第2章 液壓傳動(dòng)流體力學(xué)基礎(chǔ)(浙江海洋大學(xué)教學(xué)課件)

1、 第第2章章 液壓傳動(dòng)流體力學(xué)基礎(chǔ)液壓傳動(dòng)流體力學(xué)基礎(chǔ)液壓和氣壓傳動(dòng)與控制n本章主要敘述了液壓傳動(dòng)工作介質(zhì)的性質(zhì)，揭示了本章主要敘述了液壓傳動(dòng)工作介質(zhì)的性質(zhì)，揭示了工作介質(zhì)的污染原因及控制方法，論述了液體靜力工作介質(zhì)的污染原因及控制方法，論述了液體靜力學(xué)、動(dòng)力學(xué)的性質(zhì)，闡述了液體動(dòng)力學(xué)的三個(gè)基本學(xué)、動(dòng)力學(xué)的性質(zhì)，闡述了液體動(dòng)力學(xué)的三個(gè)基本方程，管道中液流的特性，液壓沖擊和氣穴現(xiàn)象。方程，管道中液流的特性，液壓沖擊和氣穴現(xiàn)象。通過(guò)本章學(xué)習(xí)，使學(xué)生對(duì)工作介質(zhì)在管道中流動(dòng)的通過(guò)本章學(xué)習(xí)，使學(xué)生對(duì)工作介質(zhì)在管道中流動(dòng)的流體力學(xué)特性有一個(gè)較全面的了解。流體力學(xué)特性有一個(gè)較全面的了解。 內(nèi)容提要：內(nèi)容提要

2、： n1 1、掌握工作介質(zhì)的基本性質(zhì)。了解工作介質(zhì)的、掌握工作介質(zhì)的基本性質(zhì)。了解工作介質(zhì)的污染原因、危害及其控制方法；污染原因、危害及其控制方法；n2 2、掌握壓力的表示方法和本質(zhì)；、掌握壓力的表示方法和本質(zhì)；n3 3、了解三個(gè)基本方程的推導(dǎo)過(guò)程，掌握三個(gè)基、了解三個(gè)基本方程的推導(dǎo)過(guò)程，掌握三個(gè)基本方程的運(yùn)用；本方程的運(yùn)用；n4 4、掌握液流在管道中流動(dòng)的特性及壓力損失的、掌握液流在管道中流動(dòng)的特性及壓力損失的計(jì)算方法；計(jì)算方法；n5 5、了解液體流經(jīng)小孔和縫隙的流量壓力特性；、了解液體流經(jīng)小孔和縫隙的流量壓力特性；n6 6、了解液壓沖擊和氣穴現(xiàn)象產(chǎn)生的原因、危害、了解液壓沖擊和氣穴現(xiàn)象產(chǎn)生

3、的原因、危害。 教學(xué)基本要求：教學(xué)基本要求： 本章重點(diǎn)內(nèi)容本章重點(diǎn)內(nèi)容: :1 1、工作介質(zhì)的基本性質(zhì)；、工作介質(zhì)的基本性質(zhì)；2 2、壓力的表示方法和本質(zhì)；、壓力的表示方法和本質(zhì)；3 3、三個(gè)運(yùn)動(dòng)方程的運(yùn)用。、三個(gè)運(yùn)動(dòng)方程的運(yùn)用。 本章的難點(diǎn)本章的難點(diǎn): : 1 1、三個(gè)基本方程的推導(dǎo)。、三個(gè)基本方程的推導(dǎo)。 重點(diǎn)和難點(diǎn)：重點(diǎn)和難點(diǎn)： 液壓傳動(dòng)工作介質(zhì)的物理性質(zhì)液壓傳動(dòng)工作介質(zhì)的物理性質(zhì)2.1液體靜力學(xué)液體靜力學(xué)2.2液體動(dòng)力學(xué)液體動(dòng)力學(xué)2.3管道中液流的特性管道中液流的特性2.42.52.6液壓沖擊和氣蝕現(xiàn)象液壓沖擊和氣蝕現(xiàn)象2.7液體流經(jīng)小孔與縫隙的流量壓力特性液體流經(jīng)小孔與縫隙的流量壓力

