1、流體力學泵與風機電子教案張玲單元單元1 流體靜力學流體靜力學n教學基本要求教學基本要求1. 明確流體力學課程的性質(zhì)和任務，了解流體力學基本概念。明確流體力學課程的性質(zhì)和任務，了解流體力學基本概念。2. 掌握靜水壓強基本公式和物理意義，會用基本公式進行靜水壓強掌握靜水壓強基本公式和物理意義，會用基本公式進行靜水壓強計算，等壓面確定，靜水壓強的測量。計算，等壓面確定，靜水壓強的測量。n學習重點和難點學習重點和難點1. 靜水壓強的表示與計算。靜水壓強的表示與計算。2. 壓差計中等壓面確定壓差計中等壓面確定。一、基本概念n流體的密度與容重 （ = g ） 常見流體的密度： 水1000 kg/m3 空氣

2、1.23 kg/m3 水銀136000 kg/m3n流體的比容 m3/kgn流體的壓縮性、膨脹性 可壓縮流體與不可壓縮流體。n流體的粘滯性 流體內(nèi)部各流體微團之間發(fā)生相對運動時，流體內(nèi)部會產(chǎn)生摩擦力（即粘性力）的性質(zhì)。 1v庫侖實驗庫侖實驗(1784)(1784)n粘度（見教科書第一章表）n汽化壓強（或汽化壓力）(1) (1) 動力粘度動力粘度(2) (2) 運動粘度運動粘度)/(2sm()Pa s(3) (3) 粘度的影響因素粘度的影響因素1 1）溫度對流體粘度的影響很大）溫度對流體粘度的影響很大2 2）壓力對流體粘度的影響不大，）壓力對流體粘度的影響不大， 一般忽略不計一般忽略不計氣體液體

3、氣體粘度o 溫度流體的主要力學模型流體的主要力學模型流體的連續(xù)介質(zhì)模型流體的連續(xù)介質(zhì)模型不可壓縮性流體模型不可壓縮性流體模型理想流體模型理想流體模型當流體的壓縮性很小且可以忽略時，該流體被當流體的壓縮性很小且可以忽略時，該流體被認為是不可壓縮的。認為是不可壓縮的。常數(shù)流體視為由無數(shù)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)。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（具有粘性的流體（00）。）。忽略粘性忽略粘性的流體（的流體（=0 0）是理想流體模型。）是理想流體模型。一、質(zhì)量力一、質(zhì)量力 作用于流體的每一個質(zhì)點上，與被作用的流體的質(zhì)量成作用于流體的每一個質(zhì)點上，與被作用的流體的質(zhì)量

4、成正比，單位為正比，單位為N N（牛頓）。在均質(zhì)流體中，質(zhì)量力與被作用（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。流體的體積成正比，所以質(zhì)量力又稱為體積力。流體力學中常遇到的質(zhì)量力有重力和慣性力。流體力學中常遇到的質(zhì)量力有重力和慣性力。單位質(zhì)量力：單位質(zhì)量力：f = F/M ；m/s2( (米米/ /秒秒2 2) )二、表面力二、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

5、擦力等；也可以是兩力、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。流層之間的摩擦力。 注：靜止的流體不能承受切向力注：靜止的流體不能承受切向力 二、流體靜壓強二、流體靜壓強n流體的靜壓強定義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處于絕對靜止或相對靜止時的壓強n流體靜壓強的兩個特性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）（原因：靜止流體不能承受剪力和拉力）大小性：流體靜壓力與作用面在空間的方位無關，僅是該點大小性：流體靜壓力與作用面在空間的方位無

6、關，僅是該點坐標的函數(shù)。即：任意一點所受各方向的流體靜壓強大小坐標的函數(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。相等，與作用面的方位無關。n流體靜壓強的計算流體靜壓強的計算hpp12P1P2h12hpp12n由液體靜力學的基本方程式可以得出以下結(jié)論：由液體靜力學的基本方程式可以得出以下結(jié)論：n1) 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，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。即等壓面。n2

