流體靜力學(xué)
流體靜力學(xué)研究平衡流體的力學(xué)規(guī)律及其應(yīng)用。平衡流體相互之間沒有相對(duì)運(yùn)動(dòng),流體粘性在平衡狀態(tài)下不顯示,所以流體靜力學(xué)中的原來都適用于實(shí)際流體。流體靜力學(xué)是工程流體力學(xué)中獨(dú)立完整而且嚴(yán)密符合實(shí)際的一部分。
歐拉平衡方程式如圖1-1,在平衡流體中任取一個(gè)微元六面體ABCDE,設(shè)AB=dx,AC=dy,AD=dz均為無窮小量,A點(diǎn)密度為ρ,壓強(qiáng)為p。
1755年歐拉導(dǎo)出流體平衡微分方程式如下,它是平衡流體中普遍適用的一個(gè)基本公式。

式中,fx,fy,fz分別為x,y,z向的質(zhì)量力分量。無論平衡流體受的質(zhì)量力的種類,流體是否可壓縮,流體有無粘性,歐拉流體平衡微分方程式都普遍適用。
重力場(chǎng)中平衡流體的力勢(shì)函數(shù)為:
W=gz (1-2)
因?yàn)樵诹W(xué)上,mgz代碼質(zhì)量為m的物體在基準(zhǔn)面以上高度為z時(shí)的位置勢(shì)能,因而質(zhì)量力力勢(shì)函數(shù)W=gz的物理意義是單位質(zhì)量(m=1)流體在基準(zhǔn)面以上高度為z時(shí)的位置勢(shì)能。W的坐標(biāo)為(x,y,z)。
流體中各等壓強(qiáng)電所組成的平面或者曲面稱為等壓面,具有三個(gè)性質(zhì):
① 等壓面也是等勢(shì)面
② 等壓面與單位質(zhì)量力矢量垂直
③ 兩種不相混合平衡液體的交界面必然是等壓面。
重力場(chǎng)中的平衡流體是流體靜力學(xué)的主要研究對(duì)象。重力場(chǎng)中的歐拉平衡微分方程可以改寫為:
dp=-ρdW=-ρgdz (1-3)
對(duì)于重力場(chǎng)中連續(xù)、均質(zhì)、不可壓縮流體,其密度是恒量,(1-3)式變成
dz+dp/ρg=0 或者d(z+p/ρg)=0 (1-4)
在流體連續(xù)區(qū)域內(nèi)積分,則
z+p/ρg=C (1-5)
這是靜壓強(qiáng)基本公式。
|