第二章液壓流體力學(xué)

1、課前思考題在一大型工廠里, 有許多臺(tái)液壓設(shè)備, 能否用同一油源向各臺(tái)設(shè)備集中供油? 在印刷機(jī)械中, 主傳動(dòng)系統(tǒng)沒有用到液壓傳動(dòng), 這是為什么? 為什么工程機(jī)械中普遍采用液壓傳動(dòng)? 第二章：液壓油與液壓流體第二章：液壓油與液壓流體 力學(xué)基礎(chǔ)力學(xué)基礎(chǔ) 本章主要敘述與液壓傳動(dòng)有關(guān)的流體力學(xué)的基本內(nèi)容，為以后分析、設(shè)計(jì)以至使用液壓傳動(dòng)系統(tǒng)打下必要的理論基礎(chǔ)。 v 2-1 液體的物理性質(zhì)v 2-2 液體靜力學(xué)基礎(chǔ)v 2-3 液體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)v 2-4 液體流動(dòng)時(shí)的壓力損失 v 2-5 液體流過小孔和縫隙的流量 v 2-6 液壓沖擊和氣穴現(xiàn)象 第一節(jié) 液體的物理性質(zhì)液體的物理性質(zhì)一、液體的密度一、液體的密度

2、 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/m3 Vm二、液體的可壓縮性二、液體的可壓縮性 在溫度不變條件下，液壓油的體積將隨壓力的增高而減小的性質(zhì)。 （1 1）體積壓縮系數(shù)體積壓縮系數(shù): :即單位壓力變化下的體積相對變化量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）體積彈性模量）體積彈性模量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 說明K 越大，液體的抗壓能力越強(qiáng) 礦物油 K = (1.

3、42.0)10 9 N/m 2 鋼 K = 2.06 10 11 N/m 2 油 = 100150 鋼 VpVK01三、液體的三、液體的粘性粘性 (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）時(shí)，分子間的內(nèi)聚力要阻止分子相對運(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)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 下板固定 上板以u0運(yùn)動(dòng) A點(diǎn)：u = 0 B點(diǎn)：u = u0 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A AB B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

4、 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 1）動(dòng)力粘度）動(dòng)力粘度dyduAFf單位：單位：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：表示這種油在40時(shí)以mm2/s為單位的運(yùn)動(dòng)粘度的

5、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)相對粘度(恩氏粘度)21ttEt式中：t1 油流出的時(shí)間 t220OC蒸餾水流出時(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)測定溫度，作為標(biāo)準(zhǔn)測定溫度，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

6、的關(guān)系 壓力對粘度的影響不大，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 例題例題：一軸通過盛滿油液的圓筒，已知軸的直徑為一軸通過盛滿油液的圓筒，已知軸的直徑為d , 圓筒圓筒高為高為h , 軸與圓筒的間隙為軸與圓筒的間隙為，當(dāng)軸以角速度，當(dāng)軸以角速度旋轉(zhuǎn)時(shí)，測得旋轉(zhuǎn)時(shí)，測得圓筒所受的扭矩為圓筒所受的扭矩為M，求液體的粘度，求液體的粘度.解解: 先求軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所受的摩擦力先求軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所受的摩擦力 軸所受的摩擦阻力力矩軸所受的摩擦阻力力矩 軸所受的摩擦阻力力矩與圓筒相

7、等軸所受的摩擦阻力力矩與圓筒相等, 故故 dydAFf2dhd22hd423hddFMfhdM34四、其他性質(zhì)穩(wěn)定性 (熱、氧化、水解、剪切）抗泡沫性防銹性相容性（金屬、密封、涂料） 通過添加劑控制五、對液壓油的要求1.合適的粘度，粘溫性好2.潤滑性能好3.雜質(zhì)少4.相容性好5.穩(wěn)定性好6.抗泡性好、防銹性好7.凝點(diǎn)低,閃點(diǎn)、燃點(diǎn)高8.無公害、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（一）、液壓油的種類六、 液壓油液的選擇和使用（二）、 液壓油液的選擇和使用1.1.液壓油液的選擇液壓油液的選擇（1）優(yōu)先考慮粘性 =11.5 41.3 cSt 即 20

