理论教育 静态流体在曲面上的总压力

静态流体在曲面上的总压力

时间:2023-06-18 理论教育 版权反馈
【摘要】:图2.28曲面上的总压力计算设液体自由液面的绝对压强为p0,不一定等于大气压。在曲面上任取一微元面积dA,其形心点深度为h,则作用在dA面上的压力dF=pdA,其在x、z轴上的分量为式中,α为dF与水平平面的夹角。根据几何关系,cosαdA是dA在x向的法平面上的投影面积,即cosαdA=dAx,同理,sinαdA=dAz。

静态流体在曲面上的总压力

工业中的各种流体容器,尤其大型容器,其壁面几乎都制成曲面的形状。例如,立式和卧式储油罐的罐身、罐顶,球形罐的整个罐壁都是曲面的。在水利工程方面,如弧形闸门、拱坝的表面等也是曲面的。因此,学会计算作用在曲面上的流体总压力,在工程中有着特别重要的意义。

由于曲面上各点的法线方向不同,既不平行也不一定交于一点,因此,作用在曲面各微元面积上微元压力的大小和方向各不相同,为空间力系,不能用前面求平面总压力的方法直接积分求解。但是,可通过计算它的水平分量和铅直分量的方法来确定。方法是将作用在曲面各微元面积上的压力dF分解为Fx、Fy、Fz,则得到三组平行力系,分别进行积分求其代数和,便得到总压力的三个分量Fx、Fy及Fz,由此可求得其合力F,即

为了便于分析,下面以二元曲面(即具有平行母线的柱面)为例,说明总压力的计算方法,所得结论可以推广到任意曲面。

图2.28所示为盛装液体的容器。其壁面AB部分为二元曲面,其母线平行于Oy轴,即垂直于纸面。

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图2.28 曲面上的总压力计算

设液体自由液面的绝对压强为p0,不一定等于大气压。在曲面上任取一微元面积dA,其形心点深度为h,则作用在dA面上的压力dF=pdA,其在x、z轴上的分量为

式中,α为dF与水平平面的夹角。根据几何关系,cosαdA是dA在x向的法平面(即垂直于x轴的平面)上的投影面积,即cosαdA=dAx,同理,sinαdA=dAz

另外,式中压强p应为相对压强,即p=p0-pa+γh。将上述关系代入式(2.40)及式(2.41),并积分便得到总压力的水平分量和铅直分量。

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