03静止流场的性质
工程流体力学的名词解释
工程流体力学的名词解释一、名词解释。
1、雷诺数：是反应流体流动状态的数，雷诺数的大小反应了流体流动时，流体质点惯性力和粘性力的对比关系。
2、流线：流场中，在某一时刻，给点的切线方向与通过该点的流体质点的刘速方向重合的空间曲线称为流线。
3、压力体：压力体是指三个面所封闭的流体体积，即底面是受压曲面，顶面是受压曲面边界线封闭的面积在自由面或者其延长面上的投影面，中间是通过受压曲面边界线所作的铅直投影面。
4、牛顿流体：把在作剪切运动时满足牛顿内摩擦定律的流体称为牛顿流体。
5、欧拉法：研究流体力学的一种方法，是指通过描述物理量在空间的分布来研究流体运动的方法。
6、拉格朗日法：通过描述每一质点的运动达到了解流体运动的方法称为拉格朗日法。
7、自由紊流射流：当气体自孔口、管嘴或条缝以紊流的形式向自由空间喷射时，形成的流动即为自由紊流射流。
8、流场：充满流体的空间。
9、无旋流动：流动微团的旋转角速度为零的流动。
10、有旋流动：运动流体微团的旋转角速度不全为零的流动。
11、自由射流：气体自孔口或条缝向无限空间喷射所形成的流动。
12、稳定流动：流体流动过程与时间无关的流动。
13、不可压缩流体：流体密度不随温度与流动过程而变化的液体。
14、驻点：流体绕流物体迎流方向速度为零的点。
15、流体动力粘滞系数u：表征单位速度梯度作用下的切应力，反映了粘滞的动力性质。
16、压力管路的定义。
---凡是液流充满全管在一定压差下流动的管路都称为压力管路。
17、作用水头的定义。
----任意断面处水的能量，等于比能除以。
含位置、压力水头和速度水头。
单位为m。
18、层流：当流体运动规则，各部分分层流动互不掺混，流体质点的迹线是光滑的，而且流场稳定时，此种流动形态称为层流。
19、湍流：当流体运动极不规则，各部分流体相互剧烈掺混，流体质点的迹线杂乱无章，流场极不稳定时。
此种流动形态称为“湍流”。
20、表面张力：液体表面任意两个相邻部分之间的垂直与它们的分界线的相互作用的拉力。
静止流体内部的物理规律
静止流体内部的物理规律流体力学是研究流体运动的学科，其中静止流体的研究也是流体力学的重要分支。
静止流体是指在没有外力作用下，处于平衡状态的流体。
静止流体内部的物理规律是流体力学的基础，对于许多工程应用和自然现象的研究都具有重要意义。
静止流体的性质静止流体的性质可以通过密度、压力和温度等参数来描述。
密度是指单位体积内的质量，压力是指单位面积上承受的力，温度则是指物体内部分子的平均热运动程度。
在静止流体中，这些参数的分布是均匀的，即各处的密度、压力和温度都相等。
静止流体的压力静止流体内部的压力分布是一个非常重要的物理规律。
在静止流体中，压力在各个方向上都是相等的。
这是因为静止流体内部的分子是随机分布的，而且它们之间的相互作用力也是随机的。
因此，在任何方向上，分子的运动和作用力都是相等的，从而导致了压力的均匀分布。
静止流体的密度静止流体内部的密度也是一个重要的物理规律。
在静止流体中，密度是均匀的，即各处的密度都相等。
这是因为静止流体内部的分子是随机分布的，而且它们之间的相互作用力也是随机的。
因此，在任何方向上，分子的运动和作用力都是相等的，从而导致了密度的均匀分布。
静止流体的温度静止流体内部的温度也是一个重要的物理规律。
在静止流体中，温度是均匀的，即各处的温度都相等。
这是因为静止流体内部的分子是随机分布的，而且它们之间的相互作用力也是随机的。
因此，在任何方向上，分子的运动和作用力都是相等的，从而导致了温度的均匀分布。
静止流体的压强静止流体内部的压强也是一个重要的物理规律。
在静止流体中，压强是随深度增加而增加的。
这是因为静止流体内部的重力是向下的，从而导致了静止流体的压强随深度增加而增加。
应用静止流体内部的物理规律在工程应用和自然现象的研究中都具有重要意义。
例如，在建筑工程中，需要考虑静止流体的压力分布，以确保建筑物的稳定性。
在水力学中，需要研究静止水体内部的物理规律，以预测洪水和水库的水位变化。
在气象学中，需要研究静止大气内部的物理规律，以预测气象变化和天气现象。
流体力学_02_流体静力学
2.流体静力学流体静力学研究静止流体平衡的力学规律及其在工程技术上的应用。
静止流体的概念：流体（宏观）质点之间没有相对运动。
绝对静止：流体整体对于地球没有相对运动（一般工程的观点）。
相对静止：流体整体对于地球有相对运动，但流体质点间及流体与容器壁间无相对运动。
静止流体内不呈现粘性，故静力学讨论的问题对理想流及实际流体均适用。
2.1.流体静压强及其特性当流体处于静止状态时，流体中的压强称为静压强。
静压强的两个重要特性：1）流体静压强方向沿作用面的内法线方向（静止流体不可能存在切应力；流体内聚力很小，不能承受拉力）；2）流体静压强的数值与作用面在空间的方位无关，即任一点的压强不论来自何方均相等。
通过微小四面体证明上述第二条特性。
