《流體力學(xué)》多媒體課件

制作人王永芬《流體力學(xué)》多媒體課件制作人王永芬1第一章緒論學(xué)習(xí)要求：1、了解流體的主要物理力學(xué)性質(zhì)，理解易流動(dòng)特性和粘滯性，掌握牛頓內(nèi)摩擦定律。2、理解質(zhì)量力和表面力，掌握其表示方法。3、理解連續(xù)介質(zhì)（質(zhì)點(diǎn)的概念）、粘性流體、理想流體、不可壓縮流體、可壓縮流體。4、知道流體的研究方法。第一章緒論學(xué)習(xí)要求：1、了解流體的主要21-1流體力學(xué)的任務(wù)及研究對(duì)象液體與氣體統(tǒng)稱為流體。本書研究以水為代表的流體的宏觀運(yùn)動(dòng)和平衡規(guī)律及其應(yīng)用。1-2連續(xù)介質(zhì)假定（宏觀上）假定流體所占據(jù)的空間完全由流體質(zhì)點(diǎn)所充滿而沒(méi)有任何空隙，流體質(zhì)點(diǎn)在時(shí)間過(guò)程中作連續(xù)運(yùn)動(dòng)。1-1流體力學(xué)的任務(wù)及研究對(duì)象液體與氣體統(tǒng)稱為流體。31-2流體的主要物理力學(xué)性質(zhì)量綱—物理量的種類。如：長(zhǎng)度、時(shí)間、質(zhì)量等。一、易流動(dòng)性單位—量度物理量的基準(zhǔn)。量綱分為基本量綱和導(dǎo)出量綱流體在靜止時(shí)不能承受切應(yīng)力和不能抵抗剪切變形的性質(zhì)稱為流體的易流動(dòng)性。1-2流體的主要物理力學(xué)性質(zhì)量綱—物理量的種類。如：4二、慣性（質(zhì)量和密度）慣性—物體保持原有運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的特性。慣性的大小以質(zhì)量來(lái)度量。密度—單位體積流體所具有的質(zhì)量，用符號(hào)ρ表示。密度的國(guó)際單位為：kg/m3。物體中所含物質(zhì)數(shù)量，稱為質(zhì)量。對(duì)于液體，一般情況下，壓強(qiáng)和溫度對(duì)ρ的影響極小。慣性力—由流體慣性引起的對(duì)外界抵抗的反作用力。F=－Ma通常取水的密度為：1000kg/m3。二、慣性（質(zhì)量和密度）慣性—物體保持原有運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的特性。慣5三、重力特性（重量和容重）容重—單位體積液體所具有的重量，用符號(hào)γ表示。容重的國(guó)際單位為：N/m3或kN/m3。G=Mg液體受地球引力的性質(zhì)，稱為重力特性。式中：g—重力加速度，一般取g=9.8m/s2。γ=ρg水的容重為：9.8×103N/m3或9.8kN/m3。三、重力特性（重量和容重）容重—單位體積液體所具有的重量6四、粘滯性運(yùn)動(dòng)的流體具有一定的阻抗剪切變形的能力，這種特性稱為液體的粘性和粘滯性。由于流體中存在粘滯性，運(yùn)動(dòng)流體需要克服內(nèi)摩擦力作功，因此它是流體在流動(dòng)中產(chǎn)生能量損失的主要原因。靜止時(shí)，流體沒(méi)有抵抗剪切變形的能力，即流體具有易流動(dòng)性。四、粘滯性運(yùn)動(dòng)的流體具有一定的阻抗剪切變形的能力，這種7粘性對(duì)流體運(yùn)動(dòng)的影響：yyuu+dudyuu+duτF粘滯力：式中：τ—單位面積上的內(nèi)摩擦力，稱為內(nèi)摩擦切應(yīng)力μ—?jiǎng)恿φ硿禂?shù)，單位為：帕斯卡·秒—流速梯度，即流速沿y方向的變化率牛頓內(nèi)摩擦定律令：稱為運(yùn)動(dòng)粘滯系數(shù)粘性對(duì)流體運(yùn)動(dòng)的影響：yyuu+dudyuu+duτ8五、壓縮性和膨脹性壓縮性—流體受壓、體積縮小、密度增大的性質(zhì)。解除外力后又能恢復(fù)原狀的特性，稱為彈性。液體的壓縮性和彈性，常用壓縮系數(shù)β和彈性系數(shù)K來(lái)度量。式中：p—外加壓強(qiáng)β—壓縮系數(shù)(m2/s)K—彈性系數(shù)(Pa)β越大，液體越易壓縮。膨脹性—流體受熱、體積膨脹、密度減小的性質(zhì)。五、壓縮性和膨脹性壓縮性—流體受壓、體積縮小、密度增大的9六、表面張力特性沿液體自由表面，液體分子引力所產(chǎn)生張力，稱為表面張力。液體在表面張力作用下具有盡量縮小其表面的趨勢(shì)。表面張力的大小，用表面張力系數(shù)σ度量。單位長(zhǎng)度的表面張力，稱為表面張力系數(shù)，單位為：N/m。表面張力系數(shù)σ隨液體種類和溫度而變化。表面張力是液體的特有性質(zhì)。毛細(xì)管現(xiàn)象：教材P7六、表面張力特性沿液體自由表面，液體分子引力所產(chǎn)生張力101-4作用在流體上的力一、質(zhì)量力作用在流體每一質(zhì)點(diǎn)上，其大小與所受作用流體質(zhì)量成正比例的力，稱為質(zhì)量力。重力、慣性力都是質(zhì)量力。