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《水力計算 學(xué)習單元2 靜水壓強與靜水壓力計算.doc》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、學(xué)習單元二靜水壓強與靜水壓力計算【教學(xué)基本要求】1．正確理解靜水壓強的兩個重要特性和等壓面的性質(zhì)。2．掌握靜水壓強基本公式和物理意義，會用基本公式進行靜水壓強計算。3．掌握靜水壓強的單位和三種表示方法：絕對壓強、相對壓強和真空度；理解位置水頭、壓強水頭和測管水頭的物理意義和幾何意義。4．掌握靜水壓強的測量方法和計算。5．會畫靜水壓強分布圖，并熟練應(yīng)用圖解法和解析法計算作用在平面上的靜水總壓力。6．會正確繪制壓力體剖面圖，掌握曲面上靜水總壓力的計算?！緦W(xué)習重點】1．靜水壓強的兩個特性及有關(guān)基本概念。2．重力作用下靜水壓強基本公式和物理意義。3．靜水壓強的表示和計算。4．靜水壓
2、強分布圖和平面上的靜水總壓力的計算。5．壓力體的構(gòu)成和繪制以及曲面上靜水總壓力的計算?！緝?nèi)容提要和學(xué)習指導(dǎo)】本章研究處于靜止和相對平衡狀態(tài)下液體的力學(xué)規(guī)律。2.1靜水壓強及其特性靜止液體作用在每單位受壓面積上的壓力稱為靜水壓強，單位為（N/m2），也稱為帕斯卡（Pa）。某點的靜水壓強p可表示為：（2—1）靜水壓強有兩個重要特性：（1）靜水壓強的方向垂直并且指向受壓面；（2）靜止液體內(nèi)任一點沿各方向上靜水壓強的大小都相等，或者說每一點的靜水壓強僅是該點坐標的函數(shù)，與受壓面的方向無關(guān)，可表示為p=p(x，y，z)。這兩個特性是計算任意點靜水壓強、繪制靜水壓強分布圖和計算平面與曲
3、面上靜水總壓力的理論基礎(chǔ)。2.2等壓面液體中由壓強相等的各點所構(gòu)成的面（可以是平面或曲面）稱為等壓面，靜止液體的自由表面就是等壓面。對靜止液體進行受力分析，導(dǎo)出液體平衡微分方程和壓強全微方程，根據(jù)等壓面定義，可得到等壓面方程式：Xdx+Ydy+Zdz=0（2—2）式中：X、Y、Z是作用在液體上的單位質(zhì)量力在x、y、z坐標軸上的分量，并且（2—3）其中：U是力勢函數(shù)。等壓面有兩個特性：（1）等壓面就是等勢面；（2）等壓面與質(zhì)量力正交。2.3重力作用下的靜水壓強基本公式重力作用下的靜水壓強基本公式（水靜力學(xué)基本公式）為p=p0+γh（2—4）式中：p0—液體自由表面上的壓強；h
4、—測壓點在自由面以下的淹沒深度；γ—液體的容重。該式表明：靜止液體內(nèi)任一點的靜水壓強由兩部分組成，一部分是液體表面壓強p0，它將等值地傳遞到液體內(nèi)每一點；另一部分是高度為h的液柱產(chǎn)生的壓強γh。該式還表明，靜水壓強p沿水深呈線性分布。對于連通器，水深相同的點組成的面是等壓面；當自由表面是水平面時，等壓面也是水平面。2.4絕對壓強、相對壓強和真空度以設(shè)想完全沒有大氣存在的絕對真空為零計量的壓強稱為絕對壓強p＇；以當?shù)卮髿鈮鹤鳛榱泓c計量的壓強是相對壓強p，若當?shù)卮髿鈮簭娪媒^對壓強表示為pa，則相對壓強與絕對壓強的關(guān)系為：p=p＇-pa（2—5）當液面與大氣相連通時，根據(jù)相對壓強
5、的定義，液面壓強可表示為p0=0，根據(jù)式（2—4），靜止液體中某點的相對壓強為：p=γh（2—6）這是用相對壓強表示的靜水壓強基本公式，該式也可表示為：（2—7）即用液柱的高度表示某點的壓強，這是壓強表示的另一種方法，也是用測壓管量測某點壓強的依據(jù)。當液體中某點的絕對壓強小于當?shù)卮髿鈮簭?，該點的相對壓強為負值，則稱該點存在真空。負壓的絕對值稱為真空壓強hυ，即（2—8）請注意：絕對壓強永遠是正值，相對壓強可正也可負，真空壓強（真空度）不能為負值。最小的真空壓強為零，這時相對壓強也為0，而絕對壓強p＇=1工程大氣壓=98kN/m2，用液柱高度表示絕對壓強m水柱壓強的計量單位表
6、示有三種：（1）用應(yīng)力單位表示：N/m2（Pa）或kN/m2（kPa）；（2）用大氣壓的倍數(shù)表示：即pa=98kN/m2，用pa的倍數(shù)表示；（3）用液柱高度：米水柱高度（mH2O）或毫米水銀柱高度（mmHg）。它們之間的關(guān)系為：1pa=98kN/m2，mH2O，mmHg2.5水頭和單位勢能重力作用下靜水壓強基本公式可表示為：p=p0+γ(z0-z)或z+=c(2—9)式中：z0和z分別是液面和液體內(nèi)某點相對于某個基準面的位置高程，常數(shù)c=z0+。該式表示：重力作用下靜止液體內(nèi)任一點的都相等。z和都是長度量，而且都具有能量的含義，z是單位重量液體所具有的位能，是單位重量液體具
7、有的壓能。水力學(xué)中習慣用“水頭”來稱呼這些具有能量意義的長度量，即z稱為位置水頭（即單位重量液體具有的位置勢能），稱為壓強水頭（單位重量液體具有的壓強勢能），而（）稱為測壓管水頭（表示單位重量液體具有的總勢能）。因此，水靜力學(xué)基本方程也可表述為：靜止液體中各點的測壓管水頭是常數(shù)。該方程反映了靜止液體中的能量分布規(guī)律。2.6壓強的測量和計算測量液體的壓強，可以用壓力表（機械式壓強量測儀表）、壓力傳感器（電測方法）等量測儀器，也可以用水靜力學(xué)原理設(shè)計的測壓管、比壓計、U型水銀測壓計等量測儀器和方法。靜水壓強的量測和計算
