流體傳動(dòng)與控制課件第2章流體力學(xué)基礎(chǔ)

1、重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院流體傳動(dòng)與控制流體傳動(dòng)與控制重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院2主要內(nèi)容主要內(nèi)容 流體的物理性質(zhì)流體的物理性質(zhì) 流體靜力學(xué)流體靜力學(xué) 流體動(dòng)力學(xué)流體動(dòng)力學(xué) 液壓系統(tǒng)的壓力損失液壓系統(tǒng)的壓力損失 孔口及縫隙的流量壓力特性孔口及縫隙的流量壓力特性 液壓沖擊與氣穴液壓沖擊與氣穴第第2章章 流體力學(xué)基礎(chǔ)流體力學(xué)基礎(chǔ) 重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院3 流體傳動(dòng)以液體或氣體作為工作介質(zhì)來(lái)傳遞能量和運(yùn)流體傳動(dòng)以液體或氣體作為工作介質(zhì)來(lái)傳遞能量和運(yùn)動(dòng)。因此，了解流體的主要物理性質(zhì)，掌握流體平衡和動(dòng)。因此，了解流體的

2、主要物理性質(zhì)，掌握流體平衡和運(yùn)動(dòng)的規(guī)律等主要力學(xué)特性，對(duì)于正確理解流體傳動(dòng)原運(yùn)動(dòng)的規(guī)律等主要力學(xué)特性，對(duì)于正確理解流體傳動(dòng)原理、氣液壓元件的工作原理，以及合理設(shè)計(jì)、調(diào)整、使理、氣液壓元件的工作原理，以及合理設(shè)計(jì)、調(diào)整、使用和維護(hù)液壓系統(tǒng)都是十分重要的。用和維護(hù)液壓系統(tǒng)都是十分重要的。第第2章章 流體力學(xué)基礎(chǔ)流體力學(xué)基礎(chǔ) 重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院42.1 流體的物理性質(zhì)流體的物理性質(zhì)重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院52.1 流體的物理性質(zhì)流體的物理性質(zhì)液體的密度和重度液體的密度和重度密度密度 液體的密度液體的密度(kg/m3)；V液體中所任取的微小體積液體中所任取的微小體

3、積(m3)m體積體積V中的液體質(zhì)量中的液體質(zhì)量(kg)密度的物理含義是質(zhì)量在空間某點(diǎn)處的密集程度。密密度的物理含義是質(zhì)量在空間某點(diǎn)處的密集程度。密度是空間點(diǎn)坐標(biāo)和時(shí)間的函數(shù)，即度是空間點(diǎn)坐標(biāo)和時(shí)間的函數(shù)，即=(x，y，z，t)。重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院62.1 流體的物理性質(zhì)流體的物理性質(zhì)對(duì)于均質(zhì)液體，其重度對(duì)于均質(zhì)液體，其重度 是指其單位體積內(nèi)所含液體的質(zhì)量。是指其單位體積內(nèi)所含液體的質(zhì)量。重度重度VGg或或油液密度隨著溫度或壓力的變化而變化，但變化不大，油液密度隨著溫度或壓力的變化而變化，但變化不大，通常忽略，一般取通常忽略，一般取=900kg/m3。液壓油液的密度液壓油液

4、的密度重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院72.1 流體的物理性質(zhì)流體的物理性質(zhì)體積為體積為V的液體，當(dāng)壓力增大的液體，當(dāng)壓力增大p時(shí)，體積減小時(shí)，體積減小V ，則液體在單，則液體在單位壓力變化下體積的相對(duì)變化量，位壓力變化下體積的相對(duì)變化量，定義為定義為體積壓縮系數(shù)體積壓縮系數(shù)VVp1液體的體積壓縮系數(shù)；液體的體積壓縮系數(shù)；一般取一般取 =（57）x10-10 m2/NV液體的體積；液體的體積；V體積變化量；體積變化量； p壓力增量。壓力增量。2 可壓縮性可壓縮性流體受壓力作用而發(fā)生體積縮小性質(zhì)。流體受壓力作用而發(fā)生體積縮小性質(zhì)。重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院8體積彈性模量體積

5、彈性模量K的倒數(shù)稱(chēng)為液體的體積彈性模量的倒數(shù)稱(chēng)為液體的體積彈性模量VpVK1純凈液壓油的體積彈性模量純凈液壓油的體積彈性模量2.1 流體的物理性質(zhì)流體的物理性質(zhì)K=（1.42.0）)109Pa液壓油的彈性模量為鋼的液壓油的彈性模量為鋼的1/1401/100。 重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院93 流體的粘性流體的粘性流體在外力作用下流動(dòng)時(shí)，由于流體分子間的內(nèi)聚力作流體在外力作用下流動(dòng)時(shí)，由于流體分子間的內(nèi)聚力作用用, 導(dǎo)致流體分子間因相對(duì)運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的內(nèi)摩擦力，這種特性導(dǎo)致流體分子間因相對(duì)運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的內(nèi)摩擦力，這種特性稱(chēng)為粘性。稱(chēng)為粘性。流體內(nèi)摩擦定律流體內(nèi)摩擦定律內(nèi)摩擦力（內(nèi)摩擦力（試

6、驗(yàn)結(jié)果表明試驗(yàn)結(jié)果表明）AF 流流層接觸面積層接觸面積流流層間相對(duì)速度層間相對(duì)速度流流層間距離層間距離2.1 流體的物理性質(zhì)流體的物理性質(zhì)dyF1duF 重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院10dyduAF 動(dòng)力粘度動(dòng)力粘度牛頓內(nèi)摩擦定律牛頓內(nèi)摩擦定律表示流體粘性的系數(shù)，稱(chēng)為動(dòng)力粘度表示流體粘性的系數(shù)，稱(chēng)為動(dòng)力粘度粘度粘度動(dòng)力粘度動(dòng)力粘度流體在單位速度梯度下流動(dòng)時(shí)，接觸液層間單流體在單位速度梯度下流動(dòng)時(shí)，接觸液層間單位面積上內(nèi)摩擦力。位面積上內(nèi)摩擦力。運(yùn)動(dòng)粘度運(yùn)動(dòng)粘度太大，常用動(dòng)力粘度與液體密度之比值太大，常用動(dòng)力粘度與液體密度之比值 。 相對(duì)粘度相對(duì)粘度、不易直接測(cè)量，只用于理論計(jì)算，常

7、用相不易直接測(cè)量，只用于理論計(jì)算，常用相對(duì)粘度。對(duì)粘度。2.1 流體的物理性質(zhì)流體的物理性質(zhì)重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院112.1 流體的物理性質(zhì)流體的物理性質(zhì) 液體在單位速度梯度下流動(dòng)時(shí)，流動(dòng)液層間單位面積上液體在單位速度梯度下流動(dòng)時(shí)，流動(dòng)液層間單位面積上的內(nèi)摩擦力。的內(nèi)摩擦力。動(dòng)力粘度與該液體密度的比值動(dòng)力粘度與該液體密度的比值 動(dòng)力粘度的物理意義動(dòng)力粘度的物理意義運(yùn)動(dòng)粘度運(yùn)動(dòng)粘度又叫條件粘度，它是采用特定的粘度計(jì)在規(guī)定的條件下測(cè)又叫條件粘度，它是采用特定的粘度計(jì)在規(guī)定的條件下測(cè)量出來(lái)的的粘度。由于測(cè)量條件不同，各國(guó)所用的相對(duì)粘度也量出來(lái)的的粘度。由于測(cè)量條件不同，各國(guó)所用的相