若所取的隔離體內(nèi)的流體是均質(zhì)的，則：f—單位質(zhì)量力1-4作用在流體上的力一、質(zhì)量力作用在流體11二、表面力作用于流體隔離體表面上的力，稱為表面力。壓力—垂直于作用面方向單位面積上的壓力稱為壓強(qiáng)：?jiǎn)挝幻娣e上的切力稱為切應(yīng)力（內(nèi)摩擦力）：靜止液體或無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng)的液體中，τ=0。表面力切力—沿作用面方向二、表面力作用于流體隔離體表面上的力，稱為表面力。壓力—垂121-5流體的力學(xué)模型和研究方法一、流體力學(xué)模型二、流體力學(xué)的研究方法1、理想流體2、不可壓縮流體實(shí)際流體與理想流體的區(qū)別在于有無(wú)粘滯性。1-5流體的力學(xué)模型和研究方法一、流體力學(xué)模型二、流13本章要點(diǎn)：1、液體的主要物理性質(zhì)慣性—質(zhì)量，密度萬(wàn)有引力—重力，重度流動(dòng)性粘滯性—粘滯力。是液體最主要的特性之一，它對(duì)液體流動(dòng)的影響為：（1）產(chǎn)生內(nèi)摩擦力；（2）產(chǎn)生水流阻力，導(dǎo)致能量損失；（3）形成特殊的流速分布。壓縮性—彈性力表面張力特性—表面張力一般不考慮2、兩個(gè)假想：連續(xù)介質(zhì)概念、理想液體概念。3、作用在液體上的力：表面力、質(zhì)量力。4、單位質(zhì)量力f=F/M，單位質(zhì)量力在坐標(biāo)上的投影X、Y、Z。本章要點(diǎn)：1、液體的主要物理性質(zhì)慣性—質(zhì)量，密度萬(wàn)有引力—重14第2章流體靜力學(xué)學(xué)習(xí)要求：1、理解和掌握靜壓強(qiáng)及其特性。3、理解測(cè)壓管水頭、位置水頭和壓強(qiáng)水頭的概念，理解等壓面的概念。2、熟練掌握流體靜壓強(qiáng)公式，熟練掌握點(diǎn)壓強(qiáng)的計(jì)算方法，掌握壓強(qiáng)的計(jì)算基準(zhǔn)和表示方法，熟練掌握靜壓強(qiáng)分布圖，掌握壓強(qiáng)的量測(cè)方法。4、熟練掌握計(jì)算作用于平面的液體總壓力。5、熟練掌握計(jì)算作用于曲面的液體總壓力。第2章流體靜力學(xué)學(xué)習(xí)要求：1、理解和掌握靜壓強(qiáng)及其特性152.1流體靜壓強(qiáng)及其特性一、靜壓強(qiáng)的定義二、靜壓強(qiáng)的特性1、垂直指向作用面因?yàn)殪o水中，τ=0，則p=pn2、同一點(diǎn)處，靜水壓強(qiáng)各向等值靜止流體作用在每單位受壓面積上的壓力，稱為靜水壓強(qiáng)。某點(diǎn)的靜水壓強(qiáng)表示為：τpnpM(x,y,z)2.1流體靜壓強(qiáng)及其特性一、靜壓強(qiáng)的定義二、靜壓強(qiáng)的162.2流體的平衡微分方程及其積分一、流體平衡的微分方程也稱歐拉平衡微分方程靜止液體的平衡條件是單位質(zhì)量力與其表面力相等。二、流體的平衡微分方程的全微分形式2.2流體的平衡微分方程及其積分一、流體平衡的微分方17三、等壓面及其特性液體中由壓強(qiáng)相等的各點(diǎn)所構(gòu)成的面（可以是平面或曲面）稱為等壓面。靜止液體的自由表面即為等壓面。1、等壓面2、等壓面的特性由及等壓面定義，得：等壓面方程：1）等壓面就是等勢(shì)面；2）等壓面與質(zhì)量力正交等壓面的特性：三、等壓面及其特性液體中由壓強(qiáng)相等的各點(diǎn)所構(gòu)成的面（可182.3流體靜壓強(qiáng)分布規(guī)律一、重力作用下的流體靜壓強(qiáng)公式1z12z2p0hz靜止液體中任一點(diǎn)：靜止液體中任意兩點(diǎn)：重力作用下流體靜壓強(qiáng)基本公式：流體靜力學(xué)基本方程在同一連通的靜止液體中：Δh當(dāng)點(diǎn)1高于點(diǎn)2時(shí)Δh為正，反之為負(fù)。2.3流體靜壓強(qiáng)分布規(guī)律一、重力作用下的流體靜壓強(qiáng)公式19靜止重力液體的等壓面為水平面！注意：必須為質(zhì)量力只有重力的靜止、同種和連續(xù)的介質(zhì)。對(duì)于氣體，因密度較小，認(rèn)為任意兩點(diǎn)的靜壓強(qiáng)相等。教材P18、P35思考題2.2靜止重力液體的等壓面為水平面！注意：必須為質(zhì)量力只有重力20二、壓強(qiáng)的計(jì)算基準(zhǔn)和表示方法1）、絕對(duì)壓強(qiáng)pabs以設(shè)想沒(méi)有大氣存在的絕對(duì)真空作零點(diǎn)計(jì)算的壓強(qiáng)，稱為絕對(duì)壓強(qiáng)。它是液體中的實(shí)際壓強(qiáng)，且有pabs≥01、壓強(qiáng)的計(jì)量基準(zhǔn)若液面絕對(duì)壓強(qiáng)為P0，則液體內(nèi)某一點(diǎn)絕對(duì)壓強(qiáng)pabs為：二、壓強(qiáng)的計(jì)算基準(zhǔn)和表示方法1）、絕對(duì)壓強(qiáng)pabs以設(shè)212）、相對(duì)壓強(qiáng)以當(dāng)?shù)卮髿鈮鹤髌鹚懔泓c(diǎn)的壓強(qiáng)，稱為相對(duì)壓強(qiáng)。