1）因静止流体不能承受剪切力，故作用于微小四面体表面的力均为法向力；2）流体不能承受拉力，所以法向力指向四面体内部（压应力）；3）微小四面体在四个表面力和一个体积力的作用下保持平衡。
表面力在x方向的分量为：()x p p dydzp n ABC n x,cos 2∆−()cos ,2ABC n dydzp x ∆= （在xoz 平面上的投影） ()2dydzp p n x −体积力在x 方向的分量：6x dxdydzf ρ 由力的平衡得：()062=+−x n x f dxdydzdydz p p ρ()03=+−x n x f dxp p ρ当四面体很小时，体积力项与表面力项的比值趋于零，可以忽略，由此得：n x p p =同理可证：y n p p =，z n p p =2.2. 流体平衡方程流体的平衡微分方程由Euler 于1755年首先得出，故又称为欧拉平衡微分方程。
用立方体微元推导平衡方程。
静止流场黏性作用不存在，作用于微元上的力为正压力和体积力，按Taylor 级数展开，舍弃二阶以上小量，可得平衡方程。
受力平衡：面力＋体积力＝0 x 方向的体积力：x x F x y zf =∆∆∆x 方向的表面力：x x x x x p pS p y z p x y z x y z x x ∂∂ =∆∆−+∆∆∆=−∆∆∆ ∂∂0=+x x S F0=∆∆∆∂∂−∆∆∆z y x x p zf y x xx 由此可得：1x pf x ρ∂=∂ 同理：1y pf yρ∂=∂ 1z pf zρ∂=∂ 平衡方程的物理意义：在静止流体中，作用在单位质量流体上的质量力的分量与作用在该流体表面上的表面力的分量相互平衡。
工程流体力学第三章
则总压力P 则总压力P为： 其中 代入上式，则： 代入上式，
(1)
对于本例即
它表明作用在平面 A 的液体总压力，等于浸水面积 A 与形心点 的液体总压力， 的静压力 γhc的乘积。 的乘积。 可理解为一假想体积的液重，即以浸水面积 A 为底，面积 A 的 为底， 可理解为一假想体积的液重， 形心淹没深度h 为高的这样一个体积包围的液体重量。 形心淹没深度hc为高的这样一个体积包围的液体重量。
一点的质量力必然垂直于通过该点的等压面。 一点的质量力必然垂直于通过该点的等压面。 等压面概念对解决许多流体平衡问题很有用处， 等压面概念对解决许多流体平衡问题很有用处，它是液柱式压力计测压原理的重 要基础。 要基础。 根据等压面性质，我们可以在已知质量力的方向，去确定等压面的形状， 根据等压面性质，我们可以在已知质量力的方向，去确定等压面的形状，或已知 等压面的形状去确定质量力的方向。 等压面的形状去确定质量力的方向。
根据等压面的特性可以更普遍地证明：两种不同流体处于平衡状态时，其 根据等压面的特性可以更普遍地证明：两种不同流体处于平衡状态时， 相互接触的（但互不相混）分界面必然是等压面。 相互接触的（但互不相混）分界面必然是等压面。
( 4 ）正压流场 流体的密度只是压力的函数的流场称之为正压流场，即在正压流场中 流体的密度只是压力的函数的流场称之为正压流场，
§3 . 3 某些流体静力学基本问题
在工程技术中，许多的工业过程与流体静力学相关，研究这些问 在工程技术中，许多的工业过程与流体静力学相关， 题就需要流体静力学的知识。 题就需要流体静力学的知识。 一、压力分布与受力分析 对于流体静力学基本方程： 对于流体静力学基本方程：
∂P = ρ fx; ∂x ∂P = ρ fy; ∂y
流体力学知识重点
流体力学知识重点流体连续介质模型：可以认为流体内的每一点都被确定的流体质点所占据，其中并无间隙，于是流体的任一物理参数（）都可以表示为空间坐标跟时间的连续函数（），而且是连续可微函数，这就是流体连续介质假说，即流体连续介质模型。
流体的力学特性1，流动性：流体没有固定的形状，其形状取决于限制它的固体边界，流体在受到很小的切应力时，就要发生连续的变形，直到切应力消失为止。
2，可压缩性：流体不仅形状容易发生变化，而且在压力作用下体积也会发生变化。
3，粘滞性：流体在受到外部剪切力作用发生连续变形，即流动的过程中，其内部相应要发生对变形的抵抗，并以内摩擦的形式表现出来，运动一单停止，内摩擦即消失。
牛顿剪切定律：流体层之间单位面积的内摩擦力与流体变形速率（速度梯度）成正比（）无滑移条件：流体与固体壁面之间不存在相对滑动，即固体壁面上的流体速度与固体壁面速度相同，在静止的固体壁面上，流体速度为零。
理想流体：及粘度（）的流体，或称为无黏流体表面张力：对于与气体接触的液体表面，由于表面两侧分子引力作用的不平衡，会是液体表面处于张紧状态，即液体表面承受有拉伸力，液体表面承受的这种拉伸力称为表面张力。
表面张力系数：液体表面单位长度流体线上的拉伸力称为表面张力系数，通常用希腊字母（）表示，单位（）毛细现象：如果将直径很小的两只玻璃管分别插入水和水银中，管内外的液位将有明显的高度差，这种现象称为毛细现象，毛细现象是由液体对固体表面的润湿效应和液体表面张力所决定的一种现象。
