流体静力平衡及其状态
关键的外卖
着重研究流体所受的压力以及流体对浸没物所施加的压力的研究分支称为流体静力学。
在空气中，出现一种压力梯度力与重力平衡的状态，称为流体静力平衡状态。
当浮力中心和重心在同一点时，如果重量和浮力相等且相反，则平衡状态为中性。
压力随深度增加而增加
剪切应力压力和压力是流体应用中的两个重要参数。流体静力学是研究流体中的压力或者说流体施加的压力，这对于理解静止状态下流体的特性至关重要。在流体静力学中，流体静力平衡是指重力和压力等外力之间达到平衡的状态。在这篇文章中，我们将探讨垂直压力梯度和流体静力平衡。
垂直压力梯度
压强是每单位的力。在流体中，底部的压力等于上面流体柱的重量。流体压力随高度而减小。假设有一个气柱，气柱上有一个薄的水平薄片。施加在底部的压力大于来自顶部的压力。当我们垂直向上运动时，气柱会产生压力梯度。向上作用在气柱薄片上的合力是由压力梯度引起的，可由式给出:
A为气柱的水平截面积，P为底部和顶部的压力差。
流体静力学平衡
如前所述，作用在气柱薄片上的力可用式1计算。
同样，力由下式给出:
G是重力加速度，m是质量。
气柱的质量可由:
为空气密度，A为空气切片面积，z为切片厚度。
在空气中，当压力梯度力与重力平衡时，情况会上升;这种状态称为静水平衡态。利用公式1,3,4，流体静力平衡可以数学表示为:
流体静力平衡描述流体中向上的压力和向下的重力之间的平衡。在静压条件下，流体中的力平衡是静止的。通常，在数学表达式中加入负号表示压力随高度的下降。
流体静力平衡与浮力
浮体或沉体在流体中的稳定性是以流体静力平衡条件为基础的。当一个物体完全或部分浸入液体中时，静水压力施加在与液体接触的物体的所有表面上。物体两侧的力大小相等，方向相反，通常互相抵消。当压力随深度增加时，水下物体底部表面的静水力大于顶部的静水力。没有抵消的流体静力把身体往下推。这种不相等的力导致作用在物体上的向上的流体静力，称为浮力。
在流体静力平衡条件下，只有两种力作用在物体上:
重力产生的重量
浮力
在流体静力平衡中，重量和浮力相等相反。
水下物体的三种平衡状态
对于水下物体的平衡条件，物体的重量应该等于浮力。根据重心和浮力中心的相对位置不同，平衡状态在以下之间不同:
稳定平衡:重量和浮力相等相反。在这种情况下，如果浮力中心位于重心之上，则处于平衡的稳定状态。
不稳定平衡:不稳定平衡的条件为:
重心应在浮力中心以上。
重量和浮力应该相等相反。
中性平衡:当浮力中心和重心在同一点时，如果重量和浮力相等且相反，则平衡状态为中性。
流体静力平衡在处理流体和浸没或漂浮在流体中的物体时很重要。通过分析作用在流体上的静水力和压力，可以克服或平衡设计上的挑战。Cadence的CFD工具套件可以帮助您分析流体与水下物体的相互作用。
订阅我们的通讯获取最新的CFD更新或浏览Cadence的套件计算流体动力学软件,包括忠诚而且忠诚点态，以了解更多关于Cadence如何为您提供解决方案的信息。