液體流體力學(xué)基礎(chǔ)

1、 總目錄總目錄 下一頁上一頁結(jié)束結(jié)束 液壓傳動是以液體作為工作液壓傳動是以液體作為工作 介質(zhì)進行能量傳遞的，因而，了介質(zhì)進行能量傳遞的，因而，了 解液體的物理性質(zhì)，掌握液體在解液體的物理性質(zhì)，掌握液體在 靜止和運動過程中的基本力學(xué)規(guī)靜止和運動過程中的基本力學(xué)規(guī) 律，對于正確理解液壓傳動的基律，對于正確理解液壓傳動的基 本原理，合理設(shè)計和使用液壓系本原理，合理設(shè)計和使用液壓系 統(tǒng)都非常必要。統(tǒng)都非常必要。 總目錄總目錄 返回本章返回本章 下一頁上一頁結(jié)束結(jié)束 教學(xué)要求教學(xué)要求 液壓傳動是以液體作為工作介質(zhì)進行能量的傳遞。液壓傳動是以液體作為工作介質(zhì)進行能量的傳遞。 1 1、了解液體的物理性質(zhì)，靜

2、壓特性、方程、傳遞、了解液體的物理性質(zhì)，靜壓特性、方程、傳遞 規(guī)律，掌握液體在靜止和運動過程中的基本力學(xué)規(guī)規(guī)律，掌握液體在靜止和運動過程中的基本力學(xué)規(guī) 律，掌握靜力學(xué)基本方程、壓力表達式和結(jié)論律，掌握靜力學(xué)基本方程、壓力表達式和結(jié)論 ； 2 2、了解流動液體特性、傳遞規(guī)律，掌握動力學(xué)三、了解流動液體特性、傳遞規(guī)律，掌握動力學(xué)三 大方程、流量和結(jié)論；大方程、流量和結(jié)論； 3 3、了解流量公式、特點、兩種現(xiàn)象產(chǎn)生原因，掌、了解流量公式、特點、兩種現(xiàn)象產(chǎn)生原因，掌 握薄壁孔流量公式及通用方程、兩種現(xiàn)象的危害及握薄壁孔流量公式及通用方程、兩種現(xiàn)象的危害及 消除。消除。 總目錄總目錄 返回本章返回本章

3、下一頁上一頁結(jié)束結(jié)束 重點、難點重點、難點 液壓油的粘性和粘度液壓油的粘性和粘度 粘溫特性粘溫特性 靜壓特性靜壓特性 壓力形成壓力形成 靜力學(xué)基本方程靜力學(xué)基本方程 流量與流速的關(guān)系，三大方程的流量與流速的關(guān)系，三大方程的 形式及物理意義形式及物理意義 總目錄總目錄 返回本章返回本章 下一頁上一頁結(jié)束結(jié)束 本章目錄本章目錄 第一節(jié)第一節(jié) 液體的物理性質(zhì)液體的物理性質(zhì) 第二節(jié)第二節(jié) 流體靜力學(xué)基礎(chǔ)流體靜力學(xué)基礎(chǔ) 第三節(jié)第三節(jié) 流體動力學(xué)基礎(chǔ)流體動力學(xué)基礎(chǔ) 第四節(jié)第四節(jié) 液體流動時的液力損失液體流動時的液力損失 第五節(jié)第五節(jié) 液體流經(jīng)小孔和縫隙的流量液體流經(jīng)小孔和縫隙的流量 第六節(jié)第六節(jié) 液壓沖擊

4、和空穴現(xiàn)象液壓沖擊和空穴現(xiàn)象 總目錄總目錄 返回本章返回本章 返回本節(jié)下一頁上一頁結(jié)束結(jié)束 第一節(jié)第一節(jié) 液體的物理性質(zhì)液體的物理性質(zhì) 流體的密度和重度流體的密度和重度 液體的可壓縮性液體的可壓縮性 液體的粘性和粘度液體的粘性和粘度 液壓油的類型和選用液壓油的類型和選用 液壓油的污染和控制液壓油的污染和控制 液壓油的要求液壓油的要求 主要內(nèi)容：主要內(nèi)容： 液體流體力學(xué)基礎(chǔ) 總目錄總目錄 返回本章返回本章 返回本節(jié)下一頁上一頁結(jié)束結(jié)束 流體的密度和重度流體的密度和重度 液體的密度液體的密度 V M 液壓油的密度為900kg/m3 n液體的重度液體的重度 V G 液壓油的重度為液壓油的重度為880

5、0N/m8800N/m3 3 n重度與密度的關(guān)系重度與密度的關(guān)系 g 液體流體力學(xué)基礎(chǔ) 總目錄總目錄 返回本章返回本章 返回本節(jié)下一頁上一頁結(jié)束結(jié)束 液體的可壓縮性液體的可壓縮性 液體的彈性模量液體的彈性模量K K ll p lAlA AF VV p K / / / l液體產(chǎn)生單位體積相對壓縮量所需的壓力增量液體產(chǎn)生單位體積相對壓縮量所需的壓力增量 l液壓油彈性模量為液壓油彈性模量為K K=(1.42.0)X10=(1.42.0)X109 9PaPa l等效（常用）彈性模量為等效（常用）彈性模量為K K=(1.42.0)X10=(1.42.0)X109 9PaPa 液體流體力學(xué)基礎(chǔ) 總目錄總目