8、對(duì)粘度也不同。中國(guó)、德國(guó)和俄羅斯等一些國(guó)家采用恩氏粘度，美國(guó)用不同。中國(guó)、德國(guó)和俄羅斯等一些國(guó)家采用恩氏粘度，美國(guó)用賽氏粘度，英國(guó)用雷氏粘度。賽氏粘度，英國(guó)用雷氏粘度。相對(duì)粘度相對(duì)粘度重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院122.1 流體的物理性質(zhì)流體的物理性質(zhì)粘度的測(cè)量粘度的測(cè)量 測(cè)量流體粘度的方法較多。工業(yè)上常用工業(yè)粘度計(jì)來(lái)測(cè)量測(cè)量流體粘度的方法較多。工業(yè)上常用工業(yè)粘度計(jì)來(lái)測(cè)量油和其它液體的粘度。油和其它液體的粘度。 一種間接測(cè)量方法，即用一定一種間接測(cè)量方法，即用一定量的液體通過(guò)貯液罐底部細(xì)管流出量的液體通過(guò)貯液罐底部細(xì)管流出的時(shí)間作為測(cè)量值，再根據(jù)哈根的時(shí)間作為測(cè)量值，再根據(jù)哈根伯肅

9、葉公式修正的半經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算伯肅葉公式修正的半經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算出液體的運(yùn)動(dòng)粘性系數(shù)。出液體的運(yùn)動(dòng)粘性系數(shù)。 工業(yè)粘度計(jì)的種類(lèi)較多，其結(jié)構(gòu)工業(yè)粘度計(jì)的種類(lèi)較多，其結(jié)構(gòu)大同小異。目前我國(guó)和蘇聯(lián)、德國(guó)等大同小異。目前我國(guó)和蘇聯(lián)、德國(guó)等歐洲國(guó)家多采用恩格勒粘度計(jì)，恩格歐洲國(guó)家多采用恩格勒粘度計(jì)，恩格勒粘度計(jì)的結(jié)構(gòu)如圖所示。勒粘度計(jì)的結(jié)構(gòu)如圖所示。貯液罐水箱電加熱器長(zhǎng)頸瓶恩格勒粘度計(jì)恩格勒粘度計(jì)重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院132.1 流體的物理性質(zhì)流體的物理性質(zhì)用木塞堵住錐形用木塞堵住錐形短管短管將將220cm2的被測(cè)的被測(cè)液體注入貯液罐液體注入貯液罐將水箱中的水加熱將水箱中的水加熱(一般，水等液

10、體要求一般，水等液體要求保持在保持在20，潤(rùn)滑油，潤(rùn)滑油50，燃料油，燃料油80)迅速拔起塞桿，使迅速拔起塞桿，使被測(cè)液體從錐形短被測(cè)液體從錐形短管流入長(zhǎng)頸瓶管流入長(zhǎng)頸瓶再用同樣的步驟記下再用同樣的步驟記下200cm2蒸餾水在同樣溫度下流經(jīng)錐形蒸餾水在同樣溫度下流經(jīng)錐形短管所需的時(shí)間短管所需的時(shí)間t0 (約約51秒秒)流出至流出至200cm2為止，為止，記下所需的時(shí)間記下所需的時(shí)間t重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院142.1 流體的物理性質(zhì)流體的物理性質(zhì)smEE/10)/0631. 00731. 0(24 求得了恩格勒粘度求得了恩格勒粘度E后，可由下面的半經(jīng)驗(yàn)公式求出被后，可由下面的半

11、經(jīng)驗(yàn)公式求出被測(cè)液體的運(yùn)動(dòng)粘度：測(cè)液體的運(yùn)動(dòng)粘度：被測(cè)液體在規(guī)定溫度下的恩格勒粘度為：被測(cè)液體在規(guī)定溫度下的恩格勒粘度為：tttE02. 00重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院15 液壓油牌號(hào)，常用某一溫度下的運(yùn)動(dòng)粘度平均值來(lái)表示，液壓油牌號(hào)，常用某一溫度下的運(yùn)動(dòng)粘度平均值來(lái)表示，如如N32號(hào)液壓油，指號(hào)液壓油，指40時(shí)運(yùn)動(dòng)粘度的平均值為時(shí)運(yùn)動(dòng)粘度的平均值為32mm2/s（cSt）。舊牌號(hào)）。舊牌號(hào)20號(hào)液壓油是指這種液壓油在號(hào)液壓油是指這種液壓油在50時(shí)的運(yùn)動(dòng)粘時(shí)的運(yùn)動(dòng)粘度平均值為度平均值為20mm2/s（cSt）。）。常用液壓油的牌號(hào)和粘度常用液壓油的牌號(hào)和粘度2.1 流體的物理性質(zhì)

12、流體的物理性質(zhì)重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院16調(diào)合油的粘度調(diào)合油的粘度 選擇合適粘度的液壓油，對(duì)液壓系統(tǒng)的工作性能起著重要選擇合適粘度的液壓油，對(duì)液壓系統(tǒng)的工作性能起著重要的作用。當(dāng)能得到的液壓油的粘度不合要求時(shí)，可把兩種不同的作用。當(dāng)能得到的液壓油的粘度不合要求時(shí)，可把兩種不同粘度的液壓油按適當(dāng)?shù)谋壤旌掀饋?lái)使用，調(diào)合油。粘度的液壓油按適當(dāng)?shù)谋壤旌掀饋?lái)使用，調(diào)合油。調(diào)合油的粘度經(jīng)驗(yàn)公式：調(diào)合油的粘度經(jīng)驗(yàn)公式：)102(100)(2121EEcEbEaE2.1 流體的物理性質(zhì)流體的物理性質(zhì)重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院17E1、E2 混合前兩種油液的粘度，取混合前兩種油

13、液的粘度，取E1E2； E 混合后的調(diào)合油粘度；混合后的調(diào)合油粘度； a、b參與調(diào)合的兩種油液所占的百分?jǐn)?shù)（參與調(diào)合的兩種油液所占的百分?jǐn)?shù)（a+ b=100） c實(shí)驗(yàn)系數(shù)。實(shí)驗(yàn)系數(shù)。 系數(shù)系數(shù)c的數(shù)值的數(shù)值a102030405060708090b908070605040302010c6.713.117.922.125.527.928.22517式中式中2.1 流體的物理性質(zhì)流體的物理性質(zhì)重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院184 粘度特性：粘度特性： 溫度是影響粘度的主要因素。當(dāng)溫度是影響粘度的主要因素。當(dāng)溫度升高時(shí)，液體的粘度減小，氣溫度升高時(shí)，液體的粘度減小，氣體的粘度增加。體的粘度增

14、加。影響液體粘度的主要因素是溫度和壓力影響液體粘度的主要因素是溫度和壓力 粘度一般隨壓力變化不大，一般粘度一般隨壓力變化不大，一般可忽略不計(jì)?？珊雎圆挥?jì)。液體：液體：分子內(nèi)聚力是產(chǎn)生粘度的主要因素。分子內(nèi)聚力是產(chǎn)生粘度的主要因素。溫度溫度分子間距分子間距分子吸引力分子吸引力內(nèi)摩擦力內(nèi)摩擦力粘度粘度氣體：氣體：分子熱運(yùn)動(dòng)引起的動(dòng)量交換是產(chǎn)生粘度的主要因素。分子熱運(yùn)動(dòng)引起的動(dòng)量交換是產(chǎn)生粘度的主要因素。溫度溫度分子熱運(yùn)動(dòng)分子熱運(yùn)動(dòng)動(dòng)量交換動(dòng)量交換內(nèi)摩擦力內(nèi)摩擦力粘度粘度 氣體液體氣體粘度o 溫度2.1 流體的物理性質(zhì)流體的物理性質(zhì)重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院19 液壓油粘度對(duì)溫液壓油粘