毛细现象液面上升高度（）牛顿流体：有一大类流体，他们在平行层状流动条件下，其切应力（）与速度梯度（）表现出线性关系，这类流体被称为牛顿型流体，简称牛顿流体。
描述流体运动的两种方法1，拉格朗日法：通过研究流体场中单个质点的运动规律，进而研究流体的整体运动规律，这一种方法称为拉格朗日法2，欧拉法：通过研究流体场中某一空间点的流体运动规律，进而研究流体的整体运动规律，这一种方法称为欧拉法迹线：流体质点的运动轨迹线曲线称为迹线流线：流线是任意时刻流场中存在的一条曲线，该曲线上流体质点的速度方向与其所在点处曲线的切线方向一致。
流场的基本概念和分类
流场的基本概念和分类流场是流体力学中常用的概念，用来描述流体运动的空间分布特征。
它可以通过对流体运动进行数学建模和分析来研究流体力学问题。
在流场的研究中，我们通常根据流体的性质和运动方式进行分类。
本文将首先介绍流场的基本概念，然后对其分类进行详细阐述。
一、流场的基本概念流场是指由流体组成的区域中，流体特定物理量（如速度、压力、温度等）随时间和空间分布的总体表现。
在流场中，流体的运动状态可以通过研究流场的特性来描述和分析。
流场的基本概念包括：1. 流体：在流场中流体是指可以流动的物质，如液体或气体。
流体的分子之间存在相对较小的间隔，可以通过流动来改变形状。
2. 流体性质：流体的性质包括密度、黏度、温度等。
这些性质会随着流体的运动而改变，影响着流场的形成和演化。
3. 流动速度：流体中各个点的运动速度是流场的重要特性之一。
通过测量和分析流体速度的分布情况，可以揭示流体运动的规律。
4. 流场的描述：流场可以用数学函数来描述，如速度场、压力场等。
这些函数可以通过各种数学方法求解得到，用于研究流体力学问题。
二、流场的分类根据流体的性质和运动方式的不同，可以将流场分为以下几类：1. 稳定流场：稳定流场是指流体在某一时刻上速度、压力等物理量的空间分布保持不变的流场。
稳定流场的特点是流动状态相对固定，适用于描述稳定流体运动的问题。
例如，稳定的水流、气流等。
2. 不稳定流场：不稳定流场是指流体在某一时刻上速度、压力等物理量的空间分布发生变化的流场。
不稳定流场的特点是流动状态会随时间变化，适用于描述非稳定的流体运动的问题。
例如，湍流、涡流等。
3. 局部流场：局部流场是指流体在局部区域内的流动状态。
在局部流场中，流速和其他物理量的分布是不均匀的，可以通过局部的流动规律来分析流体的行为。
例如，绕过物体的流场、喷流等。
4. 全局流场：全局流场是指流体在整个流动区域内的流动状态。
在全局流场中，流速和其他物理量的分布相对均匀，可以通过整体的流动规律来分析流体的行为。
流场的分类及其性质
流场的分类及其性质流场是指具有一定速度和方向的流体在空间中的分布状态。
根据流场中速度和方向的变化规律，流场可以分为三种类型：一维、二维和三维流场。
针对不同类型的流场，其性质也有所不同。
一维流场是指流体在一条直线上流动的情况。
在一维流场中，流体的速度只与时间和空间坐标的一个变量有关。
一维流场常用来描述沿一条管道内的液体或气体的流动。
对于一维流场，流体的速度分布是均匀的，且流场中不会发生旋转现象。
二维流场是指流体的速度和方向仅与平面上的两个坐标有关。
在二维流场中，流体的速度可以随时间和空间坐标的两个变量而变化。
例如，液体在平板上的流动可以被视为二维流场。
与一维流场相比，二维流场具有更为复杂的速度分布和流动特性。
三维流场是指流体的速度和方向与三维空间中的三个坐标都有关。
在三维流场中，流体的速度和流动方向可以在空间中任意变化，具有更加复杂的流动特征。
例如，风场、海洋中的洋流等都属于三维流场。
由于流体在三维流场中可以发生旋转和漩涡等现象，流场的速度分布和流动特性更加多样。
除了根据流场的类型进行分类外，流场还可以根据速度分布的性质进行分类。
根据速度分布是否具有旋度，流场可分为有旋流场和无旋流场。
有旋流场，也叫旋转流场，是指流场中存在涡旋或旋转现象。
在有旋流场中，流体的速度和流动方向会随着位置的不同而发生变化，形成旋涡、涡旋或漩涡。
例如，水流中的旋涡、风中的龙卷风等都属于有旋流场。
有旋流场的速度分布不均匀，其性质复杂且难以准确描述。
无旋流场是指流场中不存在涡旋或旋转现象，流体的速度分布均匀且没有明显的旋转角度。
例如，湖泊中的平静水面、风中的匀风区等都属于无旋流场。
无旋流场的速度分布规律相对简单，容易用数学公式准确描述。
总之，流场的分类可以根据流场的类型（一维、二维和三维）以及速度分布的性质（有旋和无旋）进行划分。
不同类型和性质的流场具有不同的速度分布和流动特性，对于研究和应用流体力学具有重要的意义。
流场的基本特征
流场的基本特征流体力学是研究流体运动的学科，其中一个重要的概念就是流场。
流场是指流体在空间内的流动状态，它具有一些基本特征，包括连续性、速度分布、流动稳定性和压力梯度等。
本文将详细介绍流场的基本特征。
一、连续性连续性是流场的一项基本特征，它是指在流场中的任意一点，流体质点相互之间不存在间隙，流体是连续不间断的。