4、特性液壓油的污染及其控制液壓油的污染及其控制本章內(nèi)容目錄：本章內(nèi)容目錄： 2.1 2.1 液壓傳動(dòng)工作介質(zhì)的物理性質(zhì)液壓傳動(dòng)工作介質(zhì)的物理性質(zhì)液體的密度液體的密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對(duì)液壓油的要求對(duì)液壓油的要求主要內(nèi)容：主要內(nèi)容：1.1.密度密度 均質(zhì)液體中單位體積所具有的質(zhì)量: 其中： m-液體的質(zhì)量； V -液體的體積 液體的密度隨溫度和壓力的變化而變化，但影響很小，可以忽略。 液壓油計(jì)算時(shí)取 = 900kg/m = 900kg/m3 3 Vm2.2.可壓縮性可壓縮性 在溫度不變條件下，液壓油的體積將隨壓力的增高而

5、減小的性質(zhì)。 （1）體積壓縮系數(shù) :即單位壓力變化下的體積相對(duì)變化量01VVp體積變化初始體積壓力變化 油的可壓縮性很小，可以忽略，認(rèn)為液體是不可壓縮的。（2 2）體積彈性模量）體積彈性模量K K (體積壓縮系數(shù)的倒數(shù)) V0一定，在同樣p下， K 越大, V 越小 說(shuō)明K 越大，液體的抗壓能力越強(qiáng) 礦物油 K = (1.42.0)10 9 N/m 2 鋼 K = 2.06 10 11 N/m 2 油 = 100150 鋼 VpVK013.粘性粘性 (1)(1)粘性的定義粘性的定義 液體在外力作用下流動(dòng)（或有流動(dòng)趨勢(shì)）時(shí)，分子間的內(nèi)聚力要阻止分子相對(duì)運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的一種內(nèi)摩檫力，它使液體各層間的運(yùn)

6、動(dòng)速度不等，這種現(xiàn)象叫做液體的粘性。 靜止液體不呈現(xiàn)粘性粘性示意圖n下板固定n上板以u(píng)0運(yùn)動(dòng)nA點(diǎn)：u = 0 B點(diǎn)：u = u0n兩板之間液流速度逐漸減?。? 2）牛頓內(nèi)摩擦定律）牛頓內(nèi)摩擦定律動(dòng)畫(huà)演示式中： Ff 液體流動(dòng)時(shí)，相鄰液體層間的內(nèi)摩擦力 粘性系數(shù)，與液體的種類和溫度有關(guān) A 液層接觸面積 du /dy速度梯度dyduAFf兩液層的速度差兩液層間的距離靜止液體 du0 不呈現(xiàn)粘性 牛頓內(nèi)摩擦定律dyduAFf切應(yīng)力:(3)(3)粘度粘度三種表示方法：2) 運(yùn)動(dòng)粘度 單位：Pa.S（帕秒）單位：m2/sdyduAFf1) 動(dòng)力粘度3) 條件粘度 1）動(dòng)力粘度dyduAFf單位：?jiǎn)挝?/p>

7、：帕斯卡.秒（Pa.s） 泊（P）1P=1dyn.s.cm-2 1Pa.s = 10 P = 103cP動(dòng)力粘度物理意義：動(dòng)力粘度物理意義：液體在單位速度梯度下流動(dòng) 時(shí)單位面積上產(chǎn)生的內(nèi)摩擦力dydudyduAFf/2）運(yùn)動(dòng)粘度機(jī)械油的牌號(hào)：表示這種油在40時(shí)以mm2/s為單位的運(yùn)動(dòng)粘度的平均值。 例如YAN32中YA是普通液壓油，N32表示40時(shí)油的平均運(yùn)動(dòng)粘度為32 mm2/s。 運(yùn)動(dòng)粘度單位： 1 m2 2/s = 104 St = 106 cSt (=106 mm2/s) 拖(cm2/s) 厘拖(mm2/s) 3)相對(duì)粘度(恩氏粘度)21ttEt式中：t1 油流出的時(shí)間 t220OC蒸

8、餾水流出時(shí)間1005020,EEE 恩氏粘度與運(yùn)動(dòng)粘度的換算關(guān)系恩氏粘度與運(yùn)動(dòng)粘度的換算關(guān)系610)31. 631. 7(ttEE 通常以通常以20、50、100OC作為標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定溫度，作為標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定溫度，記為：記為：200ml=2. 8mm恩氏粘度計(jì)(4) (4) 粘度與壓力的關(guān)系粘度與壓力的關(guān)系 壓力對(duì)粘度的影響不大，一般情況下，特別是壓力較低時(shí)，可不考慮。(5) 粘度與溫度的關(guān)系粘度與溫度的關(guān)系 影響： 大，阻力大，能耗 小，油變稀，泄漏 限制油溫：T，加冷卻器 T，加熱器T p 粘溫圖 液壓工作介質(zhì)一般稱為液壓油。液壓介質(zhì)的性能對(duì)液壓系統(tǒng)的工作狀態(tài)有很大影響，對(duì)液壓系統(tǒng)對(duì)工作介質(zhì)的基本要求

