(流体力学)流体的受力分析

（流体力学）流体的受力分析

第一部分流体的受力分析

(一) 静力学的研究内容

研究流体在外力作用下处于静止状态时的力学规律。通过受力分析可知：静力学主要是获得静止状态下的压强，即静压强。进一步把面积考虑进去，获得与流体相互作用的固体壁面所受到时的流体作用力。

(二) 控制体的选择

1. 控制体的定义

流场中，用几何边界所围成的固定空间区域称为控制体，它是流体力学的研究对象．

流体静力学中，把控制体又称为隔离体．

(三) 流体的受力

控制体中流体质点的受力总体上可分为表面力和质量力两类．

1. 表面力（Surface Force）

(1) 定义

通过接触界面作用于控制体中流体质点上的力称为表面力，又称之为接触力．如一容器内盛有水，其中壁面对所盛流体的约束力及作用于液体自由表面的大气压力等都均属于表面力

(3) 实质

虽然质量力属于“力”的概念，而加速度属于“运动”的概念，但单位质量的质量力就是加速度，在这里＂动＂与＂力＂合二为一．

(四) 静止状态及静止状态时的受力分析

1. 静止状态

(1) 含义

相对于所选定的坐标系，流体不移动、不转动及不变形，称为静止状态或平衡状态。

(2) 分类

A. 绝对静止：相对于惯性坐标系，如地面，流体处于静止状态；

B. 相对静止：相对非惯性坐标系，流体处于静止状态。

2. 静止状态时的受力分析

(1) 表面力：流体处于静止状态时，内部无相对运动，则流体内部各处切应力为零，流体不呈现出黏性，即表面力中只存在压强。

(2) 质量力：若处于重力场下，单位质量力为重力加速度；若还处于惯性力场下，则单位质量力还应包括惯性加速度等。一般不考虑电磁场作用。

(五) 静压强

1. 含义

流体处于静止状态下所受到的压强，称为静压强，区别于流体运动状态下的所谓动压强。

2. 实质

静压强实际上是流体所受的表面力中的法向应力。

(六) 静压强特性

1. 存在性与方向性。静止流体所受表面力中只存在静压强，其方向总是垂直于作用面，并指向流体内法线方向。

[注意] 液体自由表面上的表面张力是例外。

2. 各向等值性。静止流体中任一点的压强值在空间各方位上，其大小均相等，它只与该点空间位置有关。