理论教育 不可压缩流体静压强的基本公式

不可压缩流体静压强的基本公式

时间:2023-06-18 理论教育 版权反馈
【摘要】:对于连续、均质的不可压缩流体,其密度为常数,式可写为在流体连续区域内积分,可得这就是连续、均质不可压缩流体中静压强基本公式,积分常数C可由边界条件确定。也就是说,质量力只有重力作用下的平衡液体内等压面为水平平面,证明了等压面与质量力方向垂直。因此,在静止的液体中,只要作一水平平面,就是等压面。相对于容器和细管中液体而言,ⅠⅠ不是等压面。

不可压缩流体静压强的基本公式

对于连续、均质的不可压缩流体,其密度为常数,式(2.11)可写为

在流体连续区域内积分,可得

这就是连续、均质不可压缩流体中静压强基本公式,积分常数C可由边界条件确定。如图2.6所示,若已知液面上的铅直坐标为z0,压强为p0,则,则式(2.12)写为

移项得

p=p0+γ(z0-z)

由图中关系得z0-z=h,所以上式可表达为十分直观的压强分布规律公式,即

式中,h是液体中任意点在自由液面下的深度,简称深度。由式(2.13)看出:

①在静止液体中,任一点的压强p由两部分组成:一部分为表面压强p0;另一部分是从该点到表面(或自由表面)单位面积上的液柱重γh。

②表面压强p0等值地传递到液体内各点。

③位于同一深度的各点具有相同的压强值。也就是说,质量力只有重力作用下的平衡液体内等压面为水平平面,证明了等压面与质量力方向垂直。因此,在静止的液体中,只要作一水平平面,就是等压面。但要注意这个结论必须具备两个前提:一是质量力只有重力作用的静止液体;二是液体区域必须是由同一种均质液体连通起来。如果是连通但非均质的液体,或者均质的液体之间隔有气体或另一种液体,则其中同一水平平面就不再是等压面。如图2.7所示,Ⅰ⁃Ⅰ是一水平平面,但容器中点1与细管中点1′不是同一种液体,点1上的压强不等于点1′上的压强。相对于容器和细管中液体而言,Ⅰ⁃Ⅰ不是等压面。而水平平面Ⅱ⁃Ⅱ及Ⅲ⁃Ⅲ则为等压面,因为都通过同一种液体中。此时,p2=p′2,p3=p′3

图2.6 重力场中静止液体内的压强分布

图2.7 等压面概念

等压面概念十分重要,在应用基本方程式(2.13)时,常借助等压面概念来解决工程计算问题,尤其在液柱式测压仪器计算中,经常要用到,必须很好地掌握其运用方法。(www.daowen.com)

例2.1 已知油罐中液面上的压强p0=102000N/m2,油的密度ρ=680kg/m3,g=9.81m/s2,试求油面下深度为7m处的压强是多少?

解 根据式(2.13)得

p=p0+ρgh=(102000+680×9.81×7)N/m2=148.7kN/m2

例2.2 如图2.8所示,容器内盛装相对密度S=0.9的油品,A点上的大气压强为标准大气压(101325N/m2),C与A点位于同一水平面上,h1=6m,h2=9m,求B、C及D点上的压强。

解 ①B点的压强

因为B点相对于A点的深度为h2,由式(2.13)得

pB=pA+ρgh2

=(101325+900×9.81×9)N/m2

=180786N/m2

=181kN/m2

②C点的压强

因为C点与A点位于同一水平面上(等压面),故pC=pA=101325N/m2

③D点的压强

因为pC=pD+ρgh1,由此得

pD=pA-ρgh1=(101325-900×9.81×6)N/m2=48351N/m2

≈48.4kN/m2

图2.8 例2.2图

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