6、錄 返回本章返回本章 返回本節(jié)下一頁上一頁結(jié)束結(jié)束 液體的粘性和粘度液體的粘性和粘度 液體的粘性液體的粘性 y u AF d d 液體在外力作用下流動液體在外力作用下流動 時，液體分子間的內(nèi)聚力時，液體分子間的內(nèi)聚力 （內(nèi)摩擦力）阻礙其相對運（內(nèi)摩擦力）阻礙其相對運 動的性質(zhì)動的性質(zhì) y u d d 內(nèi)摩擦力內(nèi)摩擦力 內(nèi)摩擦應(yīng)力內(nèi)摩擦應(yīng)力 牛頓液體內(nèi)摩擦定律牛頓液體內(nèi)摩擦定律 液體流體力學(xué)基礎(chǔ) 總目錄總目錄 返回本章返回本章 返回本節(jié)下一頁上一頁結(jié)束結(jié)束 液體的粘度液體的粘度 度量液體粘性大小的物理量度量液體粘性大小的物理量 l動力粘度動力粘度 單位速度梯度上的內(nèi)摩擦單位速度梯度上的內(nèi)摩擦 力

7、力; ;是表征液體粘性的內(nèi)摩擦是表征液體粘性的內(nèi)摩擦 系數(shù)系數(shù) 。 PaSPaS單位： /dydu = 運動粘度運動粘度 動力粘度與密度之比值，沒動力粘度與密度之比值，沒 有明確的物理意義有明確的物理意義, ,但是工程實但是工程實 際中常用的物理量。際中常用的物理量。 = cStcSt單位：單位：m m2 2/s/s, , cStcSt 6 6 1010 1 1 = =s s 2 2 / /m m 液體流體力學(xué)基礎(chǔ) 總目錄總目錄 返回本章返回本章 返回本節(jié)下一頁上一頁結(jié)束結(jié)束 對同一種介質(zhì)，其運動粘度新舊牌號對比如下表所對同一種介質(zhì)，其運動粘度新舊牌號對比如下表所 示：示： 新新 N7 N10

8、 N15 N20 N32 N46 N65 N100 N150 舊舊 5710152030406080 一般地，同一種介質(zhì)比較大小時常用運動粘度一般地，同一種介質(zhì)比較大小時常用運動粘度,不是不是 同一種介質(zhì)比較大小時一般用動力粘度。同一種介質(zhì)比較大小時一般用動力粘度。 液體流體力學(xué)基礎(chǔ) 總目錄總目錄 返回本章返回本章 返回本節(jié)下一頁上一頁結(jié)束結(jié)束 相對粘度相對粘度 雷式粘度雷式粘度R英國、歐洲英國、歐洲 賽式粘度賽式粘度SSU美國美國 恩式粘度恩式粘度o oE俄國、德國、中國俄國、德國、中國 單位：無量綱 t2 o E 200ml 200ml 溫度為溫度為T T 的被測液體的被測液體, ,流經(jīng)恩

9、氏粘度計小流經(jīng)恩氏粘度計小 孔（孔（2.8mm2.8mm）所用時間）所用時間t t1 1，與同體積與同體積2020攝氏度攝氏度 的水通過小孔所用時間的水通過小孔所用時間t t2 2之比。之比。 t1 液體流體力學(xué)基礎(chǔ) 總目錄總目錄 返回本章返回本章 返回本節(jié)下一頁上一頁結(jié)束結(jié)束 液體流體力學(xué)基礎(chǔ) 總目錄總目錄 返回本章返回本章 返回本節(jié)下一頁上一頁結(jié)束結(jié)束 液體流體力學(xué)基礎(chǔ) 總目錄總目錄 返回本章返回本章 返回本節(jié)下一頁上一頁結(jié)束結(jié)束 . l 恩氏粘度與運動粘度關(guān)系：恩氏粘度與運動粘度關(guān)系： 6 10 31.6 31.7 E E l 影響粘度的因素影響粘度的因素 l 調(diào)和油的粘度調(diào)和油的粘度

10、新油摻配后組成（和由EbaEbEa EE EEcbEaE E )% )( 100 )( 21 21 2121 粘度隨著溫度升高而顯著下降（粘溫特性）粘度隨著溫度升高而顯著下降（粘溫特性） 粘度隨壓力升高而變大（粘壓特性）粘度隨壓力升高而變大（粘壓特性） 溫度、壓力溫度、壓力 液體流體力學(xué)基礎(chǔ) 總目錄總目錄 返回本章返回本章 返回本節(jié)下一頁上一頁結(jié)束結(jié)束 液壓油的要求液壓油的要求 對液壓油液的要求對液壓油液的要求 粘溫特性好粘溫特性好 有良好的潤滑性有良好的潤滑性 成分要純凈成分要純凈 有良好的化學(xué)穩(wěn)定性有良好的化學(xué)穩(wěn)定性 抗泡沫性和抗乳化性好抗泡沫性和抗乳化性好 材料相容性好材料相容性好 無毒

11、，價格便宜無毒，價格便宜 液體流體力學(xué)基礎(chǔ) 總目錄總目錄 返回本章返回本章 返回本節(jié)下一頁上一頁結(jié)束結(jié)束 液壓油的類型和選用液壓油的類型和選用 l液壓油的類型液壓油的類型 石油型液壓油石油型液壓油 合成型液壓油合成型液壓油 乳化型液壓油乳化型液壓油 l液壓油的選用液壓油的選用 合適的類型（油型）合適的類型（油型） 適當?shù)恼扯龋ㄓ吞枺┻m當?shù)恼扯龋ㄓ吞枺?（參見教材中表（參見教材中表2-22-2油的類型及指標）油的類型及指標） 液壓系統(tǒng)的工作壓力液壓系統(tǒng)的工作壓力壓力高，壓力高， 要選擇粘度較大的液壓油液要選擇粘度較大的液壓油液 環(huán)境溫度環(huán)境溫度溫度高，選用粘度較溫度高，選用粘度較 大的液壓油。大