15、度對(duì)溫度的變化十分敏感，度的變化十分敏感，溫度升高，粘度下降，溫度升高，粘度下降，液壓油的粘度隨溫度液壓油的粘度隨溫度變化的性質(zhì)稱(chēng)為變化的性質(zhì)稱(chēng)為粘溫粘溫特性特性。 一般高溫應(yīng)選擇一般高溫應(yīng)選擇粘度大的液壓油，以粘度大的液壓油，以減少泄漏；低溫應(yīng)選減少泄漏；低溫應(yīng)選擇粘度小的液壓油，擇粘度小的液壓油，以減小摩擦。以減小摩擦。2.1 流體的物理性質(zhì)流體的物理性質(zhì)重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院20液壓油其他物理化學(xué)性質(zhì)液壓油其他物理化學(xué)性質(zhì)抗燃性：抗燃性：指有較高的閃點(diǎn)、著火點(diǎn)和自燃點(diǎn)指有較高的閃點(diǎn)、著火點(diǎn)和自燃點(diǎn)抗凝性：抗凝性：指有較低的凝點(diǎn)指有較低的凝點(diǎn)抗氧化性：抗氧化性：油液不易與

16、空氣中氧發(fā)生化學(xué)反應(yīng)使油變質(zhì)酸化油液不易與空氣中氧發(fā)生化學(xué)反應(yīng)使油變質(zhì)酸化抗泡沫性：抗泡沫性：油中氣泡容易逸出并消除油中氣泡容易逸出并消除抗乳化性：抗乳化性：油水分離要容易油水分離要容易防銹性：防銹性：對(duì)鐵及非金屬的腐蝕小對(duì)鐵及非金屬的腐蝕小潤(rùn)滑性：潤(rùn)滑性：能對(duì)液壓元件滑動(dòng)部分充分潤(rùn)滑能對(duì)液壓元件滑動(dòng)部分充分潤(rùn)滑導(dǎo)熱性：導(dǎo)熱性：比熱容和導(dǎo)熱率大比熱容和導(dǎo)熱率大相容性：相容性：對(duì)金屬、密封件、橡膠軟管、涂料有良好的相容性對(duì)金屬、密封件、橡膠軟管、涂料有良好的相容性純凈性：純凈性：質(zhì)地純凈，盡可能不含污染物質(zhì)地純凈，盡可能不含污染物2.1 流體的物理性質(zhì)流體的物理性質(zhì)重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院重慶大學(xué)機(jī)

17、械工程學(xué)院21液壓油選用液壓油選用對(duì)液壓油液的選擇要求對(duì)液壓油液的選擇要求 粘溫特性好粘溫特性好 有良好的潤(rùn)滑性有良好的潤(rùn)滑性 成分要純凈成分要純凈 對(duì)熱、氧化水解都有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，使用壽命長(zhǎng)對(duì)熱、氧化水解都有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，使用壽命長(zhǎng) 比熱和傳熱系數(shù)大，體積膨脹系數(shù)小，閃點(diǎn)和燃點(diǎn)高，流比熱和傳熱系數(shù)大，體積膨脹系數(shù)小，閃點(diǎn)和燃點(diǎn)高，流 動(dòng)點(diǎn)和凝固點(diǎn)低。動(dòng)點(diǎn)和凝固點(diǎn)低。 （凝點(diǎn)（凝點(diǎn)油液完全失去其流動(dòng)性的最高溫度）油液完全失去其流動(dòng)性的最高溫度） 抗泡沫性和抗乳化性好，防銹性好抗泡沫性和抗乳化性好，防銹性好 材料相容性好，腐蝕性小材料相容性好，腐蝕性小 對(duì)人體無(wú)害，對(duì)環(huán)境污染小，價(jià)格便宜

18、無(wú)毒對(duì)人體無(wú)害，對(duì)環(huán)境污染小，價(jià)格便宜無(wú)毒 2.1 流體的物理性質(zhì)流體的物理性質(zhì)重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院22液壓泵用油粘度范圍及推薦用油表液壓泵用油粘度范圍及推薦用油表 液壓油牌號(hào)液壓油牌號(hào)L-HM32的含義是：的含義是：L表示潤(rùn)滑劑，表示潤(rùn)滑劑，H表示液表示液壓油，壓油，M表示抗磨型，粘度等級(jí)為表示抗磨型，粘度等級(jí)為VG32。2.1 流體的物理性質(zhì)流體的物理性質(zhì)重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院232.1 流體的物理性質(zhì)流體的物理性質(zhì)液壓油液的種類(lèi)及其性質(zhì)液壓油液的種類(lèi)及其性質(zhì)重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院242.2 流體靜力學(xué)流體靜力學(xué)重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院重

19、慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院252.2 流體靜力學(xué)流體靜力學(xué)主要是研究液體處于靜止?fàn)顟B(tài)下的力學(xué)規(guī)律及其應(yīng)用。主要是研究液體處于靜止?fàn)顟B(tài)下的力學(xué)規(guī)律及其應(yīng)用。液體靜壓力及其特性液體靜壓力及其特性靜壓力基本方程式靜壓力基本方程式帕斯卡原理帕斯卡原理靜壓力對(duì)固體壁面的作用力靜壓力對(duì)固體壁面的作用力重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院26流體處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，其單位面積上所受的法向作用力流體處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，其單位面積上所受的法向作用力靜壓力靜壓力 圖示為一團(tuán)處于平衡狀態(tài)的流體，圖示為一團(tuán)處于平衡狀態(tài)的流體，若用若用AB平面把它分成平面把它分成 和和兩部分，兩部分，將將取走，為保持取走，為保持 的平衡，必須有作

20、的平衡，必須有作用力用力F來(lái)代替來(lái)代替對(duì)對(duì)部分的作用。設(shè)被部分的作用。設(shè)被AB所截的流體截面面積為所截的流體截面面積為A，則流體所則流體所受到的平均靜壓力為受到的平均靜壓力為AFp 2.2 流體靜力學(xué)流體靜力學(xué)流體靜壓力及其特性流體靜壓力及其特性重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院27 若若A面上各點(diǎn)壓力不等，則面上各點(diǎn)壓力不等，則A面上任意點(diǎn)面上任意點(diǎn)D處的靜壓力為處的靜壓力為AFpAD0lim液體靜壓力有兩個(gè)重要特性：液體靜壓力有兩個(gè)重要特性：1. 1. 靜止流體表面應(yīng)力只靜止流體表面應(yīng)力只能是壓應(yīng)力或壓強(qiáng)，且靜能是壓應(yīng)力或壓強(qiáng)，且靜壓強(qiáng)方向與作用面的內(nèi)法壓強(qiáng)方向與作用面的內(nèi)法線(xiàn)方向重

21、合。線(xiàn)方向重合。 靜壓力恒垂直于器壁2.2 流體靜力學(xué)流體靜力學(xué)重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院282. 2. 作用于靜止流體同一點(diǎn)壓強(qiáng)作用于靜止流體同一點(diǎn)壓強(qiáng)的大小各向相等，與作用面的方的大小各向相等，與作用面的方位無(wú)關(guān)。位無(wú)關(guān)。 2.2 流體靜力學(xué)流體靜力學(xué)壓力的表示方法和單位壓力的表示方法和單位根據(jù)度量基準(zhǔn)的不同，液體壓力分為絕對(duì)壓力和相對(duì)壓根據(jù)度量基準(zhǔn)的不同，液體壓力分為絕對(duì)壓力和相對(duì)壓力兩種。力兩種。 絕對(duì)壓力絕對(duì)壓力以絕對(duì)零壓為基準(zhǔn)所測(cè)以絕對(duì)零壓為基準(zhǔn)所測(cè)相對(duì)壓力相對(duì)壓力以大氣壓力為基準(zhǔn)所測(cè)以大氣壓力為基準(zhǔn)所測(cè)重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院292.2 流體靜力學(xué)流