9、如下： （l）有適當(dāng)?shù)恼扯群土己玫恼硿靥匦浴?4.4.對(duì)液壓油的要求對(duì)液壓油的要求（2）氧化安定性和剪切安定性好。 （3）抗乳化性、抗泡沫性好。 （4）閃點(diǎn)、燃點(diǎn)要高，能防火、防爆。 （5）有良好的潤(rùn)滑性和防腐蝕性，不腐蝕金屬和密封件。 （6）對(duì)人體無(wú)害，成本低。 石油型機(jī)械油汽輪機(jī)油液壓油難燃型水-乙二醇液磷酸酯液水包油油包水乳化液合成型5.5.液壓油的類型和選用液壓油的類型和選用 液壓傳動(dòng)介質(zhì)按照GB/T7631.2-87（等效采用ISO 6743/4）進(jìn)行分類，主要有石油基液壓油石油基液壓油和難燃液壓難燃液壓液液兩大類。 類型類型類型名稱ISO代號(hào)特 性 和 用 途礦油型普通液壓油L-H

10、L精制礦油加添加劑，提高抗氧化和防銹性能，適用于室內(nèi)一般設(shè)備的中低壓系統(tǒng)抗磨液壓油L-HML-HL油加添加劑，改善抗磨性能，適用于工程機(jī)械、車輛液壓系統(tǒng)低溫液壓油L-HVL-HM油加添加劑，改善黏溫特性，可用于環(huán)境溫度在-20-40的高壓系統(tǒng)高黏度指數(shù)液壓油L-HRL-HL油加添加劑，改善黏溫特性，VI值達(dá)175以上，適用于對(duì)黏溫特性有特殊要求的低壓系統(tǒng)，如數(shù)控機(jī)床液壓系統(tǒng)液壓導(dǎo)軌油L-HGL-HM油加添加劑，改善黏一滑性能，適用于機(jī)床中液壓和導(dǎo)軌潤(rùn)滑合用的系統(tǒng)全損耗系統(tǒng)用油L-HH淺度精制礦油，抗氧化性、抗泡沫性較差，主要用于機(jī)械潤(rùn)滑，可作液壓代用油，用于要求不高的低壓系統(tǒng)汽輪機(jī)油L-TSA

11、深度精制礦油加添加劑，改善抗氧化、抗泡沫等性能，為汽輪機(jī)專用油，可作液壓代用油，用于一般液壓系統(tǒng)液壓油的主要品種及其特性和用途液壓油的主要品種及其特性和用途 乳化型水包油乳化液L-HFA又稱高水基液，特點(diǎn)是難燃、黏溫特性好，有一定的防銹能力，潤(rùn)滑性差，易泄漏。適用于有抗燃要求，油液用量大且泄漏嚴(yán)重的系統(tǒng)油包水乳化液L-HFB既具有礦油型液壓油的抗磨、防銹性能，又具有抗燃性，適用于有抗燃要求的中壓系統(tǒng)合成型 水-乙二醇液L-HFC難燃，黏溫特性和抗蝕性好，能在-3060溫度下使用，適用于有抗燃要求的中低壓系統(tǒng)磷酸酯液L-HFDR難燃，潤(rùn)滑抗磨性能和抗氧化性能良好，能在-54135溫度范圍內(nèi)使用，

12、缺點(diǎn)是有毒。適用于有抗燃要求的高壓精密液壓系統(tǒng)液壓油的主要品種及其特性和用途液壓油的主要品種及其特性和用途（1）優(yōu)先考慮粘性 =11.5 41.3 cSt 即 20、30、40號(hào)機(jī)械油（2）按工作壓力 p 高，選大； p 低，選?。?）按環(huán)境溫度 T 高，選大； T 低，選?。?）按運(yùn)動(dòng)速度 v 高，選?。?v 低，選大（5）其他 環(huán)境 （污染、抗燃） 經(jīng)濟(jì)（價(jià)格、使用壽命） 特殊要求（精密機(jī)床、野外工作的工程機(jī)械）液壓油液的選擇液壓油液的選擇正確的使用液壓油正確的使用液壓油（1）控制油溫（2）防止污染（3）定期抽檢、定期更換（4）油箱儲(chǔ)油充分（5）確保密封n液壓油的污染是液壓系統(tǒng)發(fā)生故障的主