12、的液壓油。 運動速度運動速度速度高，選用粘度速度高，選用粘度 較低的液壓油。較低的液壓油。 液壓泵的類型液壓泵的類型各類泵適用的各類泵適用的 粘度范圍見教材中表粘度范圍見教材中表2-32-3。 環(huán)境因素環(huán)境因素 運動性能運動性能 設(shè)備種類設(shè)備種類 液體流體力學(xué)基礎(chǔ) 總目錄總目錄 返回本章返回本章 返回本節(jié)下一頁上一頁結(jié)束結(jié)束 液壓油的污染及控制液壓油的污染及控制 l 液壓油污染的危害液壓油污染的危害造成系統(tǒng)故障造成系統(tǒng)故障 降低元件壽命降低元件壽命 使液壓油變質(zhì)使液壓油變質(zhì) 影響工作性能影響工作性能 l 液壓油的污染源液壓油的污染源系統(tǒng)殘留物系統(tǒng)殘留物 外界侵入物外界侵入物 內(nèi)部生成物內(nèi)部生成

13、物 l 污染的控制污染的控制徹底清洗系統(tǒng)徹底清洗系統(tǒng) 保持系統(tǒng)清潔保持系統(tǒng)清潔 定期清除污物定期清除污物 定期換油定期換油 液體流體力學(xué)基礎(chǔ) 總目錄總目錄 返回本章返回本章 返回本節(jié)下一頁上一頁結(jié)束結(jié)束 第二節(jié)第二節(jié) 液體靜力學(xué)基礎(chǔ)液體靜力學(xué)基礎(chǔ) n 壓力的概念壓力的概念 n 壓力的分布壓力的分布 n 壓力的表示壓力的表示 n 壓力的傳遞壓力的傳遞 n 壓力的計算壓力的計算 總目錄總目錄 返回本章返回本章 返回本節(jié)下一頁上一頁結(jié)束結(jié)束 壓力的概念壓力的概念 A F p A lim 0 靜止液體在單位面積上所受的法向力稱為靜壓力。靜止液體在單位面積上所受的法向力稱為靜壓力。 （A0） 若在液體的

14、面積若在液體的面積A A上所上所 受的作用力受的作用力F F 為均勻分布為均勻分布 時，靜壓力可表示為：時，靜壓力可表示為： p p = = F F / / A A 液體靜壓力在物理學(xué)上液體靜壓力在物理學(xué)上 稱為壓強，工程實際應(yīng)用稱為壓強，工程實際應(yīng)用 中習(xí)慣稱為壓力。中習(xí)慣稱為壓力。 液體靜壓力的特性：液體靜壓力的特性： 液體靜壓力垂直液體靜壓力垂直 于承壓面，方向為于承壓面，方向為 該面內(nèi)法線方向。該面內(nèi)法線方向。 液體內(nèi)任一點液體內(nèi)任一點 所受的靜壓力在各所受的靜壓力在各 個方向上都相等。個方向上都相等。 總目錄總目錄 返回本章返回本章 返回本節(jié)下一頁上一頁結(jié)束結(jié)束 壓力的分布壓力的分布

15、 )(AghApAp o （壓力隨深（壓力隨深 度線性增加；度線性增加； 等深等壓。）等深等壓。） 靜壓力基本方程式靜壓力基本方程式 p p =p p0 0+ +ghgh 重力作用下靜止液體壓力分布特征：重力作用下靜止液體壓力分布特征： 壓力由兩部分組成：液面壓力壓力由兩部分組成：液面壓力p p0 0，自重形成的壓力，自重形成的壓力ghgh； 液體內(nèi)的壓力與液體深度成正比；液體內(nèi)的壓力與液體深度成正比； 離液面深度相同處各點的壓力相等，壓力相等的所有點組成離液面深度相同處各點的壓力相等，壓力相等的所有點組成 等壓面，重力作用下靜止液體的等壓面為水平面；等壓面，重力作用下靜止液體的等壓面為水平面

16、； 靜止液體中任一質(zhì)點的總能量靜止液體中任一質(zhì)點的總能量p/gp/g+ +h h 保持不變，即能量守保持不變，即能量守 恒。恒。 總目錄總目錄 返回本章返回本章 返回本節(jié)下一頁上一頁結(jié)束結(jié)束 壓力的表示壓力的表示 1 1）按測量方式表示）按測量方式表示 水柱高度（水柱高度（m) )、水銀柱高度、水銀柱高度 （mm) ) 單位面積受力值（帕單位面積受力值（帕Pa、兆帕、兆帕 MPa、工程大氣壓、工程大氣壓atat） 2 2）按測量基準不同表示）按測量基準不同表示 p pp pa a p p表壓 表壓= =p p相對 相對= = p p絕對 絕對 p pa a p pp pa a p p真空度=

17、p p相對=p pa p p絕對絕對 總目錄總目錄 返回本章返回本章 返回本節(jié)下一頁上一頁結(jié)束結(jié)束 例2-1 圖2-3所示的容器內(nèi)充有油液。已知油液的密度 900kg/m3，活 塞上受到的重物作用力W10000N ，活塞直徑d ，忽略活塞的重 量，比較活塞下方深度h1 = 1m和h2處的壓力。 w 2 a1 b2 1wa 2wb 318310 Pa (0.2) 4 Pa (3183108820)Pa (318310882)Pa 10000 9009.8 18820 9009.80.1882Pa 327130Pa 319192Pa W p A g g ph ph ppp ppp 圖2-3 液體內(nèi)

18、壓力計算圖 結(jié)論：當外加在液體上的力比液體重力作用所產(chǎn)生的壓力大結(jié)論：當外加在液體上的力比液體重力作用所產(chǎn)生的壓力大 很多時，重力的作用可以忽略不計很多時，重力的作用可以忽略不計 總目錄總目錄 返回本章返回本章 返回本節(jié)下一頁上一頁結(jié)束結(jié)束 第一節(jié) 靜止液體力學(xué) 總目錄總目錄 返回本章返回本章 返回本節(jié)下一頁上一頁結(jié)束結(jié)束 壓力的傳遞壓力的傳遞 靜止液體靜止液體密閉容器內(nèi)壓力等值傳遞。密閉容器內(nèi)壓力等值傳遞。 流動液體流動液體壓力傳遞時考慮壓力損失。壓力傳遞時考慮壓力損失。 例例 已知：已知：=900kg/m=900kg/m2 2 F F=10001000NN, A, A=1X101X10-3