pabs=p+pa當(dāng)p0=pa時(shí)：p=ρgh3）、絕對(duì)壓強(qiáng)與相對(duì)壓強(qiáng)的關(guān)系絕對(duì)壓強(qiáng)總是正的，而相對(duì)壓強(qiáng)可能是正值，也可能是負(fù)值。2）、相對(duì)壓強(qiáng)以當(dāng)?shù)卮髿鈮鹤髌鹚懔泓c(diǎn)的壓強(qiáng)，稱為相對(duì)壓強(qiáng)。p224）、真空及真空壓強(qiáng)當(dāng)液體中某點(diǎn)的絕對(duì)壓強(qiáng)小于當(dāng)?shù)卮髿鈮簭?qiáng)時(shí)，則稱該點(diǎn)存在真空（負(fù)壓）。真空的大小用真空壓強(qiáng)pk表示，即：當(dāng)相對(duì)壓強(qiáng)為負(fù)值時(shí)，即存在真空；相對(duì)壓強(qiáng)的絕對(duì)值等于真空壓強(qiáng)。4）、真空及真空壓強(qiáng)當(dāng)液體中某點(diǎn)的絕對(duì)壓強(qiáng)小于當(dāng)?shù)卮髿鈮?3例：如圖所示封閉水箱內(nèi)，液面的絕對(duì)壓強(qiáng)為p0=78.4kN/m2，水深h1=0.5m，h2=2.5m。試求A、B兩點(diǎn)的絕對(duì)壓強(qiáng)，相對(duì)壓強(qiáng)和真空值。P0ABh1h2解：1、絕對(duì)壓強(qiáng)2、相對(duì)壓強(qiáng)A點(diǎn)的相對(duì)壓強(qiáng)為負(fù)值，說(shuō)明A點(diǎn)處于真空狀態(tài)，真空值為：例：如圖所示封閉水箱內(nèi)，液面的絕對(duì)壓強(qiáng)為p0=724二、壓強(qiáng)的表示方法1、用應(yīng)力單位表示即從壓強(qiáng)的定義出發(fā)，用單位面積上的力表示。2、用大氣壓的倍數(shù)表示在工程上，常用工程大氣壓為單位來(lái)表示壓強(qiáng)。1個(gè)工程大氣壓=98kN/m2=98kPa3、用液柱高度表示常用水柱高度或水銀柱高度表示。1個(gè)工程大氣壓相應(yīng)的水柱高度為：二、壓強(qiáng)的表示方法1、用應(yīng)力單位表示即從壓強(qiáng)的定義出發(fā)，用單25例：設(shè)自由表面處壓強(qiáng)p0=pa，求淡水自由表面下2m深度處的絕對(duì)壓強(qiáng)和相對(duì)壓強(qiáng)，并用三種壓強(qiáng)單位表示。解：1、絕對(duì)壓強(qiáng)=117.6kN/m22、相對(duì)壓強(qiáng)例：設(shè)自由表面處壓強(qiáng)p0=pa，求淡水自由表面下2m26作業(yè)：P10習(xí)題1.2、1.6P36習(xí)題2.2作業(yè)：P10習(xí)題1.2、1.627三、靜壓強(qiáng)分布圖用線段長(zhǎng)度表示各點(diǎn)壓強(qiáng)大小，用箭頭表示壓強(qiáng)的方向，如此繪成的幾何圖形，稱為壓強(qiáng)分布圖。靜止液體中的壓強(qiáng)由兩部分組成。P0為表面壓強(qiáng)，與計(jì)算點(diǎn)的深度無(wú)關(guān)；γh為液體自重產(chǎn)生的壓強(qiáng)，它與水深呈線性關(guān)系。ABDECγHγhpapapahH靜水壓強(qiáng)分布圖形象地反映了受壓平面上的壓強(qiáng)分布情況。三、靜壓強(qiáng)分布圖用線段長(zhǎng)度表示各點(diǎn)壓強(qiáng)大小，用箭頭表示28壓強(qiáng)分布圖的繪制與要點(diǎn)：1、壓強(qiáng)分布圖中各點(diǎn)壓強(qiáng)方向恒垂直指向作用面，兩受壓面交點(diǎn)處的壓強(qiáng)具有各向等值性。2、壓強(qiáng)分布圖與受壓面所構(gòu)成的體積，即為作用于受壓面的靜水總壓力，其作用線通過(guò)此力圖體積的重心。壓強(qiáng)分布圖可疊加。3、由于建筑物通常都處于大氣之中，作用于建筑物的有效力為相對(duì)壓強(qiáng)，故一般只需繪制相對(duì)壓強(qiáng)分布圖。教材P21壓強(qiáng)分布圖壓強(qiáng)分布圖的繪制與要點(diǎn)：1、壓強(qiáng)分布圖中各點(diǎn)壓強(qiáng)方29四、位置水頭、壓強(qiáng)水頭和測(cè)壓管水頭靜止液體中任一點(diǎn)：1200z1z2z—位置水頭；—壓強(qiáng)水頭；—測(cè)壓管水頭。表示測(cè)壓管水面相對(duì)于基準(zhǔn)面的高度。同一容器靜止液體中，所有各點(diǎn)的測(cè)壓管水頭均相等。