这意味着流体质点在运动中会包含无数数量的微小质点。
连续性可以通过连续性方程来描述，即质量守恒方程。
该方程表明，在一个封闭的流场中，流体在单位体积中的流入与流出是平衡的，质量不会凭空消失或新增。
二、速度分布流场中的速度分布是流体质点运动的重要特征。
在流场中，流体质点的速度大小和方向可以随着位置的不同而改变。
一般情况下，速度越大的地方，流动越剧烈；速度越小的地方，流动越平缓。
速度分布的不均匀性可以通过速度矢量图或速度分布图来表示，这种图像可以帮助我们直观地了解流场中速度的变化。
三、流动稳定性流动稳定性是流场的另一个重要特征。
在流场中，流体质点的速度和流动状态在空间和时间上是连续变化的。
流动可以是稳定的，也可以是不稳定的。
流动稳定性的研究有助于我们理解流场的流动行为以及流动过程中可能发生的不稳定现象，如涡旋、湍流等。
四、压力梯度压力梯度是流场中流体流动的驱动力，它是指单位长度内压力的变化率。
在流体中，压力沿着流体流动方向递减，这就产生了压力梯度。
压力梯度的作用是使流体质点受到一定的压力力，从而引起流动。
通过控制压力梯度的大小和方向，可以对流场的流动进行调控和掌握。
总结：流场是流体力学研究的重要内容之一，了解流场的基本特征对于理解流体运动以及应用于工程实践都具有重要意义。
流场的基本特征包括连续性、速度分布、流动稳定性和压力梯度。
了解这些特征可以帮助我们深入理解流体的行为，为相关领域的研究和应用提供基础依据。
只有充分理解流场的基本特征，才能更好地控制流动过程，实现流体力学在各个领域的应用。
静止流体规律与应用
静止流体定律及其应用从式(5—19)可以看出，静止是流动的特殊形式，常把式(5—19)称为流体静力学基本方程，它反映了静止流体内部能量转化与守恒的规律。
进一步分析可以看出，静力学定律实际上是静态流体的内部压力和位置之间的关系。
利用这种规律在工程上可以测定与控制液位、测量压差或压力、确定液封高度、设计分液器等。
(1)式(5—19)表明，在静止流体内部，任一截面上的位能与静压能之和均相等。
该定律可用于确定流体是否流动以及流动的方向和极限。
比如，用管路将设备1与设备2连接起来，是否会发生流体在1与2之间的流动呢?只要计算一下1与2两截面的能量并加以比较就可以了。
如果(位能+静压能)l＝(位能+静压能)2，然后液体处于静止状态；如果(位能+静压能)l>(位能+静压能)：，然后流体从1向2流动；如果(位能+静压能)l<(位能+静压能)2，然后流体从2向1流动。
(2)式(5—19)可用变形：p2＝Pl＝pg(Z1一Z2) (5—20)此式也称为流体静力学基本方程，它反映了静态流体中任意两个部分的压力之间的关系。
它表明在静止、连续、均质的流体内部，如果一点的压力发生变化，则其他各点的压力将发生同样大小和方向的变化，这正是液压传动的理论依据。
(3)如果截面1刚好与自由面重合，则(Z1一Z2)就等于截面2距自由液面的深度，用九表示，于是，式(5—20)可变为p2＝P1＝pgh (5—20a)一般地，液面上方的压力》1是定值，因此，式(5—20a)表明，在静止、连续均质的流体内部，任何截面的压力仅与其深度有关，而与底面积无关。
显然，液体越深的地方压力越大，这就是拦河堤坝越靠底部越宽的原因。
不难看出，在静止、连续均质的流体中，同一水平面上各点的压力相等，压力相等的截面称为等压面，等压面对解决静止流体的问题相当重要。
图5—12中，1与2在同一水平面上，3与4在同一水平面上，但1与2处的压力相等，而3与4处的压力不相等。
静止流体平衡微分方程
静止流体平衡微分方程1. 介绍在研究流体力学中，平衡是一个重要的概念。
平衡状态下，流体内部的各个点没有运动，即静止流体。
在静止流体平衡的研究中，微分方程起着关键作用。
本文将介绍静止流体平衡微分方程的概念、原理和应用。
2. 静止流体的性质静止流体的性质可以通过一系列基本概念来描述。
首先是流体的密度，表示流体单位体积的质量。
其次是流体的压强，表示单位面积上的力。
还有流体的重力加速度和外力的作用等。
静止流体中的压强分布可以沿着流体的竖直方向进行研究。
对于一根垂直柱状的静止流体，在竖直方向上，压强随深度的增加而增加。
这是由于上方的流体对下方的流体产生了压力，使得下方的压强更高。
3. 静止流体平衡微分方程的原理静止流体平衡微分方程描述了静止流体内部各点的平衡条件。
该方程是基于流体力学和力学平衡原理推导得出的。
首先，根据传统的力学平衡原理，任意一个静止流体内的点所受到的合外力为零。
这个外力可以分为两部分：流体受到的压力和其他可能作用在流体上的力。
因此，静止流体的平衡方程可以写成以下形式：∑F = ∑P + ∑F_other = 0其中，∑F表示所有作用在流体内各点的合外力，∑P表示流体内压力的合力，∑F_other表示其他可能作用在流体上的力的合力。
根据流体力学的原理，压力作用在过流体内某一点的垂直方向，所以∑P可以写成以下形式：∑P = -∇P其中，∇P表示压力梯度，代表压力沿着任意方向的变化率。