8、、30、40號機(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） 2. 2. 液壓油的溫度標(biāo)準(zhǔn)液壓油的溫度標(biāo)準(zhǔn) 低溫領(lǐng)域低溫領(lǐng)域: 0: 020 20 ， 啟動(dòng)時(shí)有危險(xiǎn)啟動(dòng)時(shí)有危險(xiǎn) 常溫領(lǐng)域常溫領(lǐng)域: 20: 2030 30 ，啟動(dòng)時(shí)沒有危險(xiǎn)，但由于，啟動(dòng)時(shí)沒有危險(xiǎn)，但由于 粘度增大致使效率降低粘度增大致使效率降低 理想溫度領(lǐng)域理想溫度領(lǐng)域: 30: 3045 45 安全溫度領(lǐng)域安全溫度領(lǐng)域: 45: 4

9、555 55 注意溫度領(lǐng)域注意溫度領(lǐng)域: 55: 5565 65 極限溫度領(lǐng)域極限溫度領(lǐng)域: 65: 6580 80 禁止溫度領(lǐng)域禁止溫度領(lǐng)域: 80: 80100 100 絕對不可使用絕對不可使用 如在如在5555以上工作，每上升以上工作，每上升88壽命減少一半壽命減少一半 工作溫度區(qū)工作溫度區(qū) 3.3.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 1 1污染的原因污染的原因 殘留物污染殘留物污染 液壓元件在制造、儲(chǔ)存、運(yùn)輸、安裝、維修過液壓元件在制造、儲(chǔ)存、運(yùn)輸、安裝、維修過程中帶入的砂粒、鐵屑、磨料、焊渣、銹片、油垢

10、、棉紗和程中帶入的砂粒、鐵屑、磨料、焊渣、銹片、油垢、棉紗和灰塵等?；覊m等。 侵入物污染侵入物污染 周圍環(huán)境中的污染物（空氣、塵埃、水滴等）周圍環(huán)境中的污染物（空氣、塵埃、水滴等）通過一切可能的侵入點(diǎn)，如外露的往復(fù)運(yùn)動(dòng)活塞桿，油箱的通過一切可能的侵入點(diǎn)，如外露的往復(fù)運(yùn)動(dòng)活塞桿，油箱的進(jìn)氣孔和注油孔等侵入系統(tǒng)，造成液壓油污染。進(jìn)氣孔和注油孔等侵入系統(tǒng)，造成液壓油污染。 生成物污染生成物污染 工作過程中產(chǎn)生的金屬微粒、密封材料磨損顆工作過程中產(chǎn)生的金屬微粒、密封材料磨損顆粒、涂料剝離片、水分、氣泡及油液變質(zhì)后的膠狀生成物粒、涂料剝離片、水分、氣泡及油液變質(zhì)后的膠狀生成物七、七、 液壓介質(zhì)的污染與控

11、制液壓介質(zhì)的污染與控制 2 2污染的控制污染的控制 消除殘留物污染消除殘留物污染 液壓裝置組裝前后，必須對其液壓裝置組裝前后，必須對其零部件進(jìn)行嚴(yán)格清洗。零部件進(jìn)行嚴(yán)格清洗。 力求減少外來污染力求減少外來污染 油箱加空氣濾清器，向油箱油箱加空氣濾清器，向油箱灌油應(yīng)通過濾油器，維修拆卸元件應(yīng)在無塵區(qū)進(jìn)行。灌油應(yīng)通過濾油器，維修拆卸元件應(yīng)在無塵區(qū)進(jìn)行。 濾除系統(tǒng)產(chǎn)生的雜質(zhì)濾除系統(tǒng)產(chǎn)生的雜質(zhì) 安裝濾油器，并且要定期安裝濾油器，并且要定期檢查、清洗或更換濾芯。檢查、清洗或更換濾芯。 定期檢查更換液壓油定期檢查更換液壓油 定期檢查更換液壓油。定期檢查更換液壓油。 第二節(jié) 流體的靜力學(xué)靜止液體：液體內(nèi)質(zhì)點(diǎn)

12、間無相對運(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)是研究平衡流體（包括：流體對地球無相對運(yùn)動(dòng)和流體對運(yùn)動(dòng)容器無相對運(yùn)動(dòng)）的力學(xué)規(guī)律及其應(yīng)用的力學(xué)規(guī)律及其應(yīng)用。 由于平衡流體之間無相對運(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、靜壓力及其性質(zhì)按作用方式，平衡流體上的作用力有： 質(zhì)量力：質(zhì)量力：與流體質(zhì)量大小有關(guān)并且集中在液體質(zhì) 點(diǎn)上的力稱為質(zhì)量力。表面力：表面力：與表面面積有關(guān)而且分布作用在流體表面上的力稱為表面力。 1.靜壓力的定義 。表面力按其作用方向可分為兩種：沿表面內(nèi)法線方向的壓力、沿表面切向的摩擦力沿