四、位置水頭、壓強(qiáng)水頭和測(cè)壓管水頭靜止液體中任一點(diǎn)：120030ρρHp0paA四、壓強(qiáng)的量測(cè)儀器和方法1、測(cè)壓管1）、直接由同一液體引出的液柱高度來(lái)測(cè)量壓強(qiáng)的測(cè)壓管（教材P22圖2-16）2）、U形水銀測(cè)壓管21Δh1Δh21-2面為等壓面，所以p1=p2得：ρρHp0paA四、壓強(qiáng)的量測(cè)儀器和方法1、測(cè)壓管1）、312、壓差計(jì)1）、空氣壓差計(jì)教材P23圖2-182）、水銀壓差計(jì)ρHρAρBAB12z1z2Δh如圖，求A、B兩點(diǎn)的壓差因?yàn)椋旱茫寒?dāng)A、B同高又為同種液體時(shí)：2、壓差計(jì)1）、空氣壓差計(jì)教材P23圖2-182）、水銀壓差323、傾斜式壓差計(jì)教材P24圖2-203、傾斜式壓差計(jì)教材P24圖2-2033h1ρHρHp0h2Δh1Δh2例：一盛水的封閉容器，裝有兩支水銀測(cè)壓計(jì)，已知h1=60cm，Δh1=25cm，Δh2=30cm，求深度h2。NNMM解：采用相對(duì)壓強(qiáng)計(jì)算。由等壓面N-N求出容器內(nèi)的液面壓強(qiáng)等壓面M-M：得：h1ρHρHp0h2Δh1Δh2例：一盛水的封閉容器，裝34例：復(fù)式水銀測(cè)壓計(jì)中諸液面高程分別為：▽1=1.5m，▽2=0.2m，▽3=1.2m，▽4=0.4m，▽5=2.1m，求水面壓強(qiáng)p5。▽4▽1▽2▽3▽5水空氣γH223344解：作等壓面，并由靜壓強(qiáng)基本公式得：所以：=263.4kPa（其中：γ空氣≈0）教材P24例2.3例：復(fù)式水銀測(cè)壓計(jì)中諸液面高程分別為：▽1=1.5m352-5作用于平面上的靜水總壓力一、圖解法（用于計(jì)算矩形平面）設(shè)受壓平面的長(zhǎng)度為L(zhǎng)，寬度為b，則靜水總壓力大小為：和分別是矩形平面上邊和底邊處的水深。方向垂直指向該平面，作用點(diǎn)D到底邊的距離e為：靜止液體作用于整個(gè)受壓面上的靜壓力即靜水總壓力。包括大小、方向和作用點(diǎn)。（靜壓強(qiáng)分布圖面積）2-5作用于平面上的靜水總壓力一、圖解法（用于計(jì)算矩形平36γh1ABh2h1γh2解：繪出靜水壓強(qiáng)分布圖大小為：D由合力矩定理：γh1ABh2h1γh2解：繪出靜水壓強(qiáng)分布圖大小為：D由37二、解析法求作用在任意平面上的靜水總壓力大小為：式中：—為受壓面形心的相對(duì)壓強(qiáng)；—為受壓面形心在液面下的深度總壓力P的作用點(diǎn)D的位置：—壓力中心D距ox軸的距離；—形心距ox軸的距離；—面積A對(duì)過(guò)形心C的水平軸的慣性矩。ABpaDPChcyxycyD二、解析法求作用在任意平面上的靜水總壓力大小為：式中：—為38對(duì)于矩形：對(duì)于圓形：對(duì)于矩形：對(duì)于圓形：39CDyCyD例：如圖所示，已知某小型圓形閘門AB直徑d=20cm，試求閘門所受靜水總壓力及作用點(diǎn)位置。解：ABH=5mPDa45oChC總壓力P的作用點(diǎn)D的位置：=6.97m得：a=0.1m其中：CDyCyD例：如圖所示，已知某小型圓形閘門AB直徑d40教材P27例2.4、例2.5作業(yè)：P36習(xí)題2.3、2.4、2.5、2.7、2.14流體力學(xué)課內(nèi)練習(xí)教材P27例2.4、例2.5作業(yè)：P36流體力學(xué)課內(nèi)練習(xí)41課內(nèi)討論：如圖所示為一利用靜水壓力自動(dòng)開(kāi)啟的矩形翻板閘門。當(dāng)上游水深超過(guò)工作水深H時(shí)，閘門即自動(dòng)繞轉(zhuǎn)軸向順時(shí)針?lè)较騼A倒，如不計(jì)閘門重量和摩擦力的影響，試求轉(zhuǎn)軸的位置高度a。Ha解：由題意，當(dāng)支點(diǎn)高度在閘前水位下閘門的壓力點(diǎn)之下時(shí)，閘門就會(huì)傾倒，所以：a=H/3課內(nèi)討論：如圖所示為一利用靜水壓力自動(dòng)開(kāi)啟的矩形翻板閘42例：如圖為一翻板閘門，距門底0.4m高處A點(diǎn)有一橫軸與支撐鉸接，門可繞A點(diǎn)作順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)開(kāi)啟，門高2m，寬0.4m，不計(jì)摩擦力，問(wèn)當(dāng)門前水深h為多少時(shí)，門才會(huì)自動(dòng)打開(kāi)？h0.4mA解：矩形平面壓強(qiáng)分布圖為梯形，壓力中心到底部的距離為：由題意：得：即門前水深大于1.33m，門自動(dòng)打開(kāi)。例：如圖為一翻板閘門，距門底0.4m高處A點(diǎn)有一橫軸與432-6作用于曲面上的靜水總壓力一、水平分力Chchc為Ax的形心在水面下的深度Ax為曲面AB在鉛垂面上的投影面。Px方向垂直鉛垂投影面，作用點(diǎn)位于投影面的壓力中心。二、鉛垂分力（V為壓力體的體積）CD方向：當(dāng)壓力體與液體在受壓曲面的同側(cè)時(shí)，方向向下；兩側(cè)時(shí)，方向向上。