22、體靜力學(xué) 如果液體中某點(diǎn)的如果液體中某點(diǎn)的絕對(duì)壓力小于大氣壓力，絕對(duì)壓力小于大氣壓力，這時(shí)，比大氣壓力小的這時(shí)，比大氣壓力小的那部分?jǐn)?shù)值叫做真空度那部分?jǐn)?shù)值叫做真空度重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院302.2 流體靜力學(xué)流體靜力學(xué)國(guó)際單位國(guó)際單位Pa(帕，帕，N/m2)1bar=1*105Pa=1.01972工程大氣壓（工程大氣壓（kgf/cm2）=1.01972*104mm水柱水柱=7.50062*102mm汞柱汞柱液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中所測(cè)壓力均為相對(duì)壓力即表壓力液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中所測(cè)壓力均為相對(duì)壓力即表壓力各種壓力單位的換算關(guān)系各種壓力單位的換算關(guān)系重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院3

23、12.2 流體靜力學(xué)流體靜力學(xué)壓力表壓力表1彎管 2指針 3刻度盤(pán) 4杠桿 5齒扇 6小齒輪 當(dāng)彈簧管內(nèi)受到介質(zhì)壓力時(shí)，當(dāng)彈簧管內(nèi)受到介質(zhì)壓力時(shí)，它的活動(dòng)端就向外伸張，經(jīng)傳動(dòng)它的活動(dòng)端就向外伸張，經(jīng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)指針轉(zhuǎn)動(dòng)，由刻度盤(pán)上機(jī)構(gòu)帶動(dòng)指針轉(zhuǎn)動(dòng)，由刻度盤(pán)上指示出介質(zhì)的壓力。指示出介質(zhì)的壓力。 重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院322.2 流體靜力學(xué)流體靜力學(xué)重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院33靜壓力基本方程靜壓力基本方程反映了在重力作用下靜止液體中的壓力分布規(guī)律反映了在重力作用下靜止液體中的壓力分布規(guī)律2.2 流體靜力學(xué)流體靜力學(xué)靜壓力基本方程靜壓力基本方程壓力壓力由兩部分組成

24、：液面壓力由兩部分組成：液面壓力P0 0 ，自重形成的壓力自重形成的壓力gh。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：離液面深度相同各點(diǎn)組成的等壓面，為水平面離液面深度相同各點(diǎn)組成的等壓面，為水平面液體內(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；ghpp0重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院34 由于兩缸互相連通，構(gòu)成一個(gè)密閉連通容器，按帕斯卡由于兩缸互相連通，構(gòu)成一個(gè)密閉連通容器，按帕斯卡原理，液壓缸內(nèi)壓力處處相等，原理，液壓缸內(nèi)壓力處處相等，p1 = p2于是于是2.2 流體靜力學(xué)流體靜力學(xué)靜壓力傳遞原理靜壓力傳遞原理垂直液壓缸垂直液壓缸面積面積A

25、1負(fù)載負(fù)載F 1水平液壓缸水平液壓缸面積面積A 2 負(fù)載負(fù)載F 2在平衡液體中，作用在液體部分邊界面上的外力所產(chǎn)生的在平衡液體中，作用在液體部分邊界面上的外力所產(chǎn)生的壓力將等值地傳遞給液體中的每一點(diǎn)。壓力將等值地傳遞給液體中的每一點(diǎn)。帕斯卡定律帕斯卡定律。1212FAAF 重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院352.2 流體靜力學(xué)流體靜力學(xué)靜壓力傳動(dòng)特點(diǎn)靜壓力傳動(dòng)特點(diǎn) 傳動(dòng)必須在密封容器內(nèi)進(jìn)行傳動(dòng)必須在密封容器內(nèi)進(jìn)行 系統(tǒng)內(nèi)壓力大小取決于外負(fù)載的大小系統(tǒng)內(nèi)壓力大小取決于外負(fù)載的大小 流體傳動(dòng)可以將力放大，放大倍數(shù)等于活塞面積之比流體傳動(dòng)可以將力放大，放大倍數(shù)等于活塞面積之比 在工程上很多流

26、體機(jī)械在工程上很多流體機(jī)械(如液壓傳動(dòng)等如液壓傳動(dòng)等)都是根據(jù)流體的壓都是根據(jù)流體的壓力傳遞原理而設(shè)計(jì)的，而且在多數(shù)場(chǎng)合都是力傳遞原理而設(shè)計(jì)的，而且在多數(shù)場(chǎng)合都是p0gh的情況。的情況。工程計(jì)算中常將工程計(jì)算中常將gh 項(xiàng)忽略不計(jì)，這樣則可認(rèn)為容器中的壓力項(xiàng)忽略不計(jì)，這樣則可認(rèn)為容器中的壓力處處相等。處處相等。重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院36 如果垂直液壓缸的活塞上沒(méi)有載荷，則不計(jì)活塞重量及其如果垂直液壓缸的活塞上沒(méi)有載荷，則不計(jì)活塞重量及其他阻力時(shí)，不論怎樣推動(dòng)水平液壓缸的活塞，都不能在液體中他阻力時(shí)，不論怎樣推動(dòng)水平液壓缸的活塞，都不能在液體中形成壓力，說(shuō)明液壓系統(tǒng)中的壓力是由

27、外載荷決定的，這是液形成壓力，說(shuō)明液壓系統(tǒng)中的壓力是由外載荷決定的，這是液壓傳動(dòng)中的一個(gè)基本概念。壓傳動(dòng)中的一個(gè)基本概念。2.2 流體靜力學(xué)流體靜力學(xué)重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院37最簡(jiǎn)單的情況最簡(jiǎn)單的情況: 水平面上的總壓力。水平面上的總壓力。 圖示，設(shè)容器的底面積為圖示，設(shè)容器的底面積為A，所盛液體的密度為所盛液體的密度為，液深為液深為h，液面上的壓力為液面上的壓力為p0，則作用在底面上的總壓力是否相同？則作用在底面上的總壓力是否相同？ 水平面上的總壓力水平面上的總壓力2.2 流體靜力學(xué)流體靜力學(xué)液體對(duì)固體壁面的作用力液體對(duì)固體壁面的作用力重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)

28、院38總壓力總壓力僅由液體重量引起的總壓力為僅由液體重量引起的總壓力為AghppAP)(0ghAP 水平壁面上的壓力只與液體的密度水平壁面上的壓力只與液體的密度 ，液深液深 h 及受力面積及受力面積 A有關(guān)。有關(guān)。 形狀不同而底面積均為形狀不同而底面積均為 A 的四個(gè)容器，雖然所盛液體數(shù)量的四個(gè)容器，雖然所盛液體數(shù)量不等，但是上述三項(xiàng)不等，但是上述三項(xiàng) 、A 及及 h 均相同，故底面積所受總壓力均相同，故底面積所受總壓力均相同，這就是水力學(xué)中所謂的均相同，這就是水力學(xué)中所謂的“靜水奇象靜水奇象”。它說(shuō)明液體作。它說(shuō)明液體作用在容器底面的總壓力不應(yīng)同容器所盛液重相混淆。用在容器底面的總壓力不應(yīng)同

29、容器所盛液重相混淆。2.2 流體靜力學(xué)流體靜力學(xué)重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院392.2 流體靜力學(xué)流體靜力學(xué)如：液壓缸，若設(shè)活塞直徑為如：液壓缸，若設(shè)活塞直徑為D, ,則則 作用在平面上的總作用力作用在平面上的總作用力結(jié)論：曲面在某一方向上所受的作用力，等于液體壓力與曲面結(jié)論：曲面在某一方向上所受的作用力，等于液體壓力與曲面在該方向的垂直投影面積之乘積。在該方向的垂直投影面積之乘積。 作用在曲面上的總作用力作用在曲面上的總作用力42DppAFpAF xxpAF 重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院402.3液體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)液體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ) 重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院4

