水力学基础课件：2第二章 水静力学

1、,Yangzhou Univ,水 力 学,全国水文水资源专业进修班,熊 亚 南,扬州大学水利与能源动力工程学院,第二章 水静力学, 1 静水压强定义及其特性, 2 重力作用下静水压强的基本方程, 4 等压面、连通器原理及其应用, 水力学,Yangzhou Univ, 3 压强的表示方法和计量单位, 5 静水力学原理在水文测验中的应用, 6 水头与单位势能, 7 平面上静水总压力的计算, 8 曲面上静水总压力的计算, 水力学,Yangzhou Univ,第二章 水静力学 1 静水压强定义及其特性,1 静水压强定义及其特性,静水压力：静止液体作用在与之接触的表面上力，用P表示。,P,面平均静水压强

2、,静水压强,单位：N/、kN/ 、Pa 、kPa, 水力学,Yangzhou Univ,1 静水压强定义及其特性,静水压强的特性,静水压强垂直指向受压面,作用于同一点上各方向的 静水压强的大小相等,第二章 水静力学 1 静水压强定义及其特性, 水力学,Yangzhou Univ,第二章 水静力学 2 重力作用下静水压强的基本方程, 水力学,Yangzhou Univ,2 重力作用下静水压强的基本方程,水静力学基本方程式一：,当z1z2时，则p1p2 ，即水平面上的各点压强相等,当z2 z1 时，则p2 p1 ，即位置越低点的压强越大,当已知某点的p和z值时，便可求得液体内其它点的压强, 水力学

3、,Yangzhou Univ,2 重力作用下静水压强的基本方程,第二章 水静力学 2 重力作用下静水压强的基本方程,压强由两部分组成：,液面上的气体压强p0,单位面积上高度为h的液柱重h,若已知：液面气体压强p0=98kN/m2，水深h=1m，试计算：1点处的压强。,水静力学基本方程式一：, 水力学,Yangzhou Univ,3.1 绝对压强、相对压强、真空值,第二章 水静力学 3 压强的表示方法和计量单位,绝对压强以设想没有大气存在的绝对真空状态作为零点 计量的压强，用p表示,相对压强以当地大气压作为零点计量的压强，用p表示。,若将当地大气压强用pa表示，则有,真空值（或真空压强）指绝对压

4、强小于大气压强的数值， 用pv来表示,3 压强的表示方法和计量单位, 水力学,Yangzhou Univ,3.2 压强的单位,应力单位,工程大气压单位,液柱高度,1个工程大气压=98kN/ =10m水柱压 =735mm水银柱压,第二章 水静力学 3 压强的表示方法和计量单位, 水力学,Yangzhou Univ,4.1 等压面,第二章 水静力学 4 等压面、连通器原理及其应用,由压强相等的点连成的面，称为等压面。等压面可以是平面，也可以是曲面。,只受重力作用的连通的同一种液体内，等压面为水平面；反之，水平面为等压面。,连通容器,连通容器,连通器被隔断,4 等压面、连通器原理及其应用, 水力学,

5、Yangzhou Univ,4.2 压强的测量,利用静水力学原理设计的液体测压计,4.2.1 测压管,B,第二章 水静力学 4 等压面、连通器原理及其应用, 水力学,Yangzhou Univ,利用静水力学原理设计的液体测压计,4.2.2 U形水银测压计,m,4.2 压强的测量,第二章 水静力学 4 等压面、连通器原理及其应用, 水力学,Yangzhou Univ,利用静水力学原理设计的液体测压计,4.2.3 差压计,=,=,4.2 压强的测量,第二章 水静力学 4 等压面、连通器原理及其应用, 水力学,Yangzhou Univ,5.1 自记水位计测井,第二章 水静力学 5 静水力学原理在水