作用線通過(guò)壓力體的形心。Pz三、總壓力（α為總壓力與水平方向的夾角）ABxz2-6作用于曲面上的靜水總壓力一、水平分力Chchc為A44AB壓力體是由三部分表面圍成的體積：即受壓的曲面、通過(guò)曲面的邊緣向液面或液面的延長(zhǎng)面作的鉛垂平面和自由液面或自由液面的延長(zhǎng)面。ABPzAB延伸面PzPzAB壓力體是由三部分表面圍成的體積：即受壓的曲面、通過(guò)曲45例：如圖所示，圓弧形閘門AB，寬度b=4m，半徑R=2m，閘門正好與水面齊平，試求：（1）水作用在閘門上的總壓力；（2）總壓力的作用方向角。oB900AR解：=146078N=1.5708例：如圖所示，圓弧形閘門AB，寬度b=4m，半徑R=46例：圓柱閘門，其直徑為1m，上游水深h1=1m，下游水深h2=0.5m，求每米長(zhǎng)柱體上受的靜水總壓力的水平分壓力和鉛垂分壓力。h1h2ABDC解：1、水平分壓力2、鉛垂分壓力先求壓力體，如圖所示為虛壓力體o例：圓柱閘門，其直徑為1m，上游水深h1=1m，下游水47例：如圖所示為一溢流壩上的弧形門，已知：R=10m，門寬b=8m，α=30o，試求：（1）作用在弧形閘門上的靜水總壓力；（2）壓力作用點(diǎn)位置。R30o4moedabcH解：（1）靜水總壓力水平分力靜水總壓力鉛垂分力=5.36m2靜水總壓力θ合力作用線與水平方向的夾角：例：如圖所示為一溢流壩上的弧形門，已知：R=10m48§2-6浮力與浮體的穩(wěn)定性一、浮力浮體—漂浮在液體自由表面的物體。潛體—全部浸沒(méi)于液體中的物體。沉體—沉沒(méi)于液體底部的物體。浮力—物體在液體中所受鉛垂向上的浮托力。物體的沉浮，是由它所受重力和上浮力的相互關(guān)系來(lái)決定的?！?-6浮力與浮體的穩(wěn)定性一、浮力浮體—漂浮在液體自49作業(yè)：P37習(xí)題2.6、2.9、2.12作業(yè)：P3750《流體力學(xué)》多媒體課件

制作人王永芬《流體力學(xué)》多媒體課件制作人王永芬51第一章緒論學(xué)習(xí)要求：1、了解流體的主要物理力學(xué)性質(zhì)，理解易流動(dòng)特性和粘滯性，掌握牛頓內(nèi)摩擦定律。2、理解質(zhì)量力和表面力，掌握其表示方法。3、理解連續(xù)介質(zhì)（質(zhì)點(diǎn)的概念）、粘性流體、理想流體、不可壓縮流體、可壓縮流體。4、知道流體的研究方法。第一章緒論學(xué)習(xí)要求：1、了解流體的主要521-1流體力學(xué)的任務(wù)及研究對(duì)象液體與氣體統(tǒng)稱為流體。本書研究以水為代表的流體的宏觀運(yùn)動(dòng)和平衡規(guī)律及其應(yīng)用。1-2連續(xù)介質(zhì)假定（宏觀上）假定流體所占據(jù)的空間完全由流體質(zhì)點(diǎn)所充滿而沒(méi)有任何空隙，流體質(zhì)點(diǎn)在時(shí)間過(guò)程中作連續(xù)運(yùn)動(dòng)。1-1流體力學(xué)的任務(wù)及研究對(duì)象液體與氣體統(tǒng)稱為流體。531-2流體的主要物理力學(xué)性質(zhì)量綱—物理量的種類。如：長(zhǎng)度、時(shí)間、質(zhì)量等。一、易流動(dòng)性單位—量度物理量的基準(zhǔn)。量綱分為基本量綱和導(dǎo)出量綱流體在靜止時(shí)不能承受切應(yīng)力和不能抵抗剪切變形的性質(zhì)稱為流體的易流動(dòng)性。1-2流體的主要物理力學(xué)性質(zhì)量綱—物理量的種類。如：54二、慣性（質(zhì)量和密度）慣性—物體保持原有運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的特性。慣性的大小以質(zhì)量來(lái)度量。密度—單位體積流體所具有的質(zhì)量，用符號(hào)ρ表示。密度的國(guó)際單位為：kg/m3。物體中所含物質(zhì)數(shù)量，稱為質(zhì)量。對(duì)于液體，一般情況下，壓強(qiáng)和溫度對(duì)ρ的影響極小。慣性力—由流體慣性引起的對(duì)外界抵抗的反作用力。F=－Ma通常取水的密度為：1000kg/m3。二、慣性（質(zhì)量和密度）慣性—物體保持原有運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的特性。慣55三、重力特性（重量和容重）容重—單位體積液體所具有的重量，用符號(hào)γ表示。容重的國(guó)際單位為：N/m3或kN/m3。G=Mg液體受地球引力的性質(zhì)，稱為重力特性。式中：g—重力加速度，一般取g=9.8m/s2。γ=ρg水的容重為：9.8×103N/m3或9.8kN/m3。三、重力特性（重量和容重）容重—單位體積液體所具有的重量56四、粘滯性運(yùn)動(dòng)的流體具有一定的阻抗剪切變形的能力，這種特性稱為液體的粘性和粘滯性。由于流體中存在粘滯性，運(yùn)動(dòng)流體需要克服內(nèi)摩擦力作功，因此它是流體在流動(dòng)中產(chǎn)生能量損失的主要原因。