通过解析力学的推导，可以得到静止流体平衡微分方程的一般形式为：∇P + ρg = 0其中，ρ表示流体密度，g表示重力加速度。
这个方程表达了静止流体内部各点压强和重力场之间的关系。
4. 应用静止流体平衡微分方程在很多领域中都有重要应用。
以下是几个常见的应用场景：4.1. 液体静力学静止液体的行为可以通过静止流体平衡微分方程来研究。
通过对方程的求解，可以获得液体内部压强分布的信息，进而了解液体在容器中的分布情况。
这对于设计和优化容器的结构和功能具有重要意义。
03静止流场的性质
0
0
0
0
i n x p xx j n y p yy k n z p zz
p n n p nn in x jn y k n z p nn in x p nn jn y p nn k n z p nn
HEUJ&F
2
工程流体力学 Engineering Fluid Mechanics
§3.4 重力场中静液对物面的作用力
§3.4 重力场中静液对物面的作用力 固体任意边界上受力基本关系式为
F n pdA n p a g h dA
A A
竖放平壁面上的受力 将坐标原点选在自由面 上，x轴选作竖放平壁面法 向。 液体作用于A上的合力
F n p d A i p d A i F x i p a g h d A
工程流体力学engineeringfluidmechanics2236非惯性坐标系中的静止液体等压面为斜平面等压面方程为constconst自由面方程及自由面下液深h处压力表达式分别为自由面为斜平面若坐标原点在自由面上则工程流体力学engineeringfluidmechanics2336非惯性坐标系中的静止液体液体的分界面为等压面同一容器内两种液体分界面两侧分别满足平衡方程dpadxadydzdpadxadydpdpdpdpdpdpdpdp工程流体力学engineeringfluidmechanics2436非惯性坐标系中的静止液体等角速度旋转坐标系基本关系式仍为dpfdr包含单位质量的惯性力
A A A
Fx p a A g
hd A p
A
a
g hc A
形心处压力
表面压力
静止型流体运动特性
静止型流体运动特性1. 引言流体力学是研究流体运动及其相互作用的学科，而流体运动特性又包含静止型和动态型两个方面。
本文将重点探讨静止型流体运动特性，其中包括流体的静力学、流体的流动性质以及流体在容器中的静力平衡等内容。
2. 流体的静力学流体的静力学研究的是流体在不受外力作用时的力学特性。
对于静止的流体来说，无流动现象，其力学特性主要由压力、密度和重力等因素决定。
2.1 压力压力是指单位面积上所受的力，对于静止型流体来说，压力在流体内部是均匀分布的。
根据帕斯卡定律，任何点上的增加的外部压力都会被均匀传递到流体中的每个点。
这意味着在一个静止的流体中，不同位置的压力是相等的。
2.2 密度密度是指单位体积的质量，对于静止型流体来说，密度在整个流体中是均匀的。
密度决定了流体的惯性，即流体在受力作用下的运动惯性。
2.3 重力重力是指地球对于物体的吸引力，对于静止型流体来说，重力对流体的影响主要体现在流体的压力分布上。
重力使得流体在竖直方向上的压强增加，造成压力的梯度。
3. 流体的流动性质3.1 流体的黏性流体的黏性是指流体分子间相互作用力的一种表现形式，描述了流体内部分子间相互滑动的阻力。
黏性决定了流体的粘度，即流体流动阻力的大小。
3.2 流体的流速流速是指流体在单位时间内通过截面的体积。
对于静止型流体来说，由于无流动现象，流速为零。
3.3 流体的层流和湍流层流是指流体在密闭容器中沿特定方向流动且流速分布均匀的现象。
湍流是指流体在密闭容器中的流动过程中发生剧烈涡流运动的现象。
4. 流体的静力平衡流体的静力平衡是指流体在容器中保持静止的状态，其主要由压力平衡和浮力平衡两个因素决定。
4.1 压力平衡压力平衡是指流体内部各个点的压力分布均匀，且与容器内外的压力相等。
通过调整容器内外的压力可以实现流体的静止。
4.2 浮力平衡浮力平衡是指流体受到上浮的力量与受到压缩下沉的力量平衡。
对于静止型流体来说，浮力平衡要求流体浮力与受到下沉的重力平衡。
静止流体的基本规律
一、流体的密度
二、流体的压强
三、流体静力学基本方程 四、流体静力学方程的应用
流体静止的基本方程
2015/11/9
一、流体的密度
1. 密度定义
单位体积的流体所具有的质量，ρ; SI单位kg/m3。
m V
2. 影响ρ的主要因素
f t , p
2015/11/9
3）当容器液面上方压强P0一定时，静止液体内部的 压强P仅与垂直距离h有关，即： P h
所以，液体越深的地方压力就越大，这就是拦河大坝越 靠底部越宽的原因。 在静止、连续、均一的流体内部处于同 一水平面上各点的压强相等。我们把这样的平面叫做等压面 选择等压面（三个条件：同一种流体，连通，同一水平面）
o-o’，在其上取1，2两点。
3 P 炉内 压强 P 10 . 7 10 1 a