13、表面內(nèi)法線方向的壓力、沿表面切向的摩擦力。 對于處于平衡狀態(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（簡稱壓力）：指液體處于相對靜止時(shí)，單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

14、）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)相對壓力：相對壓力：ghp絕對壓力：絕對壓力：ghppa以絕對真空為起點(diǎn)表示的壓力。1. 1. 壓力的表示方法壓力的表示方法p絕對壓強(qiáng)表壓強(qiáng)真空度ppappa 時(shí)：絕對壓

15、強(qiáng)絕對壓強(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? -絕對壓力絕對壓力當(dāng)ppa 時(shí)：2 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）大氣壓單位：大氣壓單位：以1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓（1 atm）為單位表示。1 1 atmatm =1.013 =1.01310105 5PaPa=10.33 mH2O =

16、10.33 mH2O =760 mmHg1bar0.1MPa =760 mmHg1bar0.1MPa四、帕斯卡原理 在密閉容器內(nèi)，施加于靜止液體的壓力將在密閉容器內(nèi)，施加于靜止液體的壓力將以等值傳遞到液體各點(diǎn)，這就是帕斯卡原理，以等值傳遞到液體各點(diǎn)，這就是帕斯卡原理，或稱靜壓力傳遞原理?；蚍Q靜壓力傳遞原理。 液體內(nèi)的壓力是由外界負(fù)液體內(nèi)的壓力是由外界負(fù)載作用所形成的，即系統(tǒng)的壓載作用所形成的，即系統(tǒng)的壓力大小取決于負(fù)載，這是液壓力大小取決于負(fù)載，這是液壓傳動(dòng)中的一個(gè)非常重要的概念傳動(dòng)中的一個(gè)非常重要的概念。 五、靜壓力對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

17、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：FpA2.2.固體壁面為曲面時(shí)固體壁面為曲面時(shí) 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 dFypdAcospdAy結(jié)論：結(jié)論： 靜壓力作用在曲面上的力在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。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：既無粘性，又無壓縮性的假想液體。實(shí)際液體：實(shí)際液體：既有粘性，又有壓縮性的真實(shí)液

18、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)。第三節(jié)第三節(jié) 流體動(dòng)力學(xué)流體動(dòng)力學(xué)舉例：4. 流線、流束、過流截面流線、流束、過流截面流線：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

19、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無限小時(shí)的流束，稱為微小流束微小流束。5.流量和平均流速流量和平均流速流量：流量：單位時(shí)間內(nèi)通過流束過流截面的液體體積。平均流速：平均流速：流量與通流截面之比。vAq AudAqAqAudAvA 6. 6. 層流、紊流、雷諾數(shù)層流、紊流、雷諾數(shù) 液體的流動(dòng)有兩種狀態(tài)，即層流和紊流。這兩種流動(dòng)狀態(tài)液體的流動(dòng)有兩種狀態(tài)，即層流和紊流。這

20、兩種流動(dòng)狀態(tài)的物理現(xiàn)象可以通過一個(gè)實(shí)驗(yàn)觀察出來，這就是雷諾實(shí)驗(yàn)。的物理現(xiàn)象可以通過一個(gè)實(shí)驗(yàn)觀察出來，這就是雷諾實(shí)驗(yàn)。 雷諾實(shí)驗(yàn)裝置 雷諾實(shí)驗(yàn)證明，雷諾實(shí)驗(yàn)證明，液體在圓管中的流動(dòng)狀態(tài)不僅液體在圓管中的流動(dòng)狀態(tài)不僅與管內(nèi)的平均流速有關(guān)，還和管道內(nèi)徑與管內(nèi)的平均流速有關(guān)，還和管道內(nèi)徑d d、液體的運(yùn)、液體的運(yùn)動(dòng)粘度有關(guān)。動(dòng)粘度有關(guān)。判定流態(tài)的雷諾數(shù)判定流態(tài)的雷諾數(shù)ReRe 對于非圓截面，雷諾數(shù)對于非圓截面，雷諾數(shù)ReRe可按下式求得可按下式求得 其中：式中其中：式中 為水力半徑：即過流截面與濕周為水力半徑：即過流截面與濕周之比；之比； 水力半徑的大小反映了管道通流能力的大小。R4Re xAR dR