19、 -3m m2 2 求：在 求：在h h=m=m 處處p p=?=? 解解 表面壓力：表面壓力： p p0 0=F/AF/A=1000/1x101000/1x10-3 -3= =10106 6 N/m N/m2 2 h h處的壓力： 處的壓力： p p=p p0 0+ +ghgh=10106 6 Pa Pa 帕斯卡原理帕斯卡原理 總目錄總目錄 返回本章返回本章 返回本節(jié)下一頁上一頁結(jié)束結(jié)束 帕斯卡原理帕斯卡原理 在密閉容器內(nèi)，施加于靜止液體的在密閉容器內(nèi)，施加于靜止液體的 壓力可以等值地傳遞到液體各點。壓力可以等值地傳遞到液體各點。 這就是帕斯卡原理，也稱為靜壓傳這就是帕斯卡原理，也稱為靜壓傳

20、 遞原理。遞原理。圖示是應(yīng)用帕斯卡原理的圖示是應(yīng)用帕斯卡原理的 實例，作用在大活塞上的負載實例，作用在大活塞上的負載F1形形 成液體壓力成液體壓力p= F1/A1 。 。為防止大活塞 為防止大活塞 下降，在小活塞上應(yīng)施加的力下降，在小活塞上應(yīng)施加的力 F2= pA2= F1A2/A1。 。由此可得： 由此可得： 液壓傳動可使力放大，可使力縮液壓傳動可使力放大，可使力縮 小，也可以改變力的方向。小，也可以改變力的方向。 液體內(nèi)的壓力是由負載決定的。液體內(nèi)的壓力是由負載決定的。 總目錄總目錄 返回本章返回本章 返回本節(jié)下一頁上一頁結(jié)束結(jié)束 帕斯卡原理應(yīng)用帕斯卡原理應(yīng)用 已知：D=100mm, d=

21、20mm, G=5000kg 求： F=？ G=mg=50005000kgxm/s2 =49000 =49000N 由p1=p2 則F/ /(d2/4/4)=G/（D2/4/4) F=(d2/ /D2)G =(20=(202 2/100/1002 2)49000=1960N)49000=1960N 總目錄總目錄 返回本章返回本章 返回本節(jié)下一頁上一頁結(jié)束結(jié)束 壓力的計算壓力的計算 液體和固體壁面接觸時，固液體和固體壁面接觸時，固 體壁面將受到液體靜壓力的作體壁面將受到液體靜壓力的作 用。用。 X xx pAplr plr FF 2 dcos d 2/ 2/ 2/ 2/ F=pAx 當固體壁面為

22、平面時，液體當固體壁面為平面時，液體 壓力在該平面的總作用力壓力在該平面的總作用力 F F = = p Ap A ，方向垂直于該平面。，方向垂直于該平面。 當固體壁面為曲面時，液體當固體壁面為曲面時，液體 壓力在曲面某方向上的總作用壓力在曲面某方向上的總作用 力力 F F = = p Ap Ax x ， A Ax x 為曲面在該為曲面在該 方向的投影面積。方向的投影面積。 總目錄總目錄 返回本章返回本章 返回本節(jié)下一頁上一頁結(jié)束結(jié)束 第三節(jié)第三節(jié) 液體動力學(xué)基礎(chǔ)液體動力學(xué)基礎(chǔ) 液體的流態(tài)與流速液體的流態(tài)與流速 流體的動量方程流體的動量方程 流體的伯努利方程流體的伯努利方程 流體的連續(xù)方程流體的

23、連續(xù)方程 流體動力學(xué)主要研究液體流動時流速和壓力的變化流體動力學(xué)主要研究液體流動時流速和壓力的變化 規(guī)律。流動液體的連續(xù)性方程、伯努利方程、動量方規(guī)律。流動液體的連續(xù)性方程、伯努利方程、動量方 程是描述流動液體力學(xué)規(guī)律的三個基本方程式。前兩程是描述流動液體力學(xué)規(guī)律的三個基本方程式。前兩 個方程反映了液體的壓力、流速與流量之間的關(guān)系，個方程反映了液體的壓力、流速與流量之間的關(guān)系， 動量方程用來解決流動液體與固體壁面間的作用力問動量方程用來解決流動液體與固體壁面間的作用力問 題。主要內(nèi)容：題。主要內(nèi)容： 液體流體力學(xué)基礎(chǔ) 總目錄總目錄 返回本章返回本章 返回本節(jié)下一頁上一頁結(jié)束結(jié)束 液體的流態(tài)和流

24、速液體的流態(tài)和流速 1. 1.理想液體、穩(wěn)定流動理想液體、穩(wěn)定流動 理想液體：理想液體：假設(shè)的既無粘性又不可壓縮的流假設(shè)的既無粘性又不可壓縮的流 體稱為理想流體。體稱為理想流體。 實際液體：有粘度、可壓縮的液體實際液體：有粘度、可壓縮的液體 穩(wěn)定流動：穩(wěn)定流動：液體流動時，液體中任一點處的液體流動時，液體中任一點處的 壓力、速度和密度都不隨時間而變化的流動，壓力、速度和密度都不隨時間而變化的流動， 稱為定常流動或非時變流動。（實驗）稱為定常流動或非時變流動。（實驗） 非穩(wěn)定流動：非穩(wěn)定流動： 壓力、速度、密度隨時間變化壓力、速度、密度隨時間變化 的流動。的流動。 液體流體力學(xué)基礎(chǔ) 總目錄總目錄