P2 Pa gh
P 1 P2
Pa 10.7 103 Pa gh
h 10.9m
2015/11/9
1）液体混合物的密度ρm 取1kg液体，令液体混合物中各组分的质量分率分别为:
xwA、xwB、 、xwn ,
当m总 1 kg时，xwi mi
假设混合后总体积不变
1
m
xwAБайду номын сангаас
1
xwB
2
xwn
n
——液体混合物密度计算式
2015/11/9
2)气体混合物的密度
取1m3 的气体为基准,令各组分的体积分率为:x1,x2,…,xn,
p1 p2 Rg( B A )
p1 p2 Rg A
静止流体规律与应用
静止流体规律与应用什么是静止流体？静止流体指的是受到静止力的流体，其中静止力是垂直于流体表面的支撑力量。
静止流体可以被用于测量重量或压力，也可以被设计成有用的机器和设备。
其属性和规律的了解十分重要，因为它们能用于解决各种工程问题，包括建筑物的设计和水槽的设计。
静止流体的规律Pascal定律•把液体或气体放在一个容器中并施加压力，液体或气体内部的压力是相等的，并且被牢牢地传递到周围的容器上。
•这个定律表明，压力与液体或气体的重量和密度成正比，与容器的形状和大小无关。
阿基米德定律•当一个物体完全或部分浸入液体中，相同体积的液体产生的浮力与物体的重量相等。
•这个定律表明，浸入液体的物体在液体中受到一个向上的浮力，且浮力大小与液体产生反作用的物体的体积成正比。
静止流体的应用液压系统•液压系统使用静止流体的性质，将液体压缩并将其发送到活塞上，产生力和运动。
•液压系统被广泛应用于行业和汽车工作区，例如，控制和改变机器的方向和位置以及改变矿物工具的角度和深度。
水坝和水库•水坝和水库是用于收集和储存水资源的大型结构。
•这些结构利用阿基米德定律，利用静止流体来支持它们的重量和压力，并避免液体泄漏。
静电圆盘分离器•静电圆盘分离器是一种机器，用于将不同形状、大小和密度的物体分离出来。
•它利用静止流体的阿基米德定律，将比水更轻的材料浮在水的表面上，而比水更重的材料则沉到水底。
总结静止流体规律对于解决各种工程问题非常重要。
掌握静止流体规律并对其进行适当的应用，可以帮助我们更好地理解和解决实际问题。
在液压系统、水坝和水库以及静电圆盘分离器中，静止流体起着至关重要的作用，使这些设备的设计和实现变得更加可行和有效。
流场
定义
定义一
定义二
表述：某一时刻气流运动的空间分布。 流场型式： 一般有3种基本的流场形式： ①相对均匀的气流、略有弯曲的流线组成的气流。 ②奇异线。常有风向不连续的间断线和分支或汇合的渐近线。 ③奇异点。即流场中风速为零的静风点。
表述：运动流体所占有的空，可测量得到风洞的实际性能，以了解风洞的马赫数、温度分布均匀性和流向角 大小等流场品质和试验数据的精准度，检验是否达到各项设计指标及相关标准或规范的要求，便于分析可能的未 达标因素、提供改进的依据；而风洞投入使用后，也通常需要定期进行流场校测和标模试验，以检验其指标是否 发生变化。同时，积累的流场校测数据、标模试验数据可以为风洞试验数据的分析和故障排查提供依据或参考数 据。
流场校测的目的是全面详细地测量风洞的流场状况及其品质，获得不同运行条件下的马赫数、温度场均匀性 和流向角等流场特性参数，以及用于确定风洞的最佳运行参数。
流场校测应在风洞各系统均运行正常的条件下，在确定的运行参数条件(主要是总温、总压)下开展。风洞流 场校测试验的基本流程是：
(1)确定的风洞运行状态。 (2)完成校测试验装置与测量系统准备。 (3)将校测装置安装调整到待校测流场截面。 (4)风洞运行，测量并获得压力、温度等有效数据。 (5)风洞运行结束。 必要时，需要记录相关的环境条件参数，如大气环境压力、环境温 度等。
特性分析
对于流场特性分析，常涉及到涡的概念。对于流场的涡分析中，涡常包含涡量场和涡旋两个方面，从涡形态 上可以认为：涡量场指涡量的空间分布，涡旋指涡量集聚的涡结构，也常用涡指流场流线图的漩涡形态(比如旋翼 涡环形态)。涡量场通常和粘性流动存在着对应关系。流体粘性应力的大小由应变速率决定，尤其是剪切应变速率 的大小。而涡量和应变速率都是由流场的速度梯度造成的，速度梯度越大，应变速率和涡量一般也越大。
水静止流动原理范文
水静止流动原理范文水的静止流动原理是指水在不受外力作用下保持统一的形态并保持静止的现象。
这一原理是基于液体分子间相互作用的力学原理和流体静力学的基本原理而成立的。
液体分子间的相互作用力是保持水静止流动的关键。
在液体中，分子之间存在着强烈的分子间相互作用力，主要包括弱的范德华力和较强的静电力。
范德华力是由于分子表面电子的运动引起的，它使得液体分子间存在着一种吸引力，使得水分子倾向于相互靠近。
静电力是由于分子之间的电荷分布不均引起的，它使得具有相同电荷的分子相互排斥，而具有相反电荷的分子相互吸引。
这些相互作用力使得水分子在受到外力作用后会产生相应的变形，并通过分子间相互作用力的传递使得整个系统恢复到平衡状态。