6、文测验中的应用,5 静水力学原理在水文测验中的应用,水位自记室的测井与河道相连通，测井水面和河道水面均为大气压强，即两者压强相等，所以两水面高程相等, 水力学,Yangzhou Univ,5.2 压力式水位计,第二章 水静力学 5 静水力学原理在水文测验中的应用,5 静水力学原理在水文测验中的应用,各式压力式水位计，都是通过一定的方法测量静水压强，然后换算出水位值,气泡式水位计, 水力学,Yangzhou Univ,第二章 水静力学 6 水头与单位势能,压强水头,测压管水头,位置水头,静止液体内各点的测压管水头等于常数。,6 水头与单位势能,单位位能,单位压能,单位势能,静止液体内各点的单位势

7、能等于常数。, 水力学,第二章 水静力学 7 作用于平面上的静水总压力,7 作用于平面上的静水总压力,Yangzhou Univ,7.1 静水压强分布图,静水压强分布图的绘制规则：,1.按一定比例，用线段长度代表该点静水压强的大小,2.用箭头表示静水压强的方向,并与作用面垂直,pa,Pa+gh,相对压强分布图, 水力学,第二章 水静力学 7 作用在平面上的静水总压力,Yangzhou Univ,ghB, 水力学,第二章 水静力学 7 作用在平面上的静水总压力,Yangzhou Univ,7.2 图解法,适用于矩形平面,静水总压力的大小:,为静水压强分布图形的面积； b为矩形受压面的宽度；,静水

8、总压力的方向：垂直并指向受压面,静水总压力的作用点（压力中心或压心）：通过压强分布体的重心（或在矩形平面的纵对称轴上，且应通过压强分布图的形心点）, 水力学,第二章 水静力学 7 作用在平面上的静水总压力,Yangzhou Univ,例题：某挡水矩形闸门，门宽b=2m，一侧水深h1=4m，求该闸门上所受到的静水总压力。,解：,方向向右,作用点距门底,静水总压力的大小, 水力学,第二章 水静力学 7 作用在平面上的静水总压力,7.3 解析法,适用于任意形状的平面,Yangzhou Univ,静水总压力的大小为,pc为受压面形心点的压强 为受压面的面积,静水总压力的作用点位置：,Jc表示平面对于通

9、过其形心点且与ox轴平行的轴线的面积惯性矩。, 水力学,第二章 水静力学 7 作用在平面上的静水总压力,Yangzhou Univ,例题：一垂直放置的圆形平板闸门如图所示，已知闸门半径R=1m，形心在水下的淹没深度hc=8m，试用解析法计算作用于闸门上的静水总压力。,解：, 水力学,第二章 水静力学 8 作用于平面上的静水总压力,8 作用于曲面上的静水总压力,Yangzhou Univ,水平分力Px,Pz铅直分力, 水力学,第二章 水静力学 8 作用于平面上的静水总压力,8 作用于曲面上的静水总压力,Yangzhou Univ,水平分力Px,静水总压力,大小：,方向：,作用点：,Pz铅直分力,

10、 水力学,第二章 水静力学 8 作用于平面上的静水总压力,Yangzhou Univ,曲面上静水总压力的水平分力等于曲面在铅垂投影面上的静水总压力。, 水力学,第二章 水静力学 8 作用于平面上的静水总压力,Yangzhou Univ,压力体,曲面上静水总压力的垂直压力等于压力体内的水体重。, 水力学,第二章 水静力学 8 作用于平面上的静水总压力,Yangzhou Univ,压力体应由下列周界面所围成：,（1）受压曲面本身,（2）自由液面或液面的延长面,（3）通过曲面的四个边缘向液面或液面的延长面所作的铅垂平面, 水力学,第二章 水静力学 8 作用于平面上的静水总压力,Yangzhou Univ, 水力学,第二章 水静力学 8 作用于平面上的静水总压力,Yangzhou Univ,例题：一弧形闸门如图所示，闸门宽度b=4m，圆心角=45，半径R=2m，闸门旋转轴恰与水面齐平。求水对闸门的静水总压力。,解：闸门前水深为,水平分力：,铅直分力：,静水总