25、 返回本章返回本章 返回本節(jié)下一頁上一頁結(jié)束結(jié)束 實驗實驗 液體流體力學(xué)基礎(chǔ) 總目錄總目錄 返回本章返回本章 返回本節(jié)下一頁上一頁結(jié)束結(jié)束 2.2.跡線、流線、流束、流管、通流截面：跡線、流線、流束、流管、通流截面： 跡線：液流中某一質(zhì)點運動過程中所劃過的空間軌跡線：液流中某一質(zhì)點運動過程中所劃過的空間軌 跡。跡。 流線：液流中各質(zhì)點的速度方向相切的曲線。流線：液流中各質(zhì)點的速度方向相切的曲線。 流束：許多流線組成的一束曲線。流束：許多流線組成的一束曲線。 流管：通過一條封閉曲線的密集流線束。流管：通過一條封閉曲線的密集流線束。 通流截面：通流截面：垂直于流動方向的截面，也稱為過流截垂直于流動

26、方向的截面，也稱為過流截 面。面。 液體流體力學(xué)基礎(chǔ) 總目錄總目錄 返回本章返回本章 返回本節(jié)下一頁上一頁結(jié)束結(jié)束 3.流速、流量 流量：單位時間內(nèi)流經(jīng)某通流截面流體的體積，流量 以q表示，單位為 m3 / s 或 L/min。 流速：流體質(zhì)點單位時間內(nèi)流過的距離，實際流體內(nèi) 各質(zhì)點流速不等。 平均流速：通過流體某截面流速的平均值。 A Auqd A q A Au v d A q v 液體流體力學(xué)基礎(chǔ) 總目錄總目錄 返回本章返回本章 返回本節(jié)下一頁上一頁結(jié)束結(jié)束 1 1）實驗）實驗 2 2）流態(tài)）流態(tài) 層流：層流： 分層、穩(wěn)定、分層、穩(wěn)定、 無橫向流動。無橫向流動。 湍流：不分層、不穩(wěn)定、有橫

27、向流動。湍流：不分層、不穩(wěn)定、有橫向流動。 3 3）判定流態(tài)）判定流態(tài) 雷諾數(shù)雷諾數(shù)ReRe 臨界雷諾數(shù)臨界雷諾數(shù)ReRec c 判定方法判定方法 Re Re ReRec c湍流湍流 4 4、液體的流態(tài)、液體的流態(tài) vd Re 液體流體力學(xué)基礎(chǔ) 總目錄總目錄 返回本章返回本章 返回本節(jié)下一頁上一頁結(jié)束結(jié)束 vd Re 物理意義物理意義 ReRe無量綱 非圓管截面非圓管截面 e Rv R 液體流體力學(xué)基礎(chǔ) 總目錄總目錄 返回本章返回本章 返回本節(jié)下一頁上一頁結(jié)束結(jié)束 液體在管內(nèi)作恒定流動，液體在管內(nèi)作恒定流動， 任取任取1 1、2 2兩個通流截面，兩個通流截面， 根據(jù)質(zhì)量守恒定律，在單根據(jù)質(zhì)量守

28、恒定律，在單 位時間內(nèi)流過兩個截面的位時間內(nèi)流過兩個截面的 液體流量相等，即：液體流量相等，即： 流體的連續(xù)方程流體的連續(xù)方程 依據(jù)：質(zhì)量守恒定律依據(jù)：質(zhì)量守恒定律 結(jié)論：流量連續(xù)性方程說明了恒定流動中流過各截面結(jié)論：流量連續(xù)性方程說明了恒定流動中流過各截面 的不可壓縮流體的流量是不變的。因而流速與通流截的不可壓縮流體的流量是不變的。因而流速與通流截 面的面積成反比。面的面積成反比。 1 1v v1 1 A A1 1 = = 2 2v v2 2 A A2 2 不考慮液體的壓縮性，則得不考慮液體的壓縮性，則得 q q = =v Av A = =常量常量 液體流體力學(xué)基礎(chǔ) 總目錄總目錄 返回本章返

29、回本章 返回本節(jié)下一頁上一頁結(jié)束結(jié)束 流體的伯努利方程流體的伯努利方程 1 1、 理想液體微小流束伯努利方程理想液體微小流束伯努利方程 假設(shè)：理想液體作恒定流動假設(shè)：理想液體作恒定流動 依據(jù)：能量守恒定律依據(jù)：能量守恒定律 推導(dǎo)：研究流束段推導(dǎo)：研究流束段abab在時間在時間d dt t內(nèi)流到內(nèi)流到abab 外力對流束段外力對流束段abab所做的功所做的功W 流束段流束段aa-bbaa-bb能量的變化能量的變化E E 動能 位能 外力做功外力做功=能量變化能量變化W=E E gg 2 2 2 21 2 1 h 2 u p h 2 u p 1 )pt(pqW quAuA tuAptuApsAps

30、ApW 212211 22221111222111 dd dd而d dddddddd thqthqE 2 u tq 2 u tqE 122 2 1 2 2 1 dgddgd dddd 所以所以 液體流體力學(xué)基礎(chǔ) 總目錄總目錄 返回本章返回本章 返回本節(jié)下一頁上一頁結(jié)束結(jié)束 2 2、實際液體伯努利方程、實際液體伯努利方程 pghpghp vv 2 2 222 2 1 111 2 1 2 1 實際液體：實際液體： 有粘性、可壓縮、有粘性、可壓縮、 非穩(wěn)定流動。非穩(wěn)定流動。 速度修正速度修正: : 動能修正系數(shù)動能修正系數(shù) 平均流速代替實際流速，考慮能量損失平均流速代替實際流速，考慮能量損失h hw