另一方面，液体的流体静力学原理也解释了水的静止流动原理。
流体静力学是研究流体处于静止状态时的力学性质和场的学科。
根据流体静力学原理，液体内每一点处的压强都是相等的。
当水处于静止状态时，水中各个点的压强相等，即每个点受到的压力均相等。
根据帕斯卡定律，液体在静止状态下受到的压强是由液体的密度、重力加速度和液体高度决定的。
由于压强相等，液体中的压力沿流动方向形成垂直于流体表面的等压线，使得水分子受到平衡的压力，保持静止。
同时，液体还具有一种流动的特性，称为黏性。
黏性是液体的一种本质属性，是指液体分子间存在相互摩擦的现象。
当水受到外力作用时，液体分子之间的黏性作用力可以使水分子之间产生相对位移，并通过分子间相互作用力的传递使得整个系统达到一个新的平衡状态。
这个状态使得液体中的分子保持相对的位置不变，从而实现水的静止流动。
综上所述，水的静止流动原理是基于液体分子间相互作用的力学原理和流体静力学的基本原理而成立的。
液体分子间的相互作用力和流体静力学的原理使得水分子能够在受到外力作用下产生相应的变形，并通过分子间相互作用力的传递保持静止的状态。
同时，液体的黏性特性也起到了关键的作用，使得水分子能够保持相对的位置不变，实现静止流动的现象。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
§3.4 重力场中静液对物面的作用力
任意曲面上的受力
将坐标原点选在自由面上， 曲面上受力 F n p d A n p g h d A
a A A
i n x j n y k n z p a g h d A
A
i n x p a g h d A j n y p a g h d A k n z p a g h d A
A
HEUJ&F
13
工程流体力学 Engineering Fluid Mechanics
§3.4 重力场中静液对物面的作用力
Fx的计算： 若所有的微元面积投影正负号相同（工程中许多曲面满足 此条件），则Fx的求解与竖放平壁面相同。可用求投影面积Ax 及其形心深度hxc的方法来解算。 Fy的计算：类似于Fx的计算。
因此
f p 或 流场中任意无限相邻两点压力差
f
1
p
dp
p x
dx
p y
dy
p z
dz dr p
f
x
dx f y dy f zdz f dr id x jd y k d z
dr
可见，压力场与质量力场的性质密切相关。利用上 式结合相应条件便可以研究重力场中的静止液体平衡。
工程流体力学 Engineering Fluid Mechanics
§3.2 流体静平衡方程
§3.2 流体静平衡方程 ∂ p p+ dz ∂z 以直角坐标系为例，在静止流 体中任取一微元六面体，如图所示。 微元流体在质量力、表面力作 用下平衡。以z方向受力分析为例。 表面力： 下表面（对应坐标为z）受力pdxdy 。 上表面（对应坐标为z+dz）受力[p+(∂p/∂z) dz]dxdy。 质量力： ρfzdxdydz 。 力平衡方程：
A A A
Fx p a A g
hd A p
A
a
g hc A
形心处压力
表面压力
HEUJ&F
11
工程流体力学 Engineering Fluid Mechanics
§3.4 重力场中静液对物面的作用力
平放平壁面上的受力 将坐标原点选在自由面上，z轴选作平放平壁面法向。
HEUJ&F
3
工程流体力学 Engineering Fluid Mechanics
§3.1 静止流场中的应力性质
z方向力平衡：dx对应的表面力为 p2· dx。ds对应的表面 力在z方向投影为p1· cosθ= p1· ，即ds的投影面积为d ds· dx x。建立二者与微元质量力的三力平衡
p 2 d x p1 d x p 2 p1 1 2 1 2 dx dz f z 0
HEUJ&F
1
工程流体力学 Engineering Fluid Mechanics
第3章 静止流场的性质
第3章 静止流场的性质 §3.1 静止流场中的应力性质 静止流体，速度处处为零。没有速度梯度，也就没 有切应力。此外流体不能承受拉应力。因此，静止流体 只存在法向压应力。 根据下列关系
p n nxp x n yp y nzp z i n x p xx n y p yx n z p zx j n x p xy n y p yy n z p zy k n x p xz n y p yz n z p zz
z z0
， 0
z z0
有 c
n
p0
0
， c1
n n 1
n 1
p0
n
g z0
c
1 n
n 1 0 g z z 0 n 1 1 p0 n p0 p
T T0 n 1 g n
0
n 1 0 g z z 0 n 1 1 n p0
Z 位臵水头，单位重量 流体之重力势能； 压力水头，单位重 g 量流体之压力势能；
z p 静水头，当取相
p
g 对压力时又称测
压管水头；
z
p
g
const