靜止時(shí)，流體沒(méi)有抵抗剪切變形的能力，即流體具有易流動(dòng)性。四、粘滯性運(yùn)動(dòng)的流體具有一定的阻抗剪切變形的能力，這種57粘性對(duì)流體運(yùn)動(dòng)的影響：yyuu+dudyuu+duτF粘滯力：式中：τ—單位面積上的內(nèi)摩擦力，稱為內(nèi)摩擦切應(yīng)力μ—?jiǎng)恿φ硿禂?shù)，單位為：帕斯卡·秒—流速梯度，即流速沿y方向的變化率牛頓內(nèi)摩擦定律令：稱為運(yùn)動(dòng)粘滯系數(shù)粘性對(duì)流體運(yùn)動(dòng)的影響：yyuu+dudyuu+duτ58五、壓縮性和膨脹性壓縮性—流體受壓、體積縮小、密度增大的性質(zhì)。解除外力后又能恢復(fù)原狀的特性，稱為彈性。液體的壓縮性和彈性，常用壓縮系數(shù)β和彈性系數(shù)K來(lái)度量。式中：p—外加壓強(qiáng)β—壓縮系數(shù)(m2/s)K—彈性系數(shù)(Pa)β越大，液體越易壓縮。膨脹性—流體受熱、體積膨脹、密度減小的性質(zhì)。五、壓縮性和膨脹性壓縮性—流體受壓、體積縮小、密度增大的59六、表面張力特性沿液體自由表面，液體分子引力所產(chǎn)生張力，稱為表面張力。液體在表面張力作用下具有盡量縮小其表面的趨勢(shì)。表面張力的大小，用表面張力系數(shù)σ度量。單位長(zhǎng)度的表面張力，稱為表面張力系數(shù)，單位為：N/m。表面張力系數(shù)σ隨液體種類和溫度而變化。表面張力是液體的特有性質(zhì)。毛細(xì)管現(xiàn)象：教材P7六、表面張力特性沿液體自由表面，液體分子引力所產(chǎn)生張力601-4作用在流體上的力一、質(zhì)量力作用在流體每一質(zhì)點(diǎn)上，其大小與所受作用流體質(zhì)量成正比例的力，稱為質(zhì)量力。重力、慣性力都是質(zhì)量力。若所取的隔離體內(nèi)的流體是均質(zhì)的，則：f—單位質(zhì)量力1-4作用在流體上的力一、質(zhì)量力作用在流體61二、表面力作用于流體隔離體表面上的力，稱為表面力。壓力—垂直于作用面方向單位面積上的壓力稱為壓強(qiáng)：?jiǎn)挝幻娣e上的切力稱為切應(yīng)力（內(nèi)摩擦力）：靜止液體或無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng)的液體中，τ=0。表面力切力—沿作用面方向二、表面力作用于流體隔離體表面上的力，稱為表面力。壓力—垂621-5流體的力學(xué)模型和研究方法一、流體力學(xué)模型二、流體力學(xué)的研究方法1、理想流體2、不可壓縮流體實(shí)際流體與理想流體的區(qū)別在于有無(wú)粘滯性。1-5流體的力學(xué)模型和研究方法一、流體力學(xué)模型二、流63本章要點(diǎn)：1、液體的主要物理性質(zhì)慣性—質(zhì)量，密度萬(wàn)有引力—重力，重度流動(dòng)性粘滯性—粘滯力。是液體最主要的特性之一，它對(duì)液體流動(dòng)的影響為：（1）產(chǎn)生內(nèi)摩擦力；（2）產(chǎn)生水流阻力，導(dǎo)致能量損失；（3）形成特殊的流速分布。壓縮性—彈性力表面張力特性—表面張力一般不考慮2、兩個(gè)假想：連續(xù)介質(zhì)概念、理想液體概念。3、作用在液體上的力：表面力、質(zhì)量力。4、單位質(zhì)量力f=F/M，單位質(zhì)量力在坐標(biāo)上的投影X、Y、Z。本章要點(diǎn)：1、液體的主要物理性質(zhì)慣性—質(zhì)量，密度萬(wàn)有引力—重64第2章流體靜力學(xué)學(xué)習(xí)要求：1、理解和掌握靜壓強(qiáng)及其特性。3、理解測(cè)壓管水頭、位置水頭和壓強(qiáng)水頭的概念，理解等壓面的概念。2、熟練掌握流體靜壓強(qiáng)公式，熟練掌握點(diǎn)壓強(qiáng)的計(jì)算方法，掌握壓強(qiáng)的計(jì)算基準(zhǔn)和表示方法，熟練掌握靜壓強(qiáng)分布圖，掌握壓強(qiáng)的量測(cè)方法。4、熟練掌握計(jì)算作用于平面的液體總壓力。5、熟練掌握計(jì)算作用于曲面的液體總壓力。第2章流體靜力學(xué)學(xué)習(xí)要求：1、理解和掌握靜壓強(qiáng)及其特性652.1流體靜壓強(qiáng)及其特性一、靜壓強(qiáng)的定義二、靜壓強(qiáng)的特性1、垂直指向作用面因?yàn)殪o水中，τ=0，則p=pn2、同一點(diǎn)處，靜水壓強(qiáng)各向等值靜止流體作用在每單位受壓面積上的壓力，稱為靜水壓強(qiáng)。某點(diǎn)的靜水壓強(qiáng)表示為：τpnpM(x,y,z)2.1流體靜壓強(qiáng)及其特性一、靜壓強(qiáng)的定義二、靜壓強(qiáng)的662.2流體的平衡微分方程及其積分一、流體平衡的微分方程也稱歐拉平衡微分方程靜止液體的平衡條件是單位質(zhì)量力與其表面力相等。