31、w ghgh p gh u p w u 2 2 2 2 2 1 1 1 22 2 1 液體流體力學(xué)基礎(chǔ) 總目錄總目錄 返回本章返回本章 返回本節(jié)下一頁上一頁結(jié)束結(jié)束 m2v2 動量方程動量方程 )(1122vvqF 依據(jù)：動量定理依據(jù)：動量定理 m1v1 F t 12 12 1122 vvq vv t V V m t vmvm F 1 12 2- -動量修正系數(shù)，湍流動量修正系數(shù)，湍流=1=1，層流，層流=4/3=4/3 t (mv) F d d 用來計算流動液體作用在限制用來計算流動液體作用在限制 其流動的固體壁面上的總作用力。其流動的固體壁面上的總作用力。 推導(dǎo)：推導(dǎo)： 液體流體力學(xué)基礎(chǔ)

32、總目錄總目錄 返回本章返回本章 返回本節(jié)下一頁上一頁結(jié)束結(jié)束 例題：閥芯打開時受力分析例題：閥芯打開時受力分析 1. 1.液體受力液體受力 F Fx x=q(q(2 2v v2 2coscos90901 1v v1 1coscos) ) 取取1 1=1=1 則則 F Fx x=qq1 1v v1 1coscos 2 2.閥芯受力閥芯受力 F Fx x=F Fx x=qq1 1v v1 1coscos 指向使閥芯關(guān)閉的方向指向使閥芯關(guān)閉的方向 液體流體力學(xué)基礎(chǔ) 總目錄總目錄 返回本章返回本章 返回本節(jié)下一頁上一頁結(jié)束結(jié)束 第四節(jié)第四節(jié) 液體流動時的壓力損失液體流動時的壓力損失 由于流動液體具有粘

33、性，以及流動時突然轉(zhuǎn)彎或由于流動液體具有粘性，以及流動時突然轉(zhuǎn)彎或 通過閥口會產(chǎn)生撞擊和旋渦，因此液體流動時必然通過閥口會產(chǎn)生撞擊和旋渦，因此液體流動時必然 會產(chǎn)生阻力。為了克服阻力，流動液體會損耗一部會產(chǎn)生阻力。為了克服阻力，流動液體會損耗一部 分能量，這種能量損失可用液體的壓力損失來表示。分能量，這種能量損失可用液體的壓力損失來表示。 壓力損失即是伯努利方程中的壓力損失即是伯努利方程中的h hw w項。 項。 壓力損失由沿程壓力損失和局部壓力損失兩部壓力損失由沿程壓力損失和局部壓力損失兩部 分組成。液流在管道中流動時的壓力損失和液流運分組成。液流在管道中流動時的壓力損失和液流運 動狀態(tài)有關(guān)

34、。動狀態(tài)有關(guān)。 流態(tài)、雷諾數(shù)流態(tài)、雷諾數(shù) 沿程壓力損失沿程壓力損失 局部壓力損失局部壓力損失 總壓力損失總壓力損失 總目錄總目錄 返回本章返回本章 返回本節(jié)下一頁上一頁結(jié)束結(jié)束 1）實驗）實驗 2）流態(tài)）流態(tài) 層流：層流： 分層、穩(wěn)定、分層、穩(wěn)定、 無橫向流動。無橫向流動。 湍流：不分層、不穩(wěn)定、有橫向流動。湍流：不分層、不穩(wěn)定、有橫向流動。 3）判定流態(tài)）判定流態(tài) 雷諾數(shù)雷諾數(shù)Re 臨界雷諾數(shù)臨界雷諾數(shù)Recr 判定方法判定方法 Re Recr湍流湍流 vd Re 總目錄總目錄 返回本章返回本章 返回本節(jié)下一頁上一頁結(jié)束結(jié)束 流態(tài)，雷諾數(shù)流態(tài)，雷諾數(shù) n雷諾實驗裝置雷諾實驗裝置 總目錄總目錄

35、 返回本章返回本章 返回本節(jié)下一頁上一頁結(jié)束結(jié)束 實驗裝置實驗裝置 通過實驗發(fā)現(xiàn)液體在管道中流動時存通過實驗發(fā)現(xiàn)液體在管道中流動時存 在兩種流動狀態(tài)：在兩種流動狀態(tài)： 層流層流粘性力起主導(dǎo)作用粘性力起主導(dǎo)作用 湍流湍流慣性力起主導(dǎo)作用慣性力起主導(dǎo)作用 液體的流動狀態(tài)用雷諾數(shù)判斷。液體的流動狀態(tài)用雷諾數(shù)判斷。 如果液流的雷諾數(shù)相同，它的流動狀態(tài)如果液流的雷諾數(shù)相同，它的流動狀態(tài) 也相同。也相同。 一般以液體由紊流轉(zhuǎn)變?yōu)閷恿鞯睦字Z一般以液體由紊流轉(zhuǎn)變?yōu)閷恿鞯睦字Z 數(shù)作為判斷液體流態(tài)的依據(jù)，稱為臨界數(shù)作為判斷液體流態(tài)的依據(jù)，稱為臨界 雷諾數(shù)，記為雷諾數(shù)，記為ReRecr cr。 當當ReReReRe

36、cr cr為層流；為層流；ReReReRecr cr為湍流。為湍流。 總目錄總目錄 返回本章返回本章 返回本節(jié)下一頁上一頁結(jié)束結(jié)束 由牛頓內(nèi)摩擦定律 由液柱受力平衡 t u 2 r u AF d d r d d Frpp 2 21 22 max 22 r R d 16 p R 4 p u0r )r(R 4 p rr 2 p u rr 2 p u l l 時 l d l d l d則 沿程壓力損失沿程壓力損失 液體在等直徑管中流動時因摩擦而產(chǎn)生的損失，液體在等直徑管中流動時因摩擦而產(chǎn)生的損失， 稱為沿程壓力損失。因液體的流動狀態(tài)不同沿程壓力稱為沿程壓力損失。因液體的流動狀態(tài)不同沿程壓力 損失的計