21、e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)。對于穩(wěn)定流動(dòng)，不可壓縮液體，對于穩(wěn)定流動(dòng)，不可壓縮液體，為常數(shù)：為常數(shù)： 過流斷面1和2的面積分別為A1和A2，平均流速分別為V1和V2，11111m1Avqq22222m2AvqqconstAvAvq2211在定常流動(dòng)中，流過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流截面積成反

22、比。constAvAvq2211說明：說明： 三三、伯努利方程、伯努利方程伯努利方程是能量守恒定律在流體力學(xué)中的一種表達(dá)形式。伯努利方程是能量守恒定律在流體力學(xué)中的一種表達(dá)形式。( (一）理想液體微小流束的伯努利方程一）理想液體微小流束的伯努利方程1.1.外力對液體所作的功外力對液體所作的功理想液體沒有粘性，不存在內(nèi)摩擦力，理想液體沒有粘性，不存在內(nèi)摩擦力，外力僅為兩斷面上的壓力，壓力作的功：外力僅為兩斷面上的壓力，壓力作的功：W=pW=p1 1dAdA1 1dsds1 1-p-p2 2dAdA2 2dsds2 2 = p = p1 1dAdA1 1u u1 1dt-pdt-p2 2dAdA2

23、 2u u2 2dtdt由連續(xù)性方程：由連續(xù)性方程：dAdA1 1u u1 1 =dA =dA2 2u u2 2=dq=dq代入得：代入得：W= dqdt(pW= dqdt(p1 1-p-p2 2) ) 2.2.液體機(jī)械能的變化液體機(jī)械能的變化動(dòng)能變化：動(dòng)能變化：EEk k=dqdtu=dqdtu2 22 2/2-dqdt u/2-dqdt u1 12 2/2/2位能變化：位能變化：EEp p=gdqdth=gdqdth2 2-gdqdth-gdqdth1 1機(jī)械能變化：機(jī)械能變化：E=EE=Ek k+E+Ep p根據(jù)能量守恒定律，外力對液體所作的功，應(yīng)等于其機(jī)械能的變化，即：根據(jù)能量守恒定律

24、，外力對液體所作的功，應(yīng)等于其機(jī)械能的變化，即：E=WE=W 這就是這就是理想液體微小流束的伯努利方程理想液體微小流束的伯努利方程。式中：。式中： 、 單位重量液體的壓力能，也叫比壓能；單位重量液體的壓力能，也叫比壓能； 、 單位重量液體的動(dòng)能，也叫比動(dòng)能；單位重量液體的動(dòng)能，也叫比動(dòng)能； 、 單位重量液體的位能，也叫比位能。單位重量液體的位能，也叫比位能。ghupghup22221211221p2pgu221gh1gh2222u 物理意義：物理意義： 在密閉管道內(nèi)作恒定流動(dòng)的理想液體，具在密閉管道內(nèi)作恒定流動(dòng)的理想液體，具有三種形式的能量。即壓力能、動(dòng)能和位能，有三種形式的能量。即壓力能、動(dòng)

25、能和位能，它們之間可以相互轉(zhuǎn)化，但在管道內(nèi)任一處，它們之間可以相互轉(zhuǎn)化，但在管道內(nèi)任一處，這三種能量的總和是一定的。這三種能量的總和是一定的。ghupghup2222121122 （二）實(shí)際液體總流的伯努利方程（二）實(shí)際液體總流的伯努利方程 由于液體存在粘性，會(huì)產(chǎn)生摩擦力，消耗能量，由于液體存在粘性，會(huì)產(chǎn)生摩擦力，消耗能量，因此，實(shí)際液體總流的伯努利方程為：因此，實(shí)際液體總流的伯努利方程為：或或ghghvpghvpw222221211122paghpaghp22222211112121 由于實(shí)際流體的伯努力方程是在一定的條件下推導(dǎo)出來的，由于實(shí)際流體的伯努力方程是在一定的條件下推導(dǎo)出來的，因此

26、應(yīng)用這個(gè)方程解決流體的流動(dòng)問題時(shí)應(yīng)注意下列幾點(diǎn)：因此應(yīng)用這個(gè)方程解決流體的流動(dòng)問題時(shí)應(yīng)注意下列幾點(diǎn)： （1）流體必須是不可壓縮的恒定流。）流體必須是不可壓縮的恒定流。 （2）作用在流體上的質(zhì)量力只有重力。）作用在流體上的質(zhì)量力只有重力。 （3）所取的兩個(gè)過流斷面必須是緩變）所取的兩個(gè)過流斷面必須是緩變 流的斷面，而在這兩流的斷面，而在這兩 個(gè)過流斷面?zhèn)€過流斷面 之間不一定要緩變流。之間不一定要緩變流。 （4）在所取的兩個(gè)過流斷面之間沒有）在所取的兩個(gè)過流斷面之間沒有 能量的輸入與輸出。能量的輸入與輸出。 （5）h 及及 p/g可采用過流斷面上的可采用過流斷面上的 任一數(shù)值，一般為方便任一數(shù)值，

