理论教育 流体静压强及其性质探析

流体静压强及其性质探析

时间:2023-06-18 理论教育 版权反馈
【摘要】:根据流体定义,静止流体内不存在切应力,因而表面力只有垂直于作用面的压力。作用于流体单位面积上的压力称为压强。在平衡的流体微团表面取一微元面ΔA,设作用在ΔA上的压力为ΔP,则称为ΔA面上的平均压强,当ΔA缩小为一点时,有称为点上的流体静压强。图2.3静压强特性根据几何关系:上述方程组简化为忽略高阶无穷小量可得px=pz=ps因为θ是任意角,所以上式就证明了在静止流体内任一点上的静压强各方向相同。

流体静压强及其性质探析

根据流体定义,静止流体内不存在切应力,因而表面力只有垂直于作用面的压力。作用于流体单位面积上的压力称为压强。在平衡的流体微团表面取一微元面ΔA,设作用在ΔA上的压力为ΔP,则称为ΔA面上的平均压强,当ΔA缩小为一点时,有

称为点上的流体静压强。流体静压强有两个重要特性:一是流体静压强的方向与作用面的方位有关,它始终沿着作用面的内法线方向,读者可自行加以证明;二是压强的大小与作用面的方位无关,静止流体内任一点上的压强沿各方向相等。为了证明这一性质,在绝对静止流体内的任一点(x,y)取出一单位宽度的微小楔形分离体,如图2.3所示,因为该分离体没有切力的作用,只有重力和垂直于各表面上的压力,所以沿x和z向的平衡方程为

式中,px、pz及ps分别是三个面上的平均压强,γ是流体的重度,ρ是密度。

图2.3 静压强特性

根据几何关系:

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上述方程组简化为

忽略高阶无穷小量可得

px=pz=ps

因为θ是任意角,所以上式就证明了在静止流体内任一点上的静压强各方向相同。对于由三个坐标面和一个任意斜面构成的微小四面体的三维情况,利用平衡方程,同样可证明。

px=py=pz=ps

不难证明,对于还有其他惯性力作用的相对静止流体内,也可得到同样的结果。

虽然同一点上的静压强沿各方向相等,但是不同的点一般说来其大小不同。由于流体可看作连续介质,所以流体静压强应是空间坐标的连续函数,即

p=p(x,y,z) (2.1)

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