30、12.3 流體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)流體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ) 主要討論流體動(dòng)力學(xué)的基本概念，三個(gè)基本方程主要討論流體動(dòng)力學(xué)的基本概念，三個(gè)基本方程連續(xù)連續(xù)性方程、伯努利方程和動(dòng)量方程。性方程、伯努利方程和動(dòng)量方程。1 基本概念基本概念1) 理想液體、恒定流動(dòng)理想液體、恒定流動(dòng)理想流體：一種假想的既無(wú)粘性又不可壓縮的液體理想流體：一種假想的既無(wú)粘性又不可壓縮的液體恒定流動(dòng)：流體流動(dòng)時(shí)，流體中任一點(diǎn)處的壓力、速度和恒定流動(dòng)：流體流動(dòng)時(shí)，流體中任一點(diǎn)處的壓力、速度和密度等參數(shù)都不隨時(shí)間而變化。密度等參數(shù)都不隨時(shí)間而變化。 （或稱(chēng)定常流動(dòng)、非時(shí)變（或稱(chēng)定常流動(dòng)、非時(shí)變流動(dòng)）流動(dòng)）重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院42

31、非恒定流動(dòng)非恒定流動(dòng)恒定流動(dòng)恒定流動(dòng)2.3 液體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)液體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ) 重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院432.3 液體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)液體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ) 2) 過(guò)流斷面過(guò)流斷面 流量流量 流速流速 在流束或總流中與所有流線(xiàn)都在流束或總流中與所有流線(xiàn)都相垂直的橫斷面稱(chēng)為過(guò)流斷面或有相垂直的橫斷面稱(chēng)為過(guò)流斷面或有效斷面。效斷面。過(guò)流斷面過(guò)流斷面 過(guò)流斷面可能是平面也可能過(guò)流斷面可能是平面也可能是曲面。是曲面。重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院44流量流量 單位時(shí)間內(nèi)流過(guò)過(guò)流斷面的流體量稱(chēng)為流量。流量可以單位時(shí)間內(nèi)流過(guò)過(guò)流斷面的流體量稱(chēng)為流量。流量可以用體積、重量和質(zhì)量來(lái)表示，分別稱(chēng)為體積流

32、量、重量流量用體積、重量和質(zhì)量來(lái)表示，分別稱(chēng)為體積流量、重量流量和質(zhì)量流量。和質(zhì)量流量。流過(guò)微元面積流過(guò)微元面積 d A 的體積流量為的體積流量為 dQv dA流經(jīng)整個(gè)過(guò)流斷面流經(jīng)整個(gè)過(guò)流斷面 A 的流量的流量AdAvQ 體積流量體積流量AvdAM AvdAG 重量流量重量流量質(zhì)量流量質(zhì)量流量dAv2.3 液體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)液體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ) 重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院45平均流速平均流速通流截面上各點(diǎn)均勻分布假想流速通流截面上各點(diǎn)均勻分布假想流速 v = q/A q = 0 v = 0 q v q v 結(jié)論：液壓缸的運(yùn)動(dòng)速度取決于進(jìn)入液壓結(jié)論：液壓缸的運(yùn)動(dòng)速度取決于進(jìn)入液壓缸的流量，并

33、且隨著流量的變化而變化。缸的流量，并且隨著流量的變化而變化。q q A A v v2.3 液體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)液體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ) AudAvAqAqv 重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院463 ) 層流、紊流、雷諾數(shù)層流、紊流、雷諾數(shù)2.3 液體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)液體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ) 層流：層流：流體呈層狀流動(dòng)，流線(xiàn)與圓管軸線(xiàn)平行，質(zhì)點(diǎn)只有沿管流體呈層狀流動(dòng)，流線(xiàn)與圓管軸線(xiàn)平行，質(zhì)點(diǎn)只有沿管 道軸線(xiàn)的縱向運(yùn)動(dòng)，無(wú)垂直于管道軸線(xiàn)的橫向運(yùn)動(dòng)。道軸線(xiàn)的縱向運(yùn)動(dòng)，無(wú)垂直于管道軸線(xiàn)的橫向運(yùn)動(dòng)。紊流：紊流：流體質(zhì)點(diǎn)相互碰撞、混雜，質(zhì)點(diǎn)除了管道軸線(xiàn)的縱向運(yùn)流體質(zhì)點(diǎn)相互碰撞、混雜，質(zhì)點(diǎn)除了管道軸線(xiàn)的縱向運(yùn) 動(dòng)，還有垂直管道軸線(xiàn)

34、的劇烈的橫向運(yùn)動(dòng)。動(dòng)，還有垂直管道軸線(xiàn)的劇烈的橫向運(yùn)動(dòng)。重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院47流體有兩種流動(dòng)狀態(tài)，其流動(dòng)阻力與流動(dòng)狀態(tài)有關(guān)。流體有兩種流動(dòng)狀態(tài)，其流動(dòng)阻力與流動(dòng)狀態(tài)有關(guān)。（1）雷諾試驗(yàn)裝置雷諾試驗(yàn)裝置雷諾試驗(yàn)雷諾試驗(yàn)2.3 液體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)液體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ) 重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院48D 反向試驗(yàn)，關(guān)閉閥門(mén)，則色流逐漸恢反向試驗(yàn)，關(guān)閉閥門(mén)，則色流逐漸恢復(fù)到圖復(fù)到圖c所示的過(guò)渡狀態(tài)，再關(guān)小閥門(mén)，所示的過(guò)渡狀態(tài)，再關(guān)小閥門(mén)，則恢復(fù)到圖則恢復(fù)到圖b 所示的層流狀態(tài)。所示的層流狀態(tài)。（2）實(shí)驗(yàn)觀察到的現(xiàn)象 (a) (b)(d) (c)觀察錄像1觀察錄像觀察錄像1A 試

35、驗(yàn)時(shí)微微打開(kāi)閥門(mén)，管內(nèi)水的流速試驗(yàn)時(shí)微微打開(kāi)閥門(mén)，管內(nèi)水的流速較小，色水成一鮮明的細(xì)流，非常平穩(wěn)，較小，色水成一鮮明的細(xì)流，非常平穩(wěn)，并與管的中心線(xiàn)平行（圖并與管的中心線(xiàn)平行（圖a）。）。B 逐漸打開(kāi)閥門(mén)到一定程度，色水細(xì)流逐漸打開(kāi)閥門(mén)到一定程度，色水細(xì)流出現(xiàn)波動(dòng)（圖出現(xiàn)波動(dòng)（圖b）。）。C 繼續(xù)打開(kāi)閥門(mén)，色水細(xì)流波動(dòng)劇烈，繼續(xù)打開(kāi)閥門(mén)，色水細(xì)流波動(dòng)劇烈，開(kāi)始出現(xiàn)斷裂，最后形成與周?chē)逅扉_(kāi)始出現(xiàn)斷裂，最后形成與周?chē)逅祀s、穿插的紊亂流動(dòng)（圖雜、穿插的紊亂流動(dòng)（圖c）。）。222.3 液體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)液體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ) 重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院49雷諾數(shù)雷諾數(shù) 雷諾數(shù)雷諾數(shù)Re：雷

36、諾根據(jù)大量試驗(yàn)歸納出的一個(gè)用于判別流態(tài)：雷諾根據(jù)大量試驗(yàn)歸納出的一個(gè)用于判別流態(tài)的無(wú)因次的綜合量。的無(wú)因次的綜合量。vdvdRe 液流的慣性力對(duì)粘性力的無(wú)因次比液流的慣性力對(duì)粘性力的無(wú)因次比 Re較大，液體的慣性力起主導(dǎo)作用，液體處于紊流狀態(tài)較大，液體的慣性力起主導(dǎo)作用，液體處于紊流狀態(tài) Re較小，粘性力起主導(dǎo)作用，液體處于層流狀態(tài)較小，粘性力起主導(dǎo)作用，液體處于層流狀態(tài) 2.3 液體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)液體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ) 雷諾數(shù)的物理意義：雷諾數(shù)的物理意義：Re2000（或2320）為層流Re2000 （或2320）為紊流 重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院50 連續(xù)性原理連續(xù)性原理理想流體在管道中