二、流體的平衡微分方程的全微分形式2.2流體的平衡微分方程及其積分一、流體平衡的微分方67三、等壓面及其特性液體中由壓強(qiáng)相等的各點(diǎn)所構(gòu)成的面（可以是平面或曲面）稱為等壓面。靜止液體的自由表面即為等壓面。1、等壓面2、等壓面的特性由及等壓面定義，得：等壓面方程：1）等壓面就是等勢(shì)面；2）等壓面與質(zhì)量力正交等壓面的特性：三、等壓面及其特性液體中由壓強(qiáng)相等的各點(diǎn)所構(gòu)成的面（可682.3流體靜壓強(qiáng)分布規(guī)律一、重力作用下的流體靜壓強(qiáng)公式1z12z2p0hz靜止液體中任一點(diǎn)：靜止液體中任意兩點(diǎn)：重力作用下流體靜壓強(qiáng)基本公式：流體靜力學(xué)基本方程在同一連通的靜止液體中：Δh當(dāng)點(diǎn)1高于點(diǎn)2時(shí)Δh為正，反之為負(fù)。2.3流體靜壓強(qiáng)分布規(guī)律一、重力作用下的流體靜壓強(qiáng)公式69靜止重力液體的等壓面為水平面！注意：必須為質(zhì)量力只有重力的靜止、同種和連續(xù)的介質(zhì)。對(duì)于氣體，因密度較小，認(rèn)為任意兩點(diǎn)的靜壓強(qiáng)相等。教材P18、P35思考題2.2靜止重力液體的等壓面為水平面！注意：必須為質(zhì)量力只有重力70二、壓強(qiáng)的計(jì)算基準(zhǔn)和表示方法1）、絕對(duì)壓強(qiáng)pabs以設(shè)想沒(méi)有大氣存在的絕對(duì)真空作零點(diǎn)計(jì)算的壓強(qiáng)，稱為絕對(duì)壓強(qiáng)。它是液體中的實(shí)際壓強(qiáng)，且有pabs≥01、壓強(qiáng)的計(jì)量基準(zhǔn)若液面絕對(duì)壓強(qiáng)為P0，則液體內(nèi)某一點(diǎn)絕對(duì)壓強(qiáng)pabs為：二、壓強(qiáng)的計(jì)算基準(zhǔn)和表示方法1）、絕對(duì)壓強(qiáng)pabs以設(shè)712）、相對(duì)壓強(qiáng)以當(dāng)?shù)卮髿鈮鹤髌鹚懔泓c(diǎn)的壓強(qiáng)，稱為相對(duì)壓強(qiáng)。pabs=p+pa當(dāng)p0=pa時(shí)：p=ρgh3）、絕對(duì)壓強(qiáng)與相對(duì)壓強(qiáng)的關(guān)系絕對(duì)壓強(qiáng)總是正的，而相對(duì)壓強(qiáng)可能是正值，也可能是負(fù)值。2）、相對(duì)壓強(qiáng)以當(dāng)?shù)卮髿鈮鹤髌鹚懔泓c(diǎn)的壓強(qiáng)，稱為相對(duì)壓強(qiáng)。p724）、真空及真空壓強(qiáng)當(dāng)液體中某點(diǎn)的絕對(duì)壓強(qiáng)小于當(dāng)?shù)卮髿鈮簭?qiáng)時(shí)，則稱該點(diǎn)存在真空（負(fù)壓）。真空的大小用真空壓強(qiáng)pk表示，即：當(dāng)相對(duì)壓強(qiáng)為負(fù)值時(shí)，即存在真空；相對(duì)壓強(qiáng)的絕對(duì)值等于真空壓強(qiáng)。4）、真空及真空壓強(qiáng)當(dāng)液體中某點(diǎn)的絕對(duì)壓強(qiáng)小于當(dāng)?shù)卮髿鈮?3例：如圖所示封閉水箱內(nèi)，液面的絕對(duì)壓強(qiáng)為p0=78.4kN/m2，水深h1=0.5m，h2=2.5m。試求A、B兩點(diǎn)的絕對(duì)壓強(qiáng)，相對(duì)壓強(qiáng)和真空值。P0ABh1h2解：1、絕對(duì)壓強(qiáng)2、相對(duì)壓強(qiáng)A點(diǎn)的相對(duì)壓強(qiáng)為負(fù)值，說(shuō)明A點(diǎn)處于真空狀態(tài)，真空值為：例：如圖所示封閉水箱內(nèi)，液面的絕對(duì)壓強(qiáng)為p0=774二、壓強(qiáng)的表示方法1、用應(yīng)力單位表示即從壓強(qiáng)的定義出發(fā)，用單位面積上的力表示。2、用大氣壓的倍數(shù)表示在工程上，常用工程大氣壓為單位來(lái)表示壓強(qiáng)。1個(gè)工程大氣壓=98kN/m2=98kPa3、用液柱高度表示常用水柱高度或水銀柱高度表示。1個(gè)工程大氣壓相應(yīng)的水柱高度為：二、壓強(qiáng)的表示方法1、用應(yīng)力單位表示即從壓強(qiáng)的定義出發(fā)，用單75例：設(shè)自由表面處壓強(qiáng)p0=pa，求淡水自由表面下2m深度處的絕對(duì)壓強(qiáng)和相對(duì)壓強(qiáng)，并用三種壓強(qiáng)單位表示。解：1、絕對(duì)壓強(qiáng)=117.6kN/m22、相對(duì)壓強(qiáng)例：設(shè)自由表面處壓強(qiáng)p0=pa，求淡水自由表面下2m76作業(yè)：P10習(xí)題1.2、1.6P36習(xí)題2.2作業(yè)：P10習(xí)題1.2、1.677三、靜壓強(qiáng)分布圖用線段長(zhǎng)度表示各點(diǎn)壓強(qiáng)大小，用箭頭表示壓強(qiáng)的方向，如此繪成的幾何圖形，稱為壓強(qiáng)分布圖。