13、要原因。因此，對(duì)液壓油的正確使用及污染控制是提高液壓系統(tǒng)綜合性能的重要手段。n1、污染的原因n（1）殘留污染：裝配中的殘留物，如毛刺、切屑、型砂、棉紗等。n（2）侵入污染：因密封不完善由系統(tǒng)外部侵入的污染物。n（3）生成污染：運(yùn)行中本身生成的污染物。如腐蝕剝落的金屬顆粒、油液老化后膠狀生成物等。2.22.2液壓油的污染及控制液壓油的污染及控制n2、污染的危害n（1）固體顆粒 及膠狀物。造成縫隙堵塞，過(guò)濾器失效，泵運(yùn)轉(zhuǎn)困難，閥動(dòng)作失靈，產(chǎn)生噪聲。n（2）微小顆粒。加速零件磨損，擦傷密封件，泄漏增加。n（3）水分和空氣。降低油液潤(rùn)滑能力，加快油液氧化變質(zhì)，在元件表面產(chǎn)生氣蝕，系統(tǒng)出現(xiàn)振動(dòng)和爬行現(xiàn)象

14、。n3、污染等級(jí)：是指單位容積液體內(nèi)固體顆粒污染物的含量。目前，等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)有兩個(gè)：n（1）ISO4406國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，見(jiàn)表2-3。n（2）NAS1638美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)。n4、污染控制措施n（1）液壓系統(tǒng)裝配后、運(yùn)轉(zhuǎn)前必須用系統(tǒng)工作中使用的油液進(jìn)行徹底清洗。n（2）液壓油在工作中保持清潔。盡量防止工作中空氣、水分和灰塵的侵入。n（3）采用合適的濾油器。并要定期檢查和清洗濾油器和油箱。n（4）定期更換液壓油。n（5）控制液壓油的工作溫度。一般系統(tǒng)控制在65以下，機(jī)床系統(tǒng)控制在55以下。2.3 2.3 液體靜力學(xué)液體靜力學(xué)靜止液體：液體內(nèi)質(zhì)點(diǎn)間無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng)、不呈現(xiàn)黏性的液體 流體靜力學(xué)是研究平衡流體流體靜力學(xué)是研

15、究平衡流體（包括：流體對(duì)地球無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng)和流體對(duì)運(yùn)動(dòng)容器無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng)）的力的力學(xué)規(guī)律及其應(yīng)用學(xué)規(guī)律及其應(yīng)用。 由于平衡流體之間無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng)，流體的粘性不起作用。所以，流體靜力學(xué)中所得出的結(jié)論，對(duì)于理想流體和粘性流體都適用。理論不需要實(shí)驗(yàn)修正。一、一、靜壓力及其性質(zhì)靜壓力及其性質(zhì)按作用方式，平衡流體上的作用力有： 1.靜壓力的定義 。 表面力按其作用方向可分為兩種：沿表面沿表面內(nèi)法線方向的壓力、沿表面切向的摩擦力內(nèi)法線方向的壓力、沿表面切向的摩擦力。 對(duì)于處于平衡狀態(tài)的流體，切向摩擦力為零，只有沿受壓面內(nèi)法線方向的流體靜壓力。)(lim0PadAdFAFpA靜壓力（簡(jiǎn)稱壓力）：指液體處于相對(duì)靜止時(shí)，單

16、位面積上所受的法向作用力。 如果法向力均勻地作用在面積上，壓力表示為： 由流體的特性知，流體在平衡狀態(tài)時(shí)只要有切應(yīng)力作用，流體就會(huì)變形，引起流體質(zhì)點(diǎn)間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，破壞流體的平衡。流體還不能承受拉力。所以，流體在平衡狀態(tài)下只能承受垂直并指向作用面的壓力二、液體靜力學(xué)基本方程二、液體靜力學(xué)基本方程 重力場(chǎng)中連續(xù)、均質(zhì)、不可壓縮流體的靜壓強(qiáng)基本方程式：ghpzzgpp000)(流體靜壓強(qiáng)基本方程式表明：（1）靜止液體內(nèi)任一點(diǎn)處的壓力為液面壓力和液柱重力所產(chǎn)生的壓力之和。（2）靜止液體內(nèi)的壓力隨著深度h呈直線規(guī)律分布。（3）深度相同處各點(diǎn)的壓力都相等。等壓面：壓力相同點(diǎn)組成的面叫作等壓面在重力作用下靜