37、理想流體在管道中恒定流動(dòng)時(shí)，根據(jù)質(zhì)量守恒定律，流恒定流動(dòng)時(shí)，根據(jù)質(zhì)量守恒定律，流體在管道內(nèi)既不能增多，也不能減少，體在管道內(nèi)既不能增多，也不能減少，因此單位時(shí)間內(nèi)流入流體的質(zhì)量應(yīng)恒因此單位時(shí)間內(nèi)流入流體的質(zhì)量應(yīng)恒等于流出流體的質(zhì)量。等于流出流體的質(zhì)量。2 連續(xù)性方程連續(xù)性方程m1= m22.3 液體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)液體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ) 1u1dA1dt = 2 u2dA2dt若忽略流體可壓縮性若忽略流體可壓縮性 1=2 =221121dAudAuAAu1dA1 = u2dA2重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院51則則 v1A1 = v2A2 或或 q = vA = 常數(shù)常數(shù)結(jié)論：流體在管道中恒定流動(dòng)

38、時(shí)，流過(guò)各個(gè)斷面的流量是相等結(jié)論：流體在管道中恒定流動(dòng)時(shí)，流過(guò)各個(gè)斷面的流量是相等的，因而流速和過(guò)流斷面成反比。的，因而流速和過(guò)流斷面成反比。2.3 液體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)液體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ) 連續(xù)性方程在液壓中是經(jīng)常用到，連續(xù)性方程在液壓中是經(jīng)常用到，-速度傳遞和速度調(diào)節(jié)概念速度傳遞和速度調(diào)節(jié)概念2112AAvv 如果改變?nèi)绻淖僾1 ，則，則v2就會(huì)隨就會(huì)隨之作相應(yīng)的改變；只要能設(shè)法之作相應(yīng)的改變；只要能設(shè)法調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)v1 ，則，則v2也將獲得相應(yīng)的也將獲得相應(yīng)的調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)。重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院522.3 液體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)液體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ) 32211qAvAv)(131122qAvAv當(dāng)當(dāng)

39、 v1不可調(diào)節(jié)時(shí)，那么調(diào)節(jié)不可調(diào)節(jié)時(shí)，那么調(diào)節(jié) q3也能使也能使 v2產(chǎn)生相應(yīng)的變化。產(chǎn)生相應(yīng)的變化。 在液壓技術(shù)中，在液壓技術(shù)中， v1或或 q3都能夠做到在一定范圍內(nèi)進(jìn)行無(wú)都能夠做到在一定范圍內(nèi)進(jìn)行無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)，因此級(jí)調(diào)節(jié)，因此 v2也能實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)，這是液壓傳動(dòng)能被普遍也能實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)，這是液壓傳動(dòng)能被普遍應(yīng)用的原因之一。應(yīng)用的原因之一。重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院533 伯努利方程伯努利方程能量守恒定律在流體力學(xué)中的應(yīng)用能量守恒定律在流體力學(xué)中的應(yīng)用能量守恒定律能量守恒定律：理想流體在管道中穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)，根據(jù)能量守：理想流體在管道中穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)，根據(jù)能量守恒定律，同一管道內(nèi)任一截面

40、上的總能量相等。恒定律，同一管道內(nèi)任一截面上的總能量相等?；颍和饬?duì)物體所做的功應(yīng)該等于該物體機(jī)械能的變化量?；颍和饬?duì)物體所做的功應(yīng)該等于該物體機(jī)械能的變化量。 在密閉管道內(nèi)作恒定流動(dòng)的理想流體具有三種形式的能量，在密閉管道內(nèi)作恒定流動(dòng)的理想流體具有三種形式的能量，即即壓力能壓力能、位能位能和和動(dòng)能動(dòng)能。在流動(dòng)過(guò)程中，三種能量之間可以。在流動(dòng)過(guò)程中，三種能量之間可以互互相轉(zhuǎn)化相轉(zhuǎn)化，但各個(gè)過(guò)流斷面上，但各個(gè)過(guò)流斷面上三種能量之和恒為定值三種能量之和恒為定值。22112212(222)22pvpvzzgggg2.3 液體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)液體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ) 重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院54 位

41、能、壓力能和動(dòng)能既然是一位能、壓力能和動(dòng)能既然是一種能量，就可以相互轉(zhuǎn)變，流速變種能量，就可以相互轉(zhuǎn)變，流速變小，動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫δ?。壓力能將小，?dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫δ?。壓力能將增加；反之，壓力能亦可轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)增加；反之，壓力能亦可轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)能。能。 對(duì)于理想流體恒定流動(dòng)，三項(xiàng)對(duì)于理想流體恒定流動(dòng)，三項(xiàng)之和為一常數(shù)，表示任意一個(gè)流體之和為一常數(shù)，表示任意一個(gè)流體質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的位能、壓力能和質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的位能、壓力能和動(dòng)能之和保持不變。因此，對(duì)于理動(dòng)能之和保持不變。因此，對(duì)于理想流體，伯努利方程又是流體力學(xué)想流體，伯努利方程又是流體力學(xué)中的能量守恒定律。中的能量守恒定律?？偪偹^頭線(xiàn)線(xiàn)測(cè)測(cè)壓壓管管水水

42、頭頭線(xiàn)線(xiàn)1Z2Z1p2pgV221gV2221 11 12 22 22.3 液體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)液體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ) 重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院55 在實(shí)際流體的流動(dòng)中，單位重量流體所具有的機(jī)械能在流動(dòng)在實(shí)際流體的流動(dòng)中，單位重量流體所具有的機(jī)械能在流動(dòng)過(guò)程中不能維持常數(shù)不變，而是要沿著流動(dòng)方向逐漸減小。過(guò)程中不能維持常數(shù)不變，而是要沿著流動(dòng)方向逐漸減小。實(shí)際中所有的流體都有粘性實(shí)際中所有的流體都有粘性流動(dòng)的過(guò)程中流動(dòng)的過(guò)程中流體層與流體層之間流體層與流體層之間 流體與管壁之間產(chǎn)生摩擦流體與管壁之間產(chǎn)生摩擦粘性粘性產(chǎn)生能量損失，產(chǎn)生能量損失，使流體的機(jī)械能降低使流體的機(jī)械能降低局部地區(qū)過(guò)流斷

43、面變化局部地區(qū)過(guò)流斷面變化流體質(zhì)點(diǎn)互相沖撞流體質(zhì)點(diǎn)互相沖撞產(chǎn)生旋渦產(chǎn)生旋渦引起機(jī)械能的損失引起機(jī)械能的損失2.3 液體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)液體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ) 重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院562211221222wpvpvzzhgg 實(shí)際總水頭線(xiàn)沿微實(shí)際總水頭線(xiàn)沿微元流束下降，而靜水頭元流束下降，而靜水頭線(xiàn)則隨流束的形狀上升線(xiàn)則隨流束的形狀上升或下降?；蛳陆?。幾何解釋?zhuān)簬缀谓忉專(zhuān)嚎偪偹^頭線(xiàn)線(xiàn)靜靜水水頭頭線(xiàn)線(xiàn)基基準(zhǔn)準(zhǔn)面面1Z2Z1p2pgV221gV222wh重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院57 在液體管道的某一截面處裝有在液體管道的某一截面處裝有一個(gè)測(cè)壓管和一根兩端開(kāi)口彎成一個(gè)測(cè)壓管和

