流體靜力學


絕對的靜止
相對的平衡

壓強:靜止流體壓應力

\[P=lim\frac{dP}{dA} \]

  1. 垂直性:法線方向,指向受壓面
  2. 各項等值性:油位置決定
    壓強全微分

\[dP=\frac{\partial p}{} \]

  1. 表面張力
    某方向上的變化率\(\frac{\partial p}{\partial x}\)

\[f_x-\frac{1}{\rho}\frac{\partial}{\partial x}=0 \]

流體靜力平衡的微分方程
全微分式

\[dp=\rho(f_xdx+f_ydy+f_zdz) \]

質量力的勢能函數

\[dP=\rho dU \]

由壓強相等的點叫等壓面
等壓面的性質(同一介質)

  1. 等壓面就是等勢面:U=C
  2. 等壓面與質量力矢量垂直(只有重力等壓面就是水平面)
  3. 兩種不相混合的流體分界面是等壓面

靜力學基本方程壓強形式

\[dp=\rho (-g)dz \]

\[p=-\rho g z + C' \]

\[P=P_0+\rho g h \]

h淹沒深度

帕斯卡定律:壓強等值傳遞原理。隨h的線性變化。

繪制壓強分布圖

image

  1. 方向:箭頭
  2. 大小:箭頭長短,大小標注。

氣體壓強計算
高差不很大時氣柱產生的壓強不很大。

連通器原理
水平面是等壓面的條件
重力液體
靜止流體
同一容器
同一介質

靜力學基本方程的能量形式

\[z+\frac{p}{\rho g}=C \]

壓能:壓強勢能

\[\frac{p}{\rho g} \]

幾何意義
水頭
位置水頭:z 流體距基准面位置高度
壓強水頭
靜壓水頭
水頭線一般為水平線
流出水

壓強的量測
壓強度量標准
絕對壓強:以絕對真空為起點來計算壓強值\(p'\) \(p_{abs}\) 不可能小於 0
(就是最正常的算法)

\[p'=p_a+\rho g h \]

相對壓強(表表壓強):以某一個值開始計算。

\[p=\rho g h \]

\[p=p'-p_a \]

p>0 正壓(擠壓)
p=0 通大氣
p<0 負壓(抽吸)
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真空壓強:p'小於大氣壓強\(p_a\)時,出現真空,所小的值為真空值,以\(p_v\)表示

\[|p'-p_a|=P_v \]

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應力單位 Pa kPa MPa GPa (理論計算)
液柱高單位 米水柱,毫米 Hg 柱 (實驗室計算)
工程大氣壓單位

  1. 1 個標准大氣壓(atm) \(760mmHg=1.01325x10^5Pa\)
  2. 1個工程大氣壓(at) \(1kgf/cm^2=98x10^3Pa=10mH_2O=735mmHg\)
    注意大氣壓強指空氣壓力,大氣壓是單位
    水銀 Hg 的密度是水的 13.6 倍
    水銀與水的壓差為 12.6 倍

測壓儀器

  1. 金屬式 有壓強表與真空表之分,量程大,精度不高
  2. 電測式,精度高,動態測量,遠距離測量
  3. 液柱式 精度高,易於安裝,量程短

液柱式

  1. 測壓管子
  2. 真空計或倒式測壓管

\[p'_b+\rho gh=p_a \]

\[P_vB=\rho g h=-p_b \]

所測壓強比較大,采用多管測壓計

傾斜管微壓器:提高精度

\[p=\rho g L sin \alpha \]

雙杯式微壓計(測量壓強差)
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\[p_1-p_2=\rho_2gh-\rho_1gh[1-(\frac{d}{D}^2)] \]

流體靜總壓力
解析法

  1. 總壓力大小方向

\[dP=PdA=\rho g h dA \]

\[P=p_cA \]

壓力為形心壓強乘面積


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