7、 2）兩種容重不同互不混合的液體，在同一容器中處于靜止狀態(tài)，兩種）兩種容重不同互不混合的液體，在同一容器中處于靜止狀態(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。液體之間形成分界面。這種分界面既是水平面又是等壓面。n3 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）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。的壓強值很小，因而可以忽略的影響。 n4 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）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（只要靜止不被破壞），這就是水靜壓強等值傳遞的帕斯卡

8、定律。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)三個條件注意：判斷等壓面需靜止、同種、連續(xù)三個條件 應用：n1.1.靜止的水面、湖面、池面為等壓面；靜止的水面、湖面、池面為等壓面；n2.2.液體容器，測壓管、鍋爐等上部的氣體空間，液體容器，測壓管、鍋爐等上部的氣體空間，我們就認為各點的壓強是相等的；我們就認為各點的壓強是相等的；n3.3.帕斯卡定律在水壓機，液壓傳動，氣動閥門，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用。水力閘門等水力機械中得到廣泛應用。 三、壓強的表示方法及度量單位三、壓強的表示方法及度量單位1 1、壓

9、強的表示方法、壓強的表示方法1 1）絕對壓強）絕對壓強以完全真空為基準計量的壓強。以完全真空為基準計量的壓強。2 2）相對壓強）相對壓強以當?shù)卮髿鈮簭姙榛鶞视嬃康膲簭姟Ｒ援數(shù)卮髿鈮簭姙榛鶞视嬃康膲簭姟ppapp表壓：表壓：真空：真空：完全真空 p=0大氣壓強 p=papo絕對壓強絕對壓強appapp 相對 壓強（真空）相對壓強apppghhvapppp 壓強度量單位的換算關系壓強度量單位的換算關系2 2、壓強的量度單位、壓強的量度單位壓強度量方法壓強度量方法單位名稱單位名稱單位符號單位符號 單位換算關系單位換算關系應力單位法應力單位法 帕帕 pa 1pa=1N/m2液柱高度法液柱高度法 米水

10、柱米水柱 mH2O 1mH2O=9.807 103pa液柱高度法液柱高度法毫米汞柱毫米汞柱 mmHg1mmHg=13.6mmH2O=133.3pa工程大氣壓法工程大氣壓法工程大氣壓工程大氣壓 at1at=10mH2O=736mmHg=9.807 104pa標準大氣壓（溫度為標準大氣壓（溫度為00時海平面上的壓強，即時海平面上的壓強，即760760mmHgmmHg）用符號）用符號atmatm表示，表示，1 1atmatm=101.325k=101.325kPaPa 1.判斷下列點的壓強大小判斷下列點的壓強大小P P11p p2=2=p p33p p4 4舉例舉例P02.2.盛水的水池如圖。已知液

11、面壓強盛水的水池如圖。已知液面壓強p p0 098.07kN98.07kNm m2 2，求水中求水中C C點以及池壁點以及池壁A A、B B點和池底點和池底D D點所受的靜水壓強。點所受的靜水壓強。0298.079.807 1107.88/107.88pphkN mkPakPa.pD81136180790798ppppCBA解解A A、B B、C C三點在同一水平面上，三點在同一水平面上，水深為水深為1 1m m，所以壓強為：，所以壓強為： A A，B B，D D三點在固體壁面上，根據(jù)靜壓強的特性，其作用三點在固體壁面上，根據(jù)靜壓強的特性，其作用方向應垂直指向作用面（如圖中所示），由于方向應垂

12、直指向作用面（如圖中所示），由于C C點位于流體點位于流體中，過中，過C C點可以作無數(shù)個平面，因此，作用于點可以作無數(shù)個平面，因此，作用于C C點的壓強可點的壓強可以有無數(shù)個方向（如圖中所示）。以有無數(shù)個方向（如圖中所示）。四、壓強的測量四、壓強的測量 1.1.液柱式測壓計液柱式測壓計（1 1）測壓管）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，以流體靜力學基本方程式為理論依據(jù)。容器上，以流體靜力學基本方程式為理論依據(jù)。 pap0Ahhpapv相對壓強相對壓強真空真空phvph優(yōu)點：結(jié)構簡單優(yōu)點：結(jié)構簡單缺點：只能測

