静压头

单位重量流体所具有的静压能

静压头，亦称为压力压头，乃单位重量流体所具有的静压能。静压头为pV除以流体的重量G。则得出pV/G=p/γ。p/γ在工程单位制中称为静压头或压力压头，单位为m。采用SI时，式中的相对密度γ可用ρg代替(ρ为密度，kg/m3；g为重力加速度，9.81m/s2)，故静压头亦可作p/ρg，单位亦为m。

基本介绍

相当于静压的流体柱高度。若以Hs表示静压头（m），Ps表示静压（Pa），ρ表示流体密度（kg/m3），g表示重力加速度（m/s2），则它们的相互关系可表示为：

流体的相对静压（表压）是流体绝对压力超出环境气压的部分。显然，这是流体具有的一种势能。表压越高，该流体具有对外作功的机械能（如推动活塞、克服流动的各种阻力的本领）也越大。表压为零时，该流体即不具备对外作功的能力。表压为负时，环境流体可对本系统作功，同样体现出具备一种势能。分析一下静压单位：1Pa=1N/㎡=1（N·m）/（㎡·m）=1J/m3。

可见，1Pa静压相当于该流体每立方米中具有1J的机械能。所以在流体力学中又将流体的表压称为静压头，即单位体积流体所具有的静压能。这是流体力学中常用到的一个名词和基本概念。

相关概念

流体在机械压力、摩擦力（统称表面力）或重力、离心力、惯性力（统称体积力）的作用下，内部各部分之间也将产生相应的相互作用的力，称为内力。单位截面上的内力大小称应力。

当流体静止时，所有切应力均为零，只受到与作用面垂直的法向应力。也就是指向表面的压力，称为静压力。单位表面所受静压力称为压强。

（1）静压力总是垂直作用于容器壁、不论壁的形状与方向怎样；

（2）静止流体中静压力与其作用面再空间的方位无关，只是空间坐标的函数，即任意点处静压力在各方向上均相等。

从分子运动论的角度，流体的静压可通过分子热运动强度与单位体积内分子数目表示如下：

式中，m为流体分子质量；n0为单位体积内分子数目；u为流体分子的均方根速度。

当n0增大，流体静压也相应地变大。

静压头推导

有一汽缸，内贮相对静压为h静的气体（图1）。活塞保持平衡时，其所受外压也等于h静。现由外界缓慢地向缸内注入体积为V、压力与缸内相同的气体，要使注入过程不发生能量损失、并要求缸内的温度与压力保持恒定，则活塞必然向外作等温等压膨胀，扩张的体积应刚好与外加入的体积相等。设活塞截面积为A，则向外推移距离为L=V/A。活塞克服外力所作功为W=h静×A×L（J）。

因膨胀后汽缸内气体的温度、压力保持不变，即缸内气体的能量没有变化，对外膨胀所作功必定与V体积气体注入时所作功相等。反过来也是如此，即：若不是注入而是引出同样多的气体，活塞缓慢向内移动距离L，即外界向汽缸内气体作功为h静×A×L，同样因缸内气体的能量不变，这部分功即为引出V体积气体所作功。可见，不论是注入或引出，对单位体积气体所作功都相等，即（注入或引出单位体积气体所需的功）=W/V=h静×A×L/V=h静×V/V=h静。

也就是说，单位体积气体的注入功与引出功都等于该气体的静压头。从这意义上看，静压头也就是该气体单位体积相对于周围气体所具有的静压能，其单位是Pa。与相对压力的单位完全一致。可见，对静压头既可理解为“相对压力”或“表压”，也可理解为单位体积气体相对于周围气体所具有的“静压能”。

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