液体平衡时，单位重量液体重力势能与压力势能之和为常 数，这里显示了机械能守恒的意义。
HEUJ&F
10
工程流体力学 Engineering Fluid Mechanics
14
工程流体力学 Engineering Fluid Mechanics
§3.4 重力场中静液对物面的作用力
物体浮力
完全浸没或部分浸没在液体中的物体受到液体的作用力， 其合力为物体所受浮力。现分析体积为τ的完全浸没的物体。 Fx、 Fy的计算： Fx可用物体向yoz平面投影的方法求 解，得到的两个投影面 Ax1 、Ax2，其形 状相同，方向相反，分别对应于左右两 个曲面，故Fx合力为零。 同理Fy合力亦为零。 Fz 的计算： 用物体向xoy平面投影的方法求解，得对应于上下两部分物 面的两个压力体，两个压力体一正、一负，其代数和恰为物体 体积。 F z p a g h dA z g hdA z g
§3.4 重力场中静液对物面的作用力
§3.4 重力场中静液对物面的作用力 固体任意边界上受力基本关系式为
F n pdA n p a g h dA
A A
竖放平壁面上的受力 将坐标原点选在自由面 上，x轴选作竖放平壁面法 向。 液体作用于A上的合力
F n p d A i p d A i F x i p a g h d A
p
n
c
正压流场中的静止气体 利用上述关系式可得出
dp p
1 n
gdz c
1 n
HEUJ&F
16
§3.5 重力场中静止气体的压力分布 当n≠1时，积分并整理有
n n 1
n 1
工程流体力学 Engineering Fluid Mechanics
p
n
gz
c
1 n
c1
设 p0 p
z const p const
HEUJ&F
7
工程流体力学 Engineering Fluid Mechanics
§3.3 重力场中的静止液体
自由面与等压面重合 设自由面压力为pa（大气压为常数），则自由面为 等压面，故自由面为等高面。由此还可得出
p g
z0 z
z z0 z
液体作用力
F n p d A k p d A k F z k p a g H d A
A A A
Fz p a g H
对应图（a）
A
Fz
pa
g H
A
12
对应图（b）
HEUJ&F
工程流体力学 Engineering Fluid Mechanics
A A
HEUJ&F
15
工程流体力学 Engineering Fluid Mechanics
§3.5 重力场中静止气体的压力分布
§3.5 重力场中静止气体的压力分布
气体与液体一样，在静止状态满足重力场中的平衡方程 dp=－ρgdz 当考虑气体密度的变化时，须补充方程。 视气体密度与压力互为函数，p=p(ρ) ，具有这种关系的流 场称为正压流场。其中指数率流场很具代表性
A A A
i p a g h d A x j p a g h d A y k p a g h d A z
A A
写成分量形式
F x p a g h d A x A F y p a g h d A y A F p a g h d A z z A
工程流体力学
动力与能源工程学院
工程流体力学 Engineering Fluid Mechanics
第3章 静止流场的性质
§3.1 静止流场中的应力性质 §3.2 流体静平衡方程
§3.3 重力场中的静止液体
§3.4 重力场中静液对物面的作用力
§3.5 重力场中静止气体中的压力分布
§3.6 非惯性坐标系中的静止液体
pa g h pa
上式表明，液体中某点压力为该点上单位截面液柱 重与自由面压力之和。
自由面，压力pa
h
HEUJ&F
8
工程流体力学 Engineering Fluid Mechanics
§3.3 重力场中的静止液体
两种液体的分界面为等压面
同一容器内两种液体分界面两侧分别满足平衡方程 dp1 1g dz dp 2 2 g dz 将上两式中的dz取作分界面上任意选定的临近两点 矢径在z轴上的投影，则
§3.1 静止流场中的应力性质
可以得出
pn
in x p nn jn y p nn k n z p nn in x p xx j n y p y y k n z p z z
p n n p xx p y y p z z p
法向压应力的值仅仅是空间位臵和时间的函数，与所取 作用面的方向无关。p 称作压力。 为形象说明，现引入直角坐标系中二维流体微元 （三维情况可类似推广）。 设y方向宽度为1。ds即表示任意方向微元表面。
HEUJ&F
6
工程流体力学 Engineering Fluid Mechanics
§3.3 重力场中的静止液体
§3.3 重力场中的静止液体 重力场是工程中常常遇到的质量力场，其间的液 体压力分布关系式形式简明，特点鲜明。 重力场中的质量力为 f=ifx+jfy+kfz=－gk 相应的压力微分方程为 dp=－ρgdz 视液体密度不变，积分上式得重力场中压力分布 一般公式 p p g z + c o n st + z c o n st g 等压面与等高面重合 利用上式可得出