靜止液體中的壓強(qiáng)由兩部分組成。P0為表面壓強(qiáng)，與計(jì)算點(diǎn)的深度無(wú)關(guān)；γh為液體自重產(chǎn)生的壓強(qiáng)，它與水深呈線性關(guān)系。ABDECγHγhpapapahH靜水壓強(qiáng)分布圖形象地反映了受壓平面上的壓強(qiáng)分布情況。三、靜壓強(qiáng)分布圖用線段長(zhǎng)度表示各點(diǎn)壓強(qiáng)大小，用箭頭表示78壓強(qiáng)分布圖的繪制與要點(diǎn)：1、壓強(qiáng)分布圖中各點(diǎn)壓強(qiáng)方向恒垂直指向作用面，兩受壓面交點(diǎn)處的壓強(qiáng)具有各向等值性。2、壓強(qiáng)分布圖與受壓面所構(gòu)成的體積，即為作用于受壓面的靜水總壓力，其作用線通過(guò)此力圖體積的重心。壓強(qiáng)分布圖可疊加。3、由于建筑物通常都處于大氣之中，作用于建筑物的有效力為相對(duì)壓強(qiáng)，故一般只需繪制相對(duì)壓強(qiáng)分布圖。教材P21壓強(qiáng)分布圖壓強(qiáng)分布圖的繪制與要點(diǎn)：1、壓強(qiáng)分布圖中各點(diǎn)壓強(qiáng)方79四、位置水頭、壓強(qiáng)水頭和測(cè)壓管水頭靜止液體中任一點(diǎn)：1200z1z2z—位置水頭；—壓強(qiáng)水頭；—測(cè)壓管水頭。表示測(cè)壓管水面相對(duì)于基準(zhǔn)面的高度。同一容器靜止液體中，所有各點(diǎn)的測(cè)壓管水頭均相等。四、位置水頭、壓強(qiáng)水頭和測(cè)壓管水頭靜止液體中任一點(diǎn)：120080ρρHp0paA四、壓強(qiáng)的量測(cè)儀器和方法1、測(cè)壓管1）、直接由同一液體引出的液柱高度來(lái)測(cè)量壓強(qiáng)的測(cè)壓管（教材P22圖2-16）2）、U形水銀測(cè)壓管21Δh1Δh21-2面為等壓面，所以p1=p2得：ρρHp0paA四、壓強(qiáng)的量測(cè)儀器和方法1、測(cè)壓管1）、812、壓差計(jì)1）、空氣壓差計(jì)教材P23圖2-182）、水銀壓差計(jì)ρHρAρBAB12z1z2Δh如圖，求A、B兩點(diǎn)的壓差因?yàn)椋旱茫寒?dāng)A、B同高又為同種液體時(shí)：2、壓差計(jì)1）、空氣壓差計(jì)教材P23圖2-182）、水銀壓差823、傾斜式壓差計(jì)教材P24圖2-203、傾斜式壓差計(jì)教材P24圖2-2083h1ρHρHp0h2Δh1Δh2例：一盛水的封閉容器，裝有兩支水銀測(cè)壓計(jì)，已知h1=60cm，Δh1=25cm，Δh2=30cm，求深度h2。NNMM解：采用相對(duì)壓強(qiáng)計(jì)算。由等壓面N-N求出容器內(nèi)的液面壓強(qiáng)等壓面M-M：得：h1ρHρHp0h2Δh1Δh2例：一盛水的封閉容器，裝84例：復(fù)式水銀測(cè)壓計(jì)中諸液面高程分別為：▽1=1.5m，▽2=0.2m，▽3=1.2m，▽4=0.4m，▽5=2.1m，求水面壓強(qiáng)p5。▽4▽1▽2▽3▽5水空氣γH223344解：作等壓面，并由靜壓強(qiáng)基本公式得：所以：=263.4kPa（其中：γ空氣≈0）教材P24例2.3例：復(fù)式水銀測(cè)壓計(jì)中諸液面高程分別為：▽1=1.5m852-5作用于平面上的靜水總壓力一、圖解法（用于計(jì)算矩形平面）設(shè)受壓平面的長(zhǎng)度為L(zhǎng)，寬度為b，則靜水總壓力大小為：和分別是矩形平面上邊和底邊處的水深。方向垂直指向該平面，作用點(diǎn)D到底邊的距離e為：靜止液體作用于整個(gè)受壓面上的靜壓力即靜水總壓力。包括大小、方向和作用點(diǎn)。（靜壓強(qiáng)分布圖面積）2-5作用于平面上的靜水總壓力一、圖解法（用于計(jì)算矩形平86γh1ABh2h1γh2解：繪出靜水壓強(qiáng)分布圖大小為：D由合力矩定理：γh1ABh2h1γh2解：繪出靜水壓強(qiáng)分布圖大小為：D由87二、解析法求作用在任意平面上的靜水總壓力大小為：式中：—為受壓面形心的相對(duì)壓強(qiáng)；—為受壓面形心在液面下的深度總壓力P的作用點(diǎn)D的位置：—壓力中心D距ox軸的距離；—形心距ox軸的距離；—面積A對(duì)過(guò)形心C的水平軸的慣性矩。ABpaDPChcyxycyD二、解析法求作用在任意平面上的靜水總壓力大小為：式中：—為88對(duì)于矩形：對(duì)于圓形：對(duì)于矩形：對(duì)于圓形：89CDyCyD例：如圖所示，已知某小型圓形閘門AB直徑d=20cm，試求閘門所受靜水總壓力及作用點(diǎn)位置。解：ABH=5mPDa45oChC總壓力P的作用點(diǎn)D的位置：=6.97m得