44、一根兩端開(kāi)口彎成直角的玻璃管直角的玻璃管( (稱(chēng)為測(cè)速管稱(chēng)為測(cè)速管) )。例題例題1：h=V2/2gAB00V 將測(cè)速管將測(cè)速管(又稱(chēng)皮托管又稱(chēng)皮托管)的一端正對(duì)著來(lái)流方向，另一端垂直向的一端正對(duì)著來(lái)流方向，另一端垂直向上，這時(shí)測(cè)速管中上升的液柱比測(cè)壓管內(nèi)的液柱高上，這時(shí)測(cè)速管中上升的液柱比測(cè)壓管內(nèi)的液柱高h(yuǎn)。這是由于。這是由于當(dāng)液流流到測(cè)速管入口前的當(dāng)液流流到測(cè)速管入口前的A點(diǎn)處，受到阻擋，流速變?yōu)榱悖瑒t點(diǎn)處，受到阻擋，流速變?yōu)榱?，則在測(cè)速管入口形成一個(gè)駐點(diǎn)在測(cè)速管入口形成一個(gè)駐點(diǎn)A。駐點(diǎn)。駐點(diǎn)A的壓力的壓力pA稱(chēng)為全壓，在入口稱(chēng)為全壓，在入口前同一水平流線(xiàn)未受擾動(dòng)處前同一水平流線(xiàn)未受擾動(dòng)處

45、(例如例如B點(diǎn)點(diǎn))的液體壓力為的液體壓力為pB，速度為，速度為V。應(yīng)用伯努利方程于同一流線(xiàn)上的應(yīng)用伯努利方程于同一流線(xiàn)上的B、A兩點(diǎn)，則有兩點(diǎn)，則有2.3 液體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)液體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ) 重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院58202BAppVzzg22ABppVhg22ABppVgghh=V2/2gAB00VZZpA/pB/ 由此可見(jiàn)，由此可見(jiàn)， 代表一個(gè)高度，這個(gè)高度就是測(cè)速管內(nèi)代表一個(gè)高度，這個(gè)高度就是測(cè)速管內(nèi)液柱的高度，稱(chēng)為速度水頭。液柱的高度，稱(chēng)為速度水頭。2/2Vg2.3 液體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)液體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ) 重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院59 水通過(guò)虹吸管從水箱吸水通過(guò)虹吸管

46、從水箱吸至至B點(diǎn)。虹吸管直徑點(diǎn)。虹吸管直徑d160mm，出口，出口B處噴嘴直徑處噴嘴直徑d230mm。當(dāng)。當(dāng)H12m，H24m時(shí)，在不計(jì)水頭損時(shí)，在不計(jì)水頭損失條件下，試求流量和失條件下，試求流量和C點(diǎn)的壓力。點(diǎn)的壓力。例題2：d1d3H1H213322CB2.3 液體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)液體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ) 重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院60 解解 以以2 22 2斷面為基準(zhǔn)，對(duì)斷面為基準(zhǔn)，對(duì)1 11 1和和2 22 2斷面列伯努里方程，用相斷面列伯努里方程，用相對(duì)壓強(qiáng)計(jì)算時(shí)，有對(duì)壓強(qiáng)計(jì)算時(shí)，有2212200022vvHgg式中式中 于是于是2222 9.81 48.86/vgHm s因此，通過(guò)虹

47、吸管的流量為因此，通過(guò)虹吸管的流量為223223.14 0.038.860.00626/6.26 /44dQvmsl sd1d3H1H213322CB2.3 液體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)液體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ) 重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院61 為求為求C點(diǎn)壓力，以點(diǎn)壓力，以22為基準(zhǔn)，對(duì)為基準(zhǔn)，對(duì)33和和22斷面列伯努利方程斷面列伯努利方程223212()0022CpvvHHgggd1d3H1H213322CB由連續(xù)性方程得由連續(xù)性方程得222321308.862.215/60dvvm sd222112()()22024.32CvvpHHgPag 負(fù)號(hào)表示負(fù)號(hào)表示C處的壓強(qiáng)低于一個(gè)大氣壓，處于真空狀態(tài)。

48、正是由于處的壓強(qiáng)低于一個(gè)大氣壓，處于真空狀態(tài)。正是由于這一真空，才可格水箱中的水吸起這一真空，才可格水箱中的水吸起Hl的高度。的高度。2.3 液體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)液體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ) 重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院624 定常流動(dòng)的動(dòng)量方程定常流動(dòng)的動(dòng)量方程 理論力學(xué)中的動(dòng)量定理：理論力學(xué)中的動(dòng)量定理：質(zhì)點(diǎn)系動(dòng)量變化率等于作用在質(zhì)點(diǎn)質(zhì)點(diǎn)系動(dòng)量變化率等于作用在質(zhì)點(diǎn)系上的各外力的矢量和系上的各外力的矢量和，即，即dKFdt dKFdt 或式中式中 質(zhì)點(diǎn)系的動(dòng)量；質(zhì)點(diǎn)系的動(dòng)量；作用在質(zhì)點(diǎn)系上各外力的矢量和作用在質(zhì)點(diǎn)系上各外力的矢量和FK 動(dòng)量方程動(dòng)量方程2.3 液體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)液體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ) 重慶大學(xué)機(jī)

49、械工程學(xué)院重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院63 經(jīng)過(guò)經(jīng)過(guò) dt 時(shí)間后從位置時(shí)間后從位置1-2流到位置流到位置1-2。與此同時(shí)，流。與此同時(shí)，流段的動(dòng)量發(fā)生了變化，其變化段的動(dòng)量發(fā)生了變化，其變化等于流段在等于流段在1-2和和1-2位置時(shí)位置時(shí)的動(dòng)量之差。的動(dòng)量之差。 設(shè)不可壓縮流體在彎管中作定常流動(dòng)，如圖所示，取有設(shè)不可壓縮流體在彎管中作定常流動(dòng)，如圖所示，取有效截面效截面11和和22之間的一個(gè)流段。之間的一個(gè)流段。截面上的平均流速為截面上的平均流速為Vl V2流段外力：質(zhì)量力、兩截面流段外力：質(zhì)量力、兩截面上的壓力和管壁的作用力上的壓力和管壁的作用力2.3 液體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)液體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ) 重慶大學(xué)機(jī)械工

50、程學(xué)院重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院64 由于定常流動(dòng)中流管內(nèi)由于定常流動(dòng)中流管內(nèi)各空間點(diǎn)的流速不隨時(shí)間變各空間點(diǎn)的流速不隨時(shí)間變化，因此化，因此1-2這部分流體的這部分流體的動(dòng)量沒(méi)有改變。動(dòng)量沒(méi)有改變。 在在dt 時(shí)間內(nèi)流段的動(dòng)量時(shí)間內(nèi)流段的動(dòng)量變化等于變化等于2-2段的動(dòng)量和段的動(dòng)量和1-l段的動(dòng)量之差，即段的動(dòng)量之差，即1 21 21 22 21 11 22 21 12121() ()dKKKKKKKKKQdtVQdtV 2.3 液體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)液體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ) 重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院65動(dòng)量方程的應(yīng)用動(dòng)量方程的應(yīng)用流體作用于彎管的力流體作用于彎管的力 一水平彎管。由于液流在彎一水平

51、彎管。由于液流在彎道改變了流動(dòng)方向，也就改變道改變了流動(dòng)方向，也就改變了動(dòng)量，于是就會(huì)產(chǎn)生壓力作了動(dòng)量，于是就會(huì)產(chǎn)生壓力作用于管壁。因此在設(shè)計(jì)管道時(shí)，用于管壁。因此在設(shè)計(jì)管道時(shí)，在管路損彎處必須考慮這個(gè)作在管路損彎處必須考慮這個(gè)作用力，并設(shè)法平衡之，以防管用力，并設(shè)法平衡之，以防管道破裂。道破裂。用動(dòng)量方程來(lái)確定這種作用力用動(dòng)量方程來(lái)確定這種作用力p1p2V1V21 11 12 22 2 Rxy2.3 液體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)液體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ) 重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院66用兩個(gè)分量來(lái)分析：用兩個(gè)分量來(lái)分析：沿沿 x 軸方向的動(dòng)量變化為軸方向的動(dòng)量變化為( cos)Q vv沿沿 x 軸方向的