17、止液體中的等壓面是水平面水平面。真空度真空度:當(dāng)壓力比當(dāng)?shù)卮髿鈮旱蜁r(shí)，流體壓力與當(dāng)?shù)卮髿鈮旱牟钪捣Q為真空度。三、壓力的表示方法及單位三、壓力的表示方法及單位以當(dāng)?shù)卮髿鈮簽橛?jì)算標(biāo)準(zhǔn)表示的壓力。也稱為計(jì)示壓強(qiáng)、表壓強(qiáng)也稱為計(jì)示壓強(qiáng)、表壓強(qiáng)相對(duì)壓力：相對(duì)壓力：ghp絕對(duì)壓力：絕對(duì)壓力：ghppa以絕對(duì)真空為起點(diǎn)表示的壓力。1. 1. 壓力的表示方法壓力的表示方法絕對(duì)壓強(qiáng)絕對(duì)壓強(qiáng)= =表壓強(qiáng)表壓強(qiáng)+ +當(dāng)?shù)卮髿鈮寒?dāng)?shù)卮髿鈮罕韷簭?qiáng)表壓強(qiáng)= =絕對(duì)壓力絕對(duì)壓力- -當(dāng)?shù)卮髿鈮寒?dāng)?shù)卮髿鈮寒?dāng)ppa 時(shí)：絕對(duì)壓強(qiáng)絕對(duì)壓強(qiáng)= =當(dāng)?shù)卮髿鈮寒?dāng)?shù)卮髿鈮? -真空度真空度真空度真空度= =當(dāng)?shù)卮髿鈮寒?dāng)?shù)卮髿鈮? -絕對(duì)

18、壓力絕對(duì)壓力當(dāng)ppa 時(shí)：n2 2、 靜壓強(qiáng)的計(jì)量單位靜壓強(qiáng)的計(jì)量單位（1）壓力單位：壓力單位：Pa（N/m2）、bar 、MPa 1 bar=101 bar=105 5 PaPa0.1 MPa 0.1 MPa （2）液柱高單位：液柱高單位：測(cè)壓計(jì)常以水或水銀作為工作介質(zhì)，壓力常以水柱高度（mH2O），或毫米汞柱（mmHg）表示。（3）大氣壓?jiǎn)挝唬捍髿鈮簡(jiǎn)挝唬阂?標(biāo)準(zhǔn)大氣壓（1 atm）為單位表示。1 1 atmatm =1.013 =1.013* *10105 5PaPa=10.33 mH=10.33 mH2 2O O =760 mmHg1bar0.1MPa =760 mmHg1bar0.1

19、MPa四、帕斯卡原理 在密閉容器內(nèi)，施加于靜止液體上的壓力將以相等的數(shù)值傳遞到液體各點(diǎn)，這就是靜壓傳遞原理，即帕斯卡原理。n五、靜壓力對(duì)固體壁面的總作用力1.1.固體壁面為平面時(shí)：固體壁面為平面時(shí)： 作用在平面上壓力的方向互相平行，總作用力F等于靜壓力p與承壓面積A的乘積。即：FpA積分后得 ：總作用力F為： 當(dāng)承壓面積為曲面時(shí)，作用在曲面上的壓力的方向均垂直于曲面。這時(shí)可將曲面分成若干微小面積dA，作用在微小面積上的力為： dFpdA 將dF分解為x、y兩個(gè)方向的力，即： dFxpdAsinpdAx dFypdAcospdAy2.2.固體壁面為曲面時(shí)固體壁面為曲面時(shí) 靜壓力作用在曲面上的力在