37、算有所區(qū)別。損失的計算有所區(qū)別。 總目錄總目錄 返回本章返回本章 返回本節(jié)下一頁上一頁結(jié)束結(jié)束 . p l32 d p l128 d /4d 1 A q v p l128 d R l8 p r)rr(R l4 p 2q r)rr(R l4 p 2rdru2Auq 24 2 4 4 R 0 22 22 流速 d d d流量d 22/ 6432 22 2 v d lv d l dd lv p 總目錄總目錄 返回本章返回本章 返回本節(jié)下一頁上一頁結(jié)束結(jié)束 對于層流對于層流 理論值理論值=64/=64/ReRe；金屬管；金屬管=75/=75/ReRe; ; 橡膠管橡膠管=80/=80/ReRe 對于湍

38、流對于湍流 光滑管光滑管ReRe 粗糙管局 粗糙管局ReRe和和/d d從手冊上查取從手冊上查取 2 2 v d l p 總目錄總目錄 返回本章返回本章 返回本節(jié)下一頁上一頁結(jié)束結(jié)束 液體流經(jīng)管道的彎頭、接頭、閥口等處時，液體流經(jīng)管道的彎頭、接頭、閥口等處時， 液體流速的大小和方向發(fā)生變化，會產(chǎn)生漩液體流速的大小和方向發(fā)生變化，會產(chǎn)生漩 渦并發(fā)生紊動現(xiàn)象，由此造成的壓力損失稱渦并發(fā)生紊動現(xiàn)象，由此造成的壓力損失稱 為局部壓力損失。為局部壓力損失。 p= v 2 / 2 為局部阻力系數(shù)，其數(shù)值可查有關(guān)手冊。為局部阻力系數(shù)，其數(shù)值可查有關(guān)手冊。 液流流過各種閥的局部壓力損失可由閥在額液流流過各種閥

39、的局部壓力損失可由閥在額 定壓力下的壓力損失定壓力下的壓力損失p pn n來換算：來換算： pv= pn（q / qn ）2 局部壓力損失局部壓力損失 總目錄總目錄 返回本章返回本章 返回本節(jié)下一頁上一頁結(jié)束結(jié)束 總壓力損失總壓力損失 整個液壓系統(tǒng)的總壓力損失，應(yīng)為所有沿程整個液壓系統(tǒng)的總壓力損失，應(yīng)為所有沿程 壓力損失和所有的局部壓力損失之和壓力損失和所有的局部壓力損失之和（通過所有（通過所有 閥、直管、彎管所產(chǎn)生的壓力損失之和）。閥、直管、彎管所產(chǎn)生的壓力損失之和）。 v pppp 2 2 v d l 2 2 v 2 n n q q p + + 總目錄總目錄 返回本章返回本章 返回本節(jié)下一

40、頁上一頁結(jié)束結(jié)束 第五節(jié)第五節(jié) 液體流經(jīng)小孔和縫隙的流量液體流經(jīng)小孔和縫隙的流量 小孔：薄壁孔薄壁孔( (l/dl/d0.5) 0.5) 細長孔細長孔 ( (l/dl/d44） 短孔（短孔（0.50.5l/dl/d44) ( (l/dl/d0.5)0.5) 水平放置水平放置 h h1 1=h h2 2 ; ;管徑變化大管徑變化大 v v1 110 10 5 5時，可以認為是不變的常數(shù)，計算時按時，可以認為是不變的常數(shù)，計算時按C Cq q=選取；不選取；不 完全收縮完全收縮( (d d1 1/ /d d7)7)，C Cq q=0.70.8=0.70.8。 薄壁小孔因沿程阻力損失小，薄壁小孔因沿

41、程阻力損失小，流量流量對油溫變化不敏感，因此多對油溫變化不敏感，因此多 被用作調(diào)節(jié)流量的節(jié)流器。被用作調(diào)節(jié)流量的節(jié)流器。 1 1 2 T CVq A A CCC plA3 128 pd q T 4 2 l (l/d4） 液流經(jīng)過細長孔的流量和孔前后壓差成正比，和液體粘液流經(jīng)過細長孔的流量和孔前后壓差成正比，和液體粘 度成反比，流量受液體溫度影響較大。度成反比，流量受液體溫度影響較大。 液體流體力學(xué)基礎(chǔ) 總目錄總目錄 返回本章返回本章 返回本節(jié)下一頁上一頁結(jié)束結(jié)束 pKAqT m 細長孔細長孔 薄壁孔短孔薄壁孔短孔 l Km d 32 1 2 （0.5l/d4) P 2 CAq qT C Cq

42、q應(yīng)按曲線查得，雷諾數(shù)較大時，應(yīng)按曲線查得，雷諾數(shù)較大時， C Cq q基本穩(wěn)定在基本穩(wěn)定在 左右。短管常左右。短管常 用作固定節(jié)流器用作固定節(jié)流器 2 5 . 0CqKm 液體流體力學(xué)基礎(chǔ) 總目錄總目錄 返回本章返回本章 返回本節(jié)下一頁上一頁結(jié)束結(jié)束 p 12 b y)ydy( 2 p byubqy)y( 2 p u l p l pp x p 0;u時y；0u時0y CyCy x p 2 1 u x p 1 y u y u 而 x dp y xbyp)b(px)b(ypb 3 0 0 12 21 2 2 2 ll d l d d d d 積分后得 d d d d 因此 d d dd d 整理