13、量較小的壓強缺點：只能測量較小的壓強（2 2）U U形管測壓計（利用等壓面）形管測壓計（利用等壓面）21pp 11 1pph22 2ph2 21 1phh優(yōu)點：可以測量較大的壓強優(yōu)點：可以測量較大的壓強p ph h1 11 12 2A Ah h2 2 2 1 1p pa（3 3）U U形管差壓計（利用等壓面）形管差壓計（利用等壓面）1Az2h2hB212()Apphh22 2()Bpphzh22 222()()ABppz hhzhh 21pp 測量同一容器兩個不同位置的壓差測量同一容器兩個不同位置的壓差或不同容器的壓強差。或不同容器的壓強差。（4 4）傾斜微壓計（可以測量較小的壓強）傾斜微壓計

14、（可以測量較小的壓強）了解了解sinh lsinlpp21nhlsin1（放大倍數(shù)）（放大倍數(shù)）（5 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，）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。可以用來測量相對壓強和真空度。 五、流體靜力學基本方程的物理意義五、流體靜力學基本方程的物理意義和幾何意義和幾何意義1001ZZpp2002ZZpp上式除以容重上式除以容重整理后得整理后得 0011pZpZ0022pZpZ002211pZpZpZpzC1.1.物理意義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在靜止流體中任一點的單位位能與單位壓能之

15、和（即單位勢能）為常數(shù)（即單位勢能）為常數(shù)2.2.幾何意義幾何意義n流體靜力學基本方程中的各項都具有長度的量綱，流體靜力學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。在流體力學中常用可用幾何高度來表示它的意義。在流體力學中常用水頭來表示一個高度。水頭來表示一個高度。Z稱為稱為位置水頭位置水頭， 稱為稱為壓壓強水頭強水頭，兩水頭相加稱為測壓管水頭，它表示測壓，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面的高度。管水面相對于某基準面的高度。 表示表示同一靜止液體中，所有各點的測壓管水頭都相等。同一靜止液體中，所有各點的測壓管水頭都相等。pcpZCgpz位位置置水水頭頭

16、壓壓強強水水頭頭靜靜水水頭頭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。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。p02p2z2z11p1完全真空z112z2p2/AAAA基準面p1/pa/ P2/p1/p1p0p2pa3.3.測壓管兩端分別與測點相連，測壓管兩端分別與測點相連，若管內(nèi)是水，密度為若管內(nèi)是水，密度為，壓差計內(nèi)是密度為壓差計內(nèi)是密度為的水銀，求的水銀，求p。若。若管內(nèi)是密度為管內(nèi)是密度為的空氣，壓差計內(nèi)是密度為的空氣，壓差計內(nèi)是密度為的水，的水，p如何。如何。解：作等壓面解：作等壓面12pg hpg h 12pppg h 舉例舉例h12若若管內(nèi)為空氣

17、管內(nèi)為空氣12ppg h12pppg h 4.4.某壓差計如圖所示，已知某壓差計如圖所示，已知h hA A= =h hB B= =1m ，h h= =0.5m。求：。求：p pA A - p - pB B 。1 12 23 33 32 21 1解解：由圖可知，面為等壓面，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，則由于水銀柱和水柱之間為空氣，密度可忽略不計，則p2= p3，得得 同時，同時， hgppghpHAA21hgghppHAA2BBghpp3BBHAAghphgghp2233233kN/m04.47)1mm1 (9.8m/skg/m1010.5m9.8m/skg/m1013.6)(BAHBAhhghgpp5.5.一封閉水箱，如圖所示，水面上壓強一封閉水箱，如圖所示，水面上壓強p p0 0 = = 85 kN/m2，求水面下求水面下h = 1m點點C C的絕對壓強、相對壓強