20、某一方向上的分力等于壓力與曲面在該方向投影面積的乘積。結(jié)論：結(jié)論：一、基本概念基本概念1.理想液體和實(shí)際液體理想液體：理想液體：既無(wú)粘性，又無(wú)壓縮性的假想液體。實(shí)際液體：實(shí)際液體：既有粘性，又有壓縮性的真實(shí)液體。2. 定常流動(dòng)和非定常流動(dòng)定常流動(dòng)：定常流動(dòng)：液體的運(yùn)動(dòng)參數(shù)只隨位置變化，與時(shí) 間無(wú)關(guān)。也稱恒定流動(dòng)。非定常流動(dòng)：非定常流動(dòng)：液體的運(yùn)動(dòng)參數(shù)不僅隨位置變化，而且與時(shí)間有關(guān)。也稱非恒定流動(dòng)。3.一維流動(dòng) 一維流動(dòng)：液體整個(gè)地作線形流動(dòng)。2.4 2.4 液體動(dòng)力學(xué)液體動(dòng)力學(xué)動(dòng)畫(huà)演示動(dòng)畫(huà)演示理想液體動(dòng)畫(huà)演示動(dòng)畫(huà)演示動(dòng)畫(huà)演示動(dòng)畫(huà)演示穩(wěn)定流動(dòng)穩(wěn)定流動(dòng)非穩(wěn)定流動(dòng)非穩(wěn)定流動(dòng)4. 流線、流束、過(guò)流截面

21、流線、流束、過(guò)流截面流線：流線：某一瞬時(shí)液流中標(biāo)志其各處質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的曲線，在流線上各點(diǎn)的瞬時(shí)速度方向與該點(diǎn)的切線方向重合。流線的性質(zhì)：流線的性質(zhì)：l穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)，流線形狀不隨時(shí)間變化。l流線不能相交，也不能轉(zhuǎn)折。l流線是連續(xù)光滑的曲線。通流截面：通流截面：流束中與所有流線正交的截面。 流線彼此平行的流動(dòng)稱為平行流動(dòng)； 流線間的夾角很小，或流線的曲率半徑很大的流 動(dòng)稱為緩變流動(dòng)緩變流動(dòng)（相反情況便是急變流動(dòng)）。 前兩者的通流截面均認(rèn)為是平面，急變流動(dòng)的過(guò)流截面是曲面。流束：流束：面積A上所有各點(diǎn)的流線的集合。 流束內(nèi)外流線均不能穿越流束表面。 面積A無(wú)限小時(shí)的流束，稱為微小流束微小流束。5.流量

22、和平均流速流量和平均流速流量：流量：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)通過(guò)流束過(guò)流截面的液體體積。平均流速：平均流速：流量與通流截面之比。vAq AudAqAqAudAvA單位時(shí)間內(nèi)流入控制體積的質(zhì)量單位時(shí)間內(nèi)流入控制體積的質(zhì)量 ： 單位時(shí)間內(nèi)流出控制體積的質(zhì)量單位時(shí)間內(nèi)流出控制體積的質(zhì)量 ：二、液體流動(dòng)的連續(xù)性方程液體流動(dòng)的連續(xù)性方程連續(xù)性方程是質(zhì)量守恒規(guī)律在流體力學(xué)中的表現(xiàn)。連續(xù)性方程是質(zhì)量守恒規(guī)律在流體力學(xué)中的表現(xiàn)。設(shè)：不可壓縮流體在非斷面管中作定常流動(dòng)。對(duì)于穩(wěn)定流動(dòng)，不可壓縮液體，對(duì)于穩(wěn)定流動(dòng)，不可壓縮液體，為常數(shù)：為常數(shù)： 過(guò)流斷面1和2的面積分別為A1和A2，平均流速分別為V1和V2，11111AvQQm

23、122222AvQQm2constAvAvQ2211在定常流動(dòng)中，流過(guò)各截面的不可壓縮液體的流量是相等的，而且液體的平均流速與管道的過(guò)流截面積成反比。constAvAvQ2211說(shuō)明：說(shuō)明：流量連續(xù)性的動(dòng)畫(huà)演示流量連續(xù)性的動(dòng)畫(huà)演示流量連續(xù)性的動(dòng)畫(huà)演示流量連續(xù)性的動(dòng)畫(huà)演示 在一維流動(dòng)的情況下， 根據(jù)牛頓第二定律，有： 三、液體流動(dòng)的伯努利方程液體流動(dòng)的伯努利方程1. 理想液體一元定常流動(dòng)的運(yùn)動(dòng)微分方程理想液體一元定常流動(dòng)的運(yùn)動(dòng)微分方程伯努利方程是能量守恒定律在流體力學(xué)中的表示伯努利方程是能量守恒定律在流體力學(xué)中的表示tlfu,ldAdlagdAdldAdpppdAcos)(dldzcosdttu

