第二章流体静力学.pptx

第二章流体静力学欢迎来到流体静力学的学习旅程。本章将带您深入了解静止流体中的压力分布、流体受力分析以及相关的物理规律，为后续流体力学的学习奠定坚实的基础。作者：

流体静力学概述学科定位流体静力学研究静止状态下流体的力学规律，是流体力学的重要分支。工程基础为水利工程、航空航天、海洋工程等领域提供理论基础。实验依据通过严格的实验验证，形成了完整的理论体系。

流体静力学的基本概念静压强静止流体中任一点受到的压强，垂直作用于各个方向。表示单位面积上的法向力，是流体静力学的核心概念。压强单位国际单位：帕斯卡(Pa)，1Pa=1N/m2工程单位：巴(bar)，1bar=10?Pa其他单位：标准大气压(atm)、毫米汞柱(mmHg)

流体压强的特性（一）压强的垂直性流体的压强始终垂直于受力面，不存在切向分量。这一特性源于流体无法承受剪切力的本质特征。实验证明将传感器置于不同角度，测得的压力始终垂直于传感器表面。工程意义设计水下结构时，必须考虑各方向的垂直压力，确保结构安全。

流体压强的特性（二）各向等值性静止流体中任一点，各个方向上的压强大小相等。平衡条件各向等值是流体静止的必要条件。理论基础源于流体分子的无规则运动和力的传递特性。工程应用设计液压系统、压力容器时的基本考量。

帕斯卡定律定律表述外力作用产生的压强在流体中各处传递相等。物理解释流体不可压缩性使压力无损耗传递。实际应用液压机、刹车系统、液压控制系统。帕斯卡定律是由法国科学家布莱兹·帕斯卡于1647年提出，为液压技术奠定了理论基础。

流体静压强的测量液柱式利用液体高度差测量压强。机械式弹性元件变形转化为指针位移。电子式压强转换为电信号进行测量。智能型数字化、远程监控功能。

液柱压力计工作原理基于静平衡原理，利用液柱高度差测量压强。压强差Δp=ρgh，其中ρ为液体密度，g为重力加速度，h为高度差。常见类型U形管压力计倾斜管压力计微压计应用范围适用于测量较小压力和压差。高精度要求场合，如实验室和气象站。需要直观显示压力的环境。

机械式压力计波登管压力计椭圆截面弯管在压力下变形，带动指针转动膜盒压力计波纹管或膜片变形转化为指针位移弹簧活塞式压力作用于活塞，压缩弹簧，位移显示压力校准与维护定期校准保证测量精度

电子压力传感器工作原理将压力信号转换为可测量的电信号输出。常见类型有应变式、压电式和电容式。优势特点测量精度高，响应速度快。可实现远程传输和数字化处理。应用领域工业自动化控制系统。航空航天、汽车工业。医疗设备、科学研究。

流体静力学基本方程深度(m)压强(kPa)流体静力学基本方程：dp/dz=-ρg，表示压强梯度与流体密度和重力加速度的关系。通过积分可得p=p?+ρgh，这是流体静力学中最基本的方程。

重力场中静止液体的压强分布压强分布规律同一水平面上各点压强相等。压强随深度线性增加：p=p?+ρgh。影响因素液体密度ρ直接影响压强变化率。表面压力p?决定了初始压强值。工程应用水坝设计考虑不同深度的压力。潜水设备根据深度计算承受压力。

等压面概念定义流体中压强相等的点所组成的面。几何特性静止液体中等压面为水平面。定量关系相邻等压面间的压强差为ρgΔh。实际应用气象学中的等压线图、水利工程设计。

连通器原理基本原理相通容器中，静止状态下同种液体的自由表面处于同一水平面。形状无关无论容器形状如何，液面高度始终相等。工程应用自来水系统、水塔供水、锁chamber系统。

静水压力ρgh压力公式静水压力大小与深度成正比90°作用方向始终垂直于受力面F=pA总力计算压力与受力面积的乘积静水压力是指流体作用在物体表面的压力。在分析水下结构时，正确计算静水压力至关重要。

平面上的静水压力总压力计算F=ρgh?A，h?为形心深度。压力中心总压力作用点，位于形心下方。压力中心位置由面积转动半径和形心深度决定。工程设计考量确保结构能承受最大压力。

曲面上的静水压力分力分析曲面上的静水压力可分解为水平分力和垂直分力。水平分力：F_H=ρgh?A_v垂直分力：F_V=W_液+P_上A_h其中A_v为垂直投影面积，A_h为水平投影面积。计算步骤确定曲面的投影面积计算水平分力和垂直分力合成总压力及作用点分析结构受力情况

浮力阿基米德原理物体浸入流体，受到向上的浮力，等于排开流体的重力。F_b=ρ_液gV_排浮力作用点浮力的作用点称为浮心，位于排开液体部分的形心。历史背景阿基米德在洗澡发现这一原理，喊出著名的尤里卡！

物体的浮沉条件漂浮条件物体重力小于最大浮力：Gρ_液gV_物中性浮力物体重力等于浮力：G=ρ_液gV_排沉没条件物体重力大于最大浮力：Gρ_液gV_物判断方法比较物体平均密度与液体密度

稳定浮力重心与浮心重心G：物体重力作用点；浮