52、作用力總和為軸方向的作用力總和為12cosxPAP AR1212cos( cos)(cos)(1 cos)xxPAP ARQ vvRPPAQv于是有于是有p1p2V1V21122 Ryx2.3 液體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)液體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ) 重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院67同理，對(duì)同理，對(duì) y 軸方向有軸方向有2sinsinyRPAQv從以上公式求出從以上公式求出Rx與與Ry，便可計(jì)算，便可計(jì)算R。2.3 液體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)液體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ) 重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院682.3 液體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)液體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ) 重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院69p1p2V1V2PxPyP30 30 6

53、0 例例 在給水管道中有一段在給水管道中有一段60拐彎的水平彎管，已知管道內(nèi)拐彎的水平彎管，已知管道內(nèi)徑徑d=67mm，流量，流量G=245.25kN/h，壓力，壓力p=3139kPa，水溫，水溫t=104C，若不計(jì)管道的壓力損失，求給水作用在彎管上的作，若不計(jì)管道的壓力損失，求給水作用在彎管上的作用力。用力。2.3 液體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)液體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ) 重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院70解解 從蒸汽表中查得在從蒸汽表中查得在P=3139kPa，t =104C時(shí)，時(shí)，=9427kN/m3。由于是等截面管道，又不計(jì)壓力損失，所以由于是等截面管道，又不計(jì)壓力損失，所以管道中的水流流速管道中的水流

54、流速pppVVV2121)/(05. 29427067. 014. 336001025.24544232smdGAQV)(9592866. 0)10313905. 281. 99427(4067. 014. 360sin)(3222NpVAPy2.3 液體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)液體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ) 重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院71得給水作用在彎管上的作用力得給水作用在彎管上的作用力)(11077959255402222NPPPyx)(5540)5 . 01)(10313905. 281. 99427(4067. 014. 3)60cos1)(60cos)()(322222NpVApVApVAPx2.

55、3 液體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)液體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ) 重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院72 例例 密度密度const的理想流體，從噴射器噴出一股截面的理想流體，從噴射器噴出一股截面積為積為a、流速為、流速為v的射流，沖擊著以等速度的射流，沖擊著以等速度u在水平方向運(yùn)動(dòng)著在水平方向運(yùn)動(dòng)著的傾斜平板，傾斜平板與射流軸線(xiàn)夾角為的傾斜平板，傾斜平板與射流軸線(xiàn)夾角為，假設(shè)水流在平板，假設(shè)水流在平板上的流動(dòng)是定常流動(dòng)，求射流每秒對(duì)平板所作的功上的流動(dòng)是定常流動(dòng)，求射流每秒對(duì)平板所作的功N。yxo1122iivu2.3 液體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)液體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ) 重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院73)(uvaavmrsin)

56、(sinuvvr解解 將參考坐標(biāo)固定在平板上，原點(diǎn)將參考坐標(biāo)固定在平板上，原點(diǎn)o放在射流軸線(xiàn)與平板的放在射流軸線(xiàn)與平板的交點(diǎn)處，而交點(diǎn)處，而x軸與射流水平軸線(xiàn)一致。取如圖虛線(xiàn)所示的運(yùn)動(dòng)控制軸與射流水平軸線(xiàn)一致。取如圖虛線(xiàn)所示的運(yùn)動(dòng)控制體。沿著垂直于平板的法線(xiàn)體。沿著垂直于平板的法線(xiàn)n方向，有平板對(duì)控制體的作用力方向，有平板對(duì)控制體的作用力R。 沖擊傾斜平板的射流質(zhì)量流量沖擊傾斜平板的射流質(zhì)量流量相對(duì)速度相對(duì)速度 vr 在傾斜平板法線(xiàn)在傾斜平板法線(xiàn) n 方向的投影方向的投影寫(xiě)出寫(xiě)出 n 方向的動(dòng)量方程（以坐標(biāo)定方向）方向的動(dòng)量方程（以坐標(biāo)定方向）)sin0(rvmRsin)(sin2uvamvR

57、r得得yxo1122iivu2.3 液體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)液體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ) 重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院74根據(jù)題意，只需求出根據(jù)題意，只需求出F在在x方向的分力方向的分力Fxsin)(2uvaRF22sin)(sinuvaFFx這樣，得到射流每秒所作的功這樣，得到射流每秒所作的功N為為22sin)(uuvauFNx射流對(duì)傾斜平板的作用力射流對(duì)傾斜平板的作用力F，在數(shù)值上與，在數(shù)值上與R相等，而方向相反。相等，而方向相反。2.3 液體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)液體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ) 重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院752.4 液壓系統(tǒng)的壓力損失液壓系統(tǒng)的壓力損失重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院76

58、內(nèi)因是液體粘性，外因是管道結(jié)構(gòu)。內(nèi)因是液體粘性，外因是管道結(jié)構(gòu)。壓力損失分為兩種：壓力損失分為兩種：1) 液體在等徑直管中流動(dòng)時(shí)因粘性摩擦而產(chǎn)生的壓力損失，液體在等徑直管中流動(dòng)時(shí)因粘性摩擦而產(chǎn)生的壓力損失，稱(chēng)為沿程壓力損失；稱(chēng)為沿程壓力損失；2) 由于管道的截面突然變化、液流方向改變或其他形式的液流由于管道的截面突然變化、液流方向改變或其他形式的液流阻力阻力(如控制閥閥口如控制閥閥口)而引起的壓力損失，稱(chēng)為局部壓力損失。而引起的壓力損失，稱(chēng)為局部壓力損失。2.4 液壓系統(tǒng)的壓力損失液壓系統(tǒng)的壓力損失 實(shí)際液體是有粘性的，為了克服粘性摩擦阻力，液體流動(dòng)實(shí)際液體是有粘性的，為了克服粘性摩擦阻力，液

59、體流動(dòng)時(shí)要損耗一部分能量，由于管道中流量不變，因此這種能量損時(shí)要損耗一部分能量，由于管道中流量不變，因此這種能量損耗表現(xiàn)為壓力損失。損耗的能量轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃?，使液壓系統(tǒng)的溫耗表現(xiàn)為壓力損失。損耗的能量轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃?，使液壓系統(tǒng)的溫度升高，影響系統(tǒng)的工作性能。度升高，影響系統(tǒng)的工作性能。重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院771 沿程壓力損失沿程壓力損失2.4 液壓系統(tǒng)的壓力損失液壓系統(tǒng)的壓力損失圓管層流圓管層流液體在等徑水平圓管中作恒定流動(dòng)液體在等徑水平圓管中作恒定流動(dòng)取出一段半徑為取出一段半徑為r、長(zhǎng)度為、長(zhǎng)度為l、與管軸相重合的小圓柱體、與管軸相重合的小圓柱體左端面壓力p1右端面壓力p2側(cè)面內(nèi)

60、摩擦力Ff力的平衡力的平衡fFrpp221)(重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院78由由dyduAF 內(nèi)摩擦力內(nèi)摩擦力Ff為為drdurlF)2 （速度梯度速度梯度du/dr 為負(fù)值，故須加一負(fù)號(hào)以使內(nèi)摩擦力為正值。為負(fù)值，故須加一負(fù)號(hào)以使內(nèi)摩擦力為正值。令令21ppp得得rlpdrdu2積分并代入相應(yīng)的邊界條件，即當(dāng)積分并代入相應(yīng)的邊界條件，即當(dāng)rR 時(shí)，時(shí)，u0，得，得)(422rRlpu2.4 液壓系統(tǒng)的壓力損失液壓系統(tǒng)的壓力損失fFrpp221)(重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院79管內(nèi)流速在半徑方向上按拋物面規(guī)律分布管內(nèi)流速在半徑方向上按拋物面規(guī)律分布在軸線(xiàn)在軸線(xiàn)r0