24、dlludutuluudtdual0tu定常流動(dòng) 整理得理想液體一元定常流動(dòng)的運(yùn)動(dòng)微分方運(yùn)動(dòng)微分方程程，也叫歐拉方程歐拉方程。01ududpgdz將歐拉方程兩邊同乘以ds，并從截面1積分到截面2兩邊同除以g，移項(xiàng)整理得2.理想液體的伯努利方程理想液體的伯努利方程對(duì)于穩(wěn)定流動(dòng)穩(wěn)定流動(dòng)， 故上式變?yōu)槔硐胍后w微小流束理想液體微小流束的伯努利方程。Z:Z:單位重量液體所具有的位能，稱為比位能單位重量液體所具有的位能，稱為比位能( (位置水頭位置水頭) )。P/P/ g g : :單位重量液體所具有的壓力能，稱為比壓能（壓?jiǎn)挝恢亓恳后w所具有的壓力能，稱為比壓能（壓力水頭）。力水頭）。u2/2g:u2/2

25、g:單位重量液體所具有的動(dòng)能，稱為比動(dòng)能（速度單位重量液體所具有的動(dòng)能，稱為比動(dòng)能（速度水頭）。水頭）。Z+ P/Z+ P/ g g + u2/2g : + u2/2g :單位重量液體所具有的總能量，稱為單位重量液體所具有的總能量，稱為總比能（總水頭）?？偙饶埽偹^）。方程的物理（能量）意義物理（能量）意義：能量意義：能量意義： 管內(nèi)作定常流動(dòng)定常流動(dòng)的理想液體理想液體，在任意截面上，液體的總比能保持不變，但比位能、比壓能、比動(dòng)能可以相互轉(zhuǎn)換。 -單位重量實(shí)際液體在微小流束中從截面1流到截面2，因粘性而損耗的能量。3. 實(shí)際液體流速的伯努利方程實(shí)際液體流速的伯努利方程n若所選截面為緩變流截面

26、緩變流截面，n以平均流速v代替實(shí)際流速u， 動(dòng)能修正系數(shù)動(dòng)能修正系數(shù)實(shí)際動(dòng)能/平均動(dòng)能，即n用平均能量損失代替實(shí)際能量損失，即令 實(shí)際液體總流的伯努利方程實(shí)際液體總流的伯努利方程方程的適用條件方程的適用條件：l定常流動(dòng)，不可壓縮液體；l質(zhì)量力只有重力；l所取截面為緩變流截面；l流量沿流程保持不變；l層流時(shí)2，紊流時(shí)1；l沒(méi)有機(jī)械能加入。(1) 選水平基準(zhǔn)面選水平基準(zhǔn)面 管子軸心、已知數(shù)多、未知數(shù)少(2) 選緩變流斷面選緩變流斷面 直管段、大容器自由表面、較小截面出口的管嘴、 已知數(shù)多、未知數(shù)少(3) 在緩變流斷面上選點(diǎn)在緩變流斷面上選點(diǎn)(4) 按照液體流動(dòng)方向列寫(xiě)伯努利方程按照液體流動(dòng)方向列寫(xiě)

27、伯努利方程 方程兩邊壓力基準(zhǔn)要統(tǒng)一未知數(shù)多于方程個(gè)數(shù)時(shí)，應(yīng)列其他輔助方程求解未知數(shù)多于方程個(gè)數(shù)時(shí)，應(yīng)列其他輔助方程求解解題步驟：解題步驟： 泵從油箱吸油，泵的輸出流量Q25L/min ，吸油管直徑d30mm，設(shè)濾網(wǎng)及管道內(nèi)總的壓降為0.03MPa，油液的密度880kg/m3，要保證泵的進(jìn)口真空度不大于0.0336MPa，試求泵的安裝高度？例題：例題：動(dòng)量定律指出：作用在物體上的力的大小等于物體在力作用方向上的動(dòng)量變化率，即四、動(dòng)量方程四、動(dòng)量方程 由于液體做定常流動(dòng)，控制體積內(nèi)在dt時(shí)間內(nèi)控制體積中液體質(zhì)量的動(dòng)量變化，為兩微小單元II-II1和I-I1液體的動(dòng)量之差，而在I1-II1之間所圍液

