水力学讲义第一章水静力学.ppt

水力学讲义,水力学部分知识 水力学是研究液体(主要是水)的平衡和机械运动规律,以及运用这些规律解决生产实际中的工程技术问题的一门学科。包括水静力学和水动力学两个部分。,水力学讲义,第一章 水静力学本章研究处于静止和相对平衡状态下液体的力学规律。学完本章，你应该掌握：1、静水压强的两个重要的特性和等压面 的性质。2、静水压强基本公式和物理意义，静水 压强计算。3、静水压强的单位和三种表示方法：绝对压强、相对压强和真空值；理解 位置水头、压强水头和测管水头的物 理意义和几何意义。,水力学讲义,4、测压管水头、测压管高度及真空度5、重力作用下静水压强的分布规律本章需要多做练习题,水力学讲义,第一章 水静力学1.1 水静力学研究对象及目的 1、研究对象：研究液体处于静止状态下的平衡规律及其在实际中的应用。2、目的及任务：研究静水压强在空间的分布规律，并在此基础上解决一些工程实际问题。,水力学讲义,1.2 静水压强及其特性 1、定义：静止液体作用在每单位受压面积上的压力称为静水压强，单位为（N/m2），也称为帕斯卡（Pa）。某点的静水压强p可表示为：,静止液体作用在与之接触的表面上的水压力称为静水压力，用P表示。,水力学讲义,2、静水压强有两个重要特性：（1）静水压强的方向垂直并且指向受压面；,（2）静止液体内任一点沿各方向上静水压强的大小都相等，或者说每一点的静水压强仅是该点坐标的函数，与受压面的方向无关，可表示为：p=p(x，y，z),水力学讲义,以上两个特性是计算任意点静水压强、绘制静水压强分布图和计算平面与曲面上静水总压力的理论基础。,1.3 等压面 液体中由压强相等的各点所构成的面（可以是平面或曲面）称为等压面，静止液体的自由表面就是等压面。如果对静止液体进行受力分析，导出液体平衡微分方程和压强全微方程，可得到等压面方程式。,水力学讲义,1、等压面方程式：Xdx+Ydy+Zdz=0 式中：X、Y、Z是作用在液体上的单位质量力在x、y、z坐标轴上的分量，并且其中：U是力势函数。2、等压面有两个特性：（1）等压面就是等势面；（2）等压面与质量力正交。,等压面必与质量力正交只受重力作用的连通的同一种液体内，等压面为水平面；反之，水平面为等压面。,连通容器,连通容器,连通器被隔断,水力学讲义,1.4 重力作用下的静水压强基本公式 1、水静力学的基本方程对于静止液体中任意两点：（推导过程略）2、公式意义：（1）当p1p2时，则z1z2，即等压面为水平面（2）当z2z1时，则p1p2，即位置较低点的压强恒大于位置较高点的压强；（3）当已知任意一点的压强值及其位置标高时，便可以求得液体内其它点的压强。,水力学讲义,3、重力作用下的静水压强基本公式（另一种表达方式）为 p=p0+h 式中：p0液体自由表面上的压强，h测压点在自由面以下的淹没深度，液体的容重。该式说明：在静止液体中，任一点的压强等于表面压强与从该点到液体自由表面的单位面积上的液柱重量之和。,p0=pa,已知：p0=98kN/m2，h=1m，求：该点的静水压强,h,解：,p,pa,在容器壁面上同水深处的一点所受到的压强有多大？该点所受到的有效作用力有多大？,？,水力学讲义,1.5 绝对压强、相对压强和真空度 1、以设想完全没有大气存在的绝对真空为零计量的压强称为绝对压强p；2、以当地大气压作为零点计量的压强是相对压强p，若当地大气压强用绝对压强表示为pa，则相对压强与绝对压强的关系为：p=p-pa 当液面与大气相连通时，根据相对压强的定义，液面压强可表示为：p0=0 静止液体中某点的相对压强为：p=h,水力学讲义,前面式用相对压强表示的静水压强基本公式，该式也可表示为：即用液柱的高度表示某点的压强，这是压强表示的另一种方法，也是用测压管量测某点压强的依据。3、当液体中某点的绝对压强小于当地大气压强，该点的相对压强为负值，则称该点存在真空。负压的绝对值称为真空压强,例1：如图已知，p0=98kN/m2，h=1m，求：该点的绝对压强及相对压强,解：,例2：如图已知，p0=50kN/m2，h=1m，求：该点的绝对压强及相对压强,解：,pa,相对压强为什么是负值？什么位置处相对压强为零？,？,水力学讲义,1.6 测压管高度，测压管水头及真空度概念 1、测压管高度（h)：液体中任意一点的相对压强可以用测压管内的液柱高度来表示。此液柱高度称为测压管高度。2、测压管水头：把任意一点的相对压强高度与该点在基准面以上的位置之和，称为测压管水头 3、真空度：用水柱高度表示的真空值，称为真空度。理论上最大真空度值为10.33m水柱,水力学讲义,请注意：绝对压强永远是正值，相对压强可正也可负，真空压强（真空值）不能为负值。1.7 压强的计量单位及单位变换 1、计量单位有三种（1）力的单位：N/m2（Pa）或kN/m2（kPa）；（2）大气压的倍数：即pa=98kN/m2，用pa的倍数表示；（3）液柱高度：米水柱高度（mH2O）或毫米水银柱高度（mmHg）。,水力学讲义,2、单位变换 通常建筑物表面和液面都作用大气压强pa，而大气压强一般随海拔及温度变化而变化。（1）在物理学上：（2）在工程技术中，常用工程大气压表示压强,水力学讲义,1.8 水头和单位势能 重力作用下静水压强基本公式可表示为：p=p0+(z0-z)或 z+=c z是单位重量液体所具有的位能，p/是单位重量液体具有的压能。水力学中习惯用“水头”来称呼这些具有能量意义的长度量，即z称为位置水头（即单位重量液体具有的位置势能），p/称为压强水头（单位重量液体具有的压强势能），而（z+p/）称为测压管水头（表示单位重量液体具有的总势能)。因此，水静力学基本方程也可表述为：静止液体中各点的测压管水头是常数。该方程反映了静止液体中的能量分布规律。,水力学讲义,1.9 压强的测量和计算 测量液体的压强，可以用压力表、压力传感器等量测仪器，也可用水静力学原理设计的测压管、比压计、U型水银测压计等量测仪器和方法。例题分析如图：静水压强的量测和计算的理论依据是水静力学基本公式和连通器中等压面关系。,水力学讲义,常用的测量仪器：1、测压管2水银测压计3水银差压计 4金属测压仪5真空计具体原理和计算公式可参看水力学教材,1.测压管,B,2.U形水银测压计,m,3.差压计,=,=,水力学讲义,静水压强分布图 静水压强分布图可以形象地反映受压面平上的压强分布情况，并能据此计算矩形平面上的静水总压力。用比例线段表示压强的大小，根据静水压强特性，用垂直受压面的箭头表示静水压强的方向，根据静水压静沿水深是线性分布的规律，绘出平面上两点的压强并把其端线相连，即可确定平面上静水压强分布，这样绘制的图形就是静水压强分布图。需要指出的是：当受压面两侧均有液体作用或者一侧与大气相接触，这时可以用受压面两侧静水压强分布图进行合成，得到相对压强分布图。,pa,Pa+gh,画出下列AB或ABC面上的静水压强分布图,相对压强分布图,ghB,画出下列容器左侧壁面上的压强分布图,水力学讲义,谢 谢！,