43、后得 dddddd bup l b q 0 3 2 1 12 流體流過縫隙流量流體流過縫隙流量 液體流體力學(xué)基礎(chǔ) 總目錄總目錄 返回本章返回本章 返回本節(jié)下一頁上一頁結(jié)束結(jié)束 du 2 1 )1.5p(1 12 d q 0 2 3 l du 2 1 p 12 d q 0 3 l 液體流體力學(xué)基礎(chǔ) 總目錄總目錄 返回本章返回本章 返回本節(jié)下一頁上一頁結(jié)束結(jié)束 第六節(jié)、液壓沖擊與空穴現(xiàn)象第六節(jié)、液壓沖擊與空穴現(xiàn)象 一、液壓沖擊一、液壓沖擊 1 1、含義、含義：由于某種原因致使壓力突然增高的現(xiàn)象。 pmax=p+p 2 2、原因、原因： 管道閥門關(guān)閉p=cv 運動部件制動 c=900900 1400

44、m/s1400m/s 3 3、后果、后果：產(chǎn)生噪聲，影響元件和系統(tǒng)壽命。 4 4、措施、措施：延長流體換向時間；縮短管長，加大管徑 限制管道液體流速；設(shè)置緩沖元件。 tA vm p )( 1 vvcp 總目錄總目錄 返回本章返回本章 返回本節(jié)下一頁上一頁結(jié)束結(jié)束 二、空穴現(xiàn)象二、空穴現(xiàn)象 原因：因為系統(tǒng)內(nèi)某點的壓力突然降低， 致使液體中析出氣泡的現(xiàn)象。 后果：氣泡壓破產(chǎn)生噪聲， 元件表面產(chǎn)生點蝕。 措施：避免壓力突降。減小壓力降，降低吸油高度 h h，加大管徑d d，限制液體流速v v，防止空氣進入。 總目錄總目錄 返回本章返回本章 返回本節(jié)下一頁上一頁結(jié)束結(jié)束 四、動量方程四、動量方程 21

45、 2211 d d dd d VAA FVuAu A t 21 uuu 1 取控制體作為研究對象 2 經(jīng)過dt時間控制體內(nèi)液體的動量變化 3 應(yīng)用動量定理 4 動量修正系數(shù) 2 2 ddd mAA u mu u AuA mvvAvv A 5 整理后的動量方程 221 1 d d () d V Fu Vqvv t 總目錄總目錄 返回本章返回本章 返回本節(jié)下一頁上一頁結(jié)束結(jié)束 四、動量方程 6 作恒定流動的液體 7 與其接觸的固體壁面上的作用力F 221 1 ()Fqvv FF 總目錄總目錄 返回本章返回本章 返回本節(jié)下一頁上一頁結(jié)束結(jié)束 第二節(jié) 流動液體力學(xué) 總目錄總目錄 返回本章返回本章 返回

46、本節(jié)下一頁上一頁結(jié)束結(jié)束 第二節(jié) 流動液體力學(xué) 例2-8 總目錄總目錄 返回本章返回本章 返回本節(jié)下一頁上一頁結(jié)束結(jié)束 第三節(jié) 流動液體的能量損失 一、液體的流動狀態(tài)一、液體的流動狀態(tài) 1 雷諾實驗 層流 紊流 2 雷諾數(shù) vd Re 4vR Re A R 非圓截面管道 水力半徑 圓管 總目錄總目錄 返回本章返回本章 返回本節(jié)下一頁上一頁結(jié)束結(jié)束 第三節(jié) 流動液體的能量損失 二、流動液體的沿程壓力損失二、流動液體的沿程壓力損失 （一）層流流動時的運動規(guī)律和沿程壓力損失 22 12 20r pr prl 12 ppp 22 () 4 p uRr l 1 取研究對象 2 受力分析 3 應(yīng)用牛頓定理

47、 令 4 積分 dd 2 p ur r l 由液體內(nèi)摩擦定理 圖2-16 圓管中的層流 總目錄總目錄 返回本章返回本章 返回本節(jié)下一頁上一頁結(jié)束結(jié)束 第三節(jié) 流動液體的能量損失 5 圓管中的流量 6 圓管通流截面上的平均速度 7 沿程壓力損失公式 4 0 d()2 d 4128 R A dp qu ARrr rp ll 2 32 dq vp Al 2 2 32 2 vll pv d d 結(jié)論：層流時沿程壓力損失與速度的一次方成正比結(jié)論：層流時沿程壓力損失與速度的一次方成正比 總目錄總目錄 返回本章返回本章 返回本節(jié)下一頁上一頁結(jié)束結(jié)束 第三節(jié) 流動液體的能量損失 （二）紊流狀態(tài)下的沿程壓力損失

48、 三、流動液體的局部壓力損失三、流動液體的局部壓力損失 1 局部的概念 2 損失的機理 3 計算公式 2 2 v p 2 2 vl p d 結(jié)論：局部壓力損失與速度的二次方成正比結(jié)論：局部壓力損失與速度的二次方成正比 總目錄總目錄 返回本章返回本章 返回本節(jié)下一頁上一頁結(jié)束結(jié)束 第三節(jié) 流動液體的能量損失 四、管路系統(tǒng)中總的壓力損失四、管路系統(tǒng)中總的壓力損失 注意問題：應(yīng)用上式時，只有在兩個相鄰局部障礙之間的長度大于管道直注意問題：應(yīng)用上式時，只有在兩個相鄰局部障礙之間的長度大于管道直 徑的徑的1020倍時，該式才是正確的。倍時，該式才是正確的。 22 22 lvv p d 總目錄總目錄 返回本章返回本章 返回本節(jié)下一頁上一頁結(jié)束結(jié)束 第三節(jié) 流動液體的能量損失 五、串聯(lián)和并聯(lián)管路的特點五、串聯(lián)和并聯(lián)管路的特點 串聯(lián)： 并聯(lián)： 123 123 qq