28、體的動(dòng)量沒(méi)有變化。IIIIIIIIIvmvmmvd11IvIIvdtvqdtvqIvIIvvqvqdtmvdF用平均流速代替實(shí)際流速。動(dòng)量修正系數(shù)動(dòng)量修正系數(shù)平均動(dòng)量/實(shí)際動(dòng)量，即 層流時(shí)層流時(shí)4/34/3，紊流時(shí)，紊流時(shí)1 1。IvIIvvqvqdtmvdFIIIvvvqdtmvdF12注：液體對(duì)壁面作用力的大小與注：液體對(duì)壁面作用力的大小與F F相同，相同，但方向與但方向與F F相反。相反。1雷諾實(shí)驗(yàn)2.5 2.5 管道中液流的特性管道中液流的特性一、液體的流態(tài)液體的流態(tài)動(dòng)畫(huà)演示動(dòng)畫(huà)演示雷諾實(shí)驗(yàn)動(dòng)畫(huà)演示雷諾實(shí)驗(yàn)動(dòng)畫(huà)演示 2流態(tài)流態(tài) 液體質(zhì)點(diǎn)互不干擾，流動(dòng)呈線性或?qū)右后w質(zhì)點(diǎn)互不干擾，流動(dòng)呈線

29、性或?qū)訝?，平行于管道軸線，沒(méi)有橫向運(yùn)動(dòng)。狀，平行于管道軸線，沒(méi)有橫向運(yùn)動(dòng)。 液體質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)雜亂無(wú)章，除沿管道液體質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)雜亂無(wú)章，除沿管道軸線運(yùn)動(dòng)外，還有劇烈的橫向運(yùn)動(dòng)。軸線運(yùn)動(dòng)外，還有劇烈的橫向運(yùn)動(dòng)。層流層流：紊流紊流： 3 3雷諾數(shù)雷諾數(shù)：液流由層流轉(zhuǎn)變?yōu)槲闪鞯睦字Z數(shù)稱為臨界雷諾數(shù)Rer ，光滑的金屬圓管， Rer2320 Re Rer 紊流紊流DH通流截面的水力直徑水力直徑，A通流截面積， 濕周HHevDvDR4非圓形截面的管道的雷諾數(shù)非圓形截面的管道的雷諾數(shù)ADH4 液壓油在光滑的鋼管中流動(dòng)，運(yùn)動(dòng)粘度液壓油在光滑的鋼管中流動(dòng)，運(yùn)動(dòng)粘度303010106 6 m m2 2/s/s，鋼管

30、內(nèi)徑，鋼管內(nèi)徑d d20mm20mm，臨界雷，臨界雷諾數(shù)諾數(shù)ReRe20002000，求流態(tài)變?yōu)槲闪鲿r(shí)管內(nèi)液流的，求流態(tài)變?yōu)槲闪鲿r(shí)管內(nèi)液流的流量？流量？解：解：例題：例題：1通流截面上流速的分布規(guī)律 管內(nèi)流速在半徑方向上按拋物線規(guī)律分布，最大流速umax發(fā)生在軸心上二、直管中的層流2流量流量3平均流速平均流速 4動(dòng)能修正系數(shù)和動(dòng)量修正系數(shù)動(dòng)能修正系數(shù)和動(dòng)量修正系數(shù) 層流時(shí)層流時(shí) 2 2 , ,4/3=1.334/3=1.33 pldplRrdruqR12882404pldAQv 322max21uv pldplRrdruQR 128824041紊流的脈動(dòng)現(xiàn)象紊流的脈動(dòng)現(xiàn)象2時(shí)均化原則時(shí)均化原則時(shí)均紊流視為穩(wěn)定流動(dòng)或準(zhǔn)穩(wěn)定流動(dòng)。時(shí)均紊流視為穩(wěn)定流動(dòng)或準(zhǔn)穩(wěn)定流動(dòng)。3.通流截面上速度分布規(guī)律通流截面上速度分布規(guī)律 水力光滑管、水力粗糙管水力光滑管、水力粗糙管4動(dòng)能修正系數(shù)和動(dòng)量修正系數(shù)紊流運(yùn)動(dòng)動(dòng)能修正系數(shù)和動(dòng)量修正系數(shù)紊流運(yùn)動(dòng) =1， =1TudtuT0三、直管中的紊流三、直管中的紊流沿程壓力損失沿程壓力損失：液體在等徑直管中流動(dòng)時(shí)，因摩擦而產(chǎn)液體在等徑直管中流動(dòng)時(shí)，因摩擦而產(chǎn) 生的損失。生的損失。局部壓力損失：局部壓力損失：由于管道的截面突然變化，液流方向改由于管道的截面突然變化，液流方向改 變或其它形式的液流阻力而引起的損失。變