1、00第3章流體靜力學3.1作用在流體上的力授課題目（章、節(jié)）3.2流體靜力學基本方程3.3重力場中的靜止液體（1）課程名稱：工程流體力學摘要第4講次本講目的要求及重點難點：【目的要求】掌握靜止流體的力學行為?！局攸c】靜止液體內的壓力分布、液體與接觸表面之間的相互作用力。【難點】液體與接觸表面之間的相互作用力內容【本講課程的內容】靜止流體是相對于運動流體而言的，流體力學將靜止流體的力學分析作為一個單獨的體系來處理，主要有兩方面的目的：為流體動力學問題的受力分析建立基礎流體靜力學的分析方法和結果本身在工程實際中有廣泛應用。3.1作用在流體上的力從力學的角度看，流體團無論是出于靜止狀態(tài)還是運動狀態(tài)，

2、其所受外力無外乎有兩類：由質量力場作用于該流體團整個體積內的力，稱為質量力或體積力；由與之接觸的流體或固體壁面直接作用于該流體團表面上的力，稱為表面力或面積力。3.1.1質量力質量力：質量力場對流體的作用力，作用于流體整個體積，屬非接觸力；又稱體積力或遠程力。N/kgorm/s2單位體積力：f=lim=f(x5y,z,t)=fxi+fxj+fzkAZPm總體積力：=Jjjpf(x,y,z,t)dVV重力場體積力：F腫噸-f=g=g)+g)j+Szkf=ak,F=fffpkdK=-mok如圖：通常取g=-gk-gx=o；=0,gz=-g3.1.2表面力應力與壓力表面力：流體表面受到的作用力，屬接

3、觸力，又稱近程力。AP單位表面力：P”=lim二=p”（x,y,z,f）N/m2orPal總表面力：巧=應力單位表面力：應力p”=正應力6+切應力q即P“=S+T“其中S=（-P+Acr”）n（如圖）單位表面力或應力p“一般表示為P”=（+Aq）ii+靜壓力正血另J1（拉伸變形）切應力（剪切變形）應力一單I位表面力J應力或單位表面力的基本特點：真實流體不能承受拉應力，故：=（7+人可）（山Ay/2）-pc=0-py+fyp（y/2）-p二o因考察流場點處的截面取向，故在上式中令ZkO、/jtO,可得Px=Py=P同理有：pz=p由此表明：靜壓力的大小與表面取向無關，僅是空間位置和時間的函數(shù)。3

4、.1.4壓力的表示方法及單位絕對壓力：p表壓力：卩叱=P-P.真空度：P礙二Po_P（PPo常用壓力單位及換算關系：（見表）絕對壓力Ph=|fxpdxdydz上式即為靜力學基本方程，其矢量展開式和分量式分別為:微元體方法oxoyoz全微分形式的靜力學方程：靜止流場中:4討訓+訣-常用形式助=o(ZA+fyy+力血3.2.2靜止流場基本特性靜止流場中體積力應滿足的條件：f-Vxf=01U稱為不可壓縮靜止流場中體積力有勢，即丿體積力dp=(Vp)-dr/Vxf=0orf=drp=constpi=p-f=V(p/p)且U=-p/pP+WAP靜止流場中兩種流體的分界面為等壓面(如圖)分界面上-Vp1d

5、r二/?-dr6p2=V/?2-dr=p2f-drdp=dp2=dp乜丄Pi又vAp13:.dP=0即，分界面上壓力不變等壓面。(4)正壓流場中等壓面與等密度面重合正壓流場:P=fp)；例如：理想氣體等溫流場是正壓流場：p!pconst;正壓流場中Q僅與p相關，p恒定則Q恒定，故等壓面必為等密度面。3.3重力場液體靜力學3.3.1重力場靜止流體的壓力分布重力場靜止流體壓力微分方程:如圖，取g=gkTf=g=-gk根據(jù)dP=p(fx+fyy+可得壓力微分方程為Po自由液面液柱g重力jpgh、1h11衛(wèi)、r單位橫截面積應用于靜止氣體需確定重力場靜止液體壓力分布：積分上式可得壓力分布方程：P=PqP坪或,令方=-Z有:P=Pq+Pgh（物理意義）壓力遞推方程：Pa二Pb土Pgh（同種流體、靜止、連通）等壓面方程：d/?=0TZ=C（水平面）自由面：p=pTZ=O兩種液體的分界面為等壓面：分界面上：d2=-/?2gdz,且切嚴21=O又：pxpx,Ad/?-0即：分界面為等壓面kPiPi）【本講課程的小結】本講主要介紹了流體團所受的兩類力：質量力和表面力。其中質量力是由于質量力場產生的，典型的質量力場有重力場，慣性力場等。表面力是由于流體微團和其他微團或壁面接觸產生的，單位面積上的力稱為應力，其應力又可分為正應力和切應力，而流體表