和比容流体的密度和比容1、流体密度的表达式、流体密度的表达式Vm 3mkg气体密度计算式气体密度计算式RTMmnRTPV RTPMVm 气体在标准状况下的密度气体在标准状况下的密度KPaPKT325.101,14.27300 4.220M 气体在温度气体在温度T、压强压强P下的密度下的密度000PPTT 气相混合物的密度气相混合物的密度iniiigmy 1,液体的密度直接查相关手

5、册液体的密度直接查相关手册液相混合物的密度液相混合物的密度 niiiilmw1,1 或者或者RTPMmgm,Wi是各组分的质量分率是各组分的质量分率12/5/202262、比容、比容比容的表达式比容的表达式 1 mVv12/5/202271-3 流体静力学基本方程式流体静力学基本方程式),(zyxfP 022 zyxZyxzzPPyxzzPP首先分析静止流体中压强在空间的分布首先分析静止流体中压强在空间的分布作用于单位质量上的体积力在作用于单位质量上的体积力在z方向上的分量为方向上的分量为Z0 dyuddyud 12/5/20228力距离力距离=功功(机械能机械能)0)(1dzzPdyyPdx

6、xPZdzYdyXdx),(),(zyxfPzyxfP0dPZdzYdyXdx流体平衡的一般表达式流体平衡的一般表达式01 zPZ 01 xPX 01 yPY 12/5/20229或或常数常数 PZggZPgZP2211(Hydrostatic equation)流体静力学基本方程式流体静力学基本方程式0dPZdzYdyXdx12/5/202210 hg=P2-Pa 压差反映液位深度压差反映液位深度.在下面的液面所受在下面的液面所受的压强大。的压强大。ghPP 202 ghPP 303 0P 2P 023PPP 3P 巴斯噶巴斯噶原理原理静压强特性第点压强静压强特性第点压强各向传递时为等量传递

7、。各向传递时为等量传递。即发生压强传递的过程即发生压强传递的过程中，被传递的压强数值中，被传递的压强数值不变。不变。1Z2Z12/5/202211静力学方程应用条件：静力学方程应用条件：种流体且不可压缩（气体高度差不在时仍可用）；种流体且不可压缩（气体高度差不在时仍可用）；静止；静止；重力场。重力场。gZPgZP2211流体总势能的概念：流体总势能的概念：总势能（压强能与位能之和）总势能（压强能与位能之和）或或 虚拟压强虚拟压强(The dummy pressure)The dummy pressure)gZPgZP2211gZZPP)(2112 12/5/202212第第2讲：讲：1-4 流

8、体静力学基本方程式的应用流体静力学基本方程式的应用1.3 管内流体流动的基本方程式管内流体流动的基本方程式1-5 流量和流速流量和流速1-6 稳定流动与不稳定流动稳定流动与不稳定流动1-7连续性方程连续性方程1-8 柏努利方程式柏努利方程式第第1章章 流体流动（流体流动（14学时）12/5/2022131、压强的测定、压强的测定流体压力计流体压力计(Manometers)11 根据静力学方程式判断等压面：根据静力学方程式判断等压面：静止的、同一种流体、在同一水平面，满足该三条时，必为等压面。静止的、同一种流体、在同一水平面，满足该三条时，必为等压面。gZPgZP 2211 1-4 流体静力学基

9、本方程式的应用流体静力学基本方程式的应用12/5/202214U形测压管形测压管(U-tube manometer)12/5/202215形形U形测压管形测压管(U-tube manometer)12/5/202216(two-liquid manometer)x12/5/202217已知：基于某已知：基于某一基准面的一基准面的 Z0 Z2 Z4 Z6 Z7 i ,12/5/202218（1）测压强）测压强12/5/202219(2)原理原理12/5/202220(3)12/5/202221(4)液封液封12/5/202222gPPHa maxhPaHgPPhghPPaa 正常生产正常生产:设

10、备内达到最大允许压设备内达到最大允许压强时，才可以冲破液封。强时，才可以冲破液封。Pmax=Pa+HgH12/5/202223 液封液封hPaPPmax液液体体gPPhghPPlalamaxmax12/5/202224(5)流向判断流向判断12/5/202225(6)液位计液位计1221RhPgRPghRh1212/5/202226液位计液位计P1=P2P3=P4P3-P1=P4-P200RgRgRgRiiR1 23412/5/202227流体静力学方程式流体静力学方程式gZPgZP2211 gZZPP2112 注意：注意：1)选取水平基准面；选在两个面的下边某一选取水平基准面；选在两个面的下

11、边某一 水平面较为方便；水平面较为方便；2)选取压强的基准；选取压强的基准；3)两个压强面之间流体的密度。两个压强面之间流体的密度。强强差差是是两两个个压压强强面面之之间间的的压压gZZ21 流体静力学总结流体静力学总结判断等压面判断等压面gZPgZP221112/5/202228上上U形管：形管：上、下上、下U形管指示剂相同，形管指示剂相同，分析：分析：R和和H数值的关系？数值的关系？45下下U形管：形管：gHgZPgHPiBA gHgZPPiBA)()(3 11PPP gRgRgxPgxgZPiBA gRgZPPiBA)()(RH 解：解：12/5/2022291.2 流体静力学完自某自某负压设备（真负压设备（真空蒸发器）向下排空蒸发器）向下排液液aPP 12/5/202230APa11 22 省略省略12/5/202231gHPgRPaAi1gHgRPaPiA1gRRHPgRpaAi2111ghPPAAghgRRHgRPaPiA2111 1 2利用等压面的关系利用等压面的关系12/5/202232省略省略12/5/202233