27、一般為方便 起見常采起見常采 用端面形心點(diǎn)出的值。用端面形心點(diǎn)出的值。 四、動(dòng)量方程四、動(dòng)量方程 剛體力學(xué)動(dòng)量定理指出，作用在物體上的外力等于物剛體力學(xué)動(dòng)量定理指出，作用在物體上的外力等于物體在單位時(shí)間內(nèi)的動(dòng)量變化量，即：體在單位時(shí)間內(nèi)的動(dòng)量變化量，即： 對于作恒定流動(dòng)的液體，若忽略其可壓縮性，可將對于作恒定流動(dòng)的液體，若忽略其可壓縮性，可將m=qdtm=qdt代入上式，并考慮以平均流速代替實(shí)際流速會(huì)產(chǎn)生代入上式，并考慮以平均流速代替實(shí)際流速會(huì)產(chǎn)生誤差，因而引入動(dòng)量修正系數(shù)誤差，因而引入動(dòng)量修正系數(shù)，則液體的動(dòng)量方程：，則液體的動(dòng)量方程： dtmvdF)()(1122VVqF 指定方向的動(dòng)量方

28、程可寫成如下形式：指定方向的動(dòng)量方程可寫成如下形式： 工程問題中往往要求液流對通道固體壁面的作用工程問題中往往要求液流對通道固體壁面的作用力，即動(dòng)量方程中力，即動(dòng)量方程中F F的反作用力的反作用力FF，稱穩(wěn)態(tài)液動(dòng)力。，稱穩(wěn)態(tài)液動(dòng)力。在在指定方向的穩(wěn)態(tài)液動(dòng)力計(jì)算公式為：指定方向的穩(wěn)態(tài)液動(dòng)力計(jì)算公式為：)(1122xxxvvqF)(2211xxxxvvqFF 例例2-3 2-3 求圖求圖2-132-13中滑閥閥芯所受的軸向穩(wěn)態(tài)液動(dòng)力。中滑閥閥芯所受的軸向穩(wěn)態(tài)液動(dòng)力。 解：解： 取進(jìn)出油口之間的液體為研究體積，取進(jìn)出油口之間的液體為研究體積， 計(jì)算計(jì)算軸方向液動(dòng)力，軸方向液動(dòng)力， 即即 可見，作用在

29、滑閥閥芯上的可見，作用在滑閥閥芯上的 穩(wěn)態(tài)液動(dòng)力總是使閥門穩(wěn)態(tài)液動(dòng)力總是使閥門 趨于關(guān)閉。趨于關(guān)閉。 cos, 1coscos90cos22222211qvFqqF得液動(dòng)力取 實(shí)際液體具有粘性，流動(dòng)液體要損耗一部分能量，從而實(shí)際液體具有粘性，流動(dòng)液體要損耗一部分能量，從而使得液體流動(dòng)時(shí)產(chǎn)生壓力損失，可表示為使得液體流動(dòng)時(shí)產(chǎn)生壓力損失，可表示為p=ghp=ghw w。 壓力損失可以分為壓力損失可以分為沿程壓力損失沿程壓力損失和和局部壓力損失局部壓力損失。 一、沿程壓力損失一、沿程壓力損失 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，稱為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，稱為

30、 沿程壓力損失。沿程壓力損失。 第四節(jié)第四節(jié) 液體流動(dòng)時(shí)的壓力損失液體流動(dòng)時(shí)的壓力損失 1. 1. 層流時(shí)的沿程壓力損失層流時(shí)的沿程壓力損失 通流截面上的流速分布規(guī)律通流截面上的流速分布規(guī)律液流在作勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)處于受力平衡狀態(tài)，故有液流在作勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)處于受力平衡狀態(tài)，故有 （p p1 1- p- p2 2）rr=F=Ff f式中，內(nèi)摩擦力式中，內(nèi)摩擦力F Ff f=-2rldu/dr=-2rldu/dr若令若令p=pp=p1 1-p-p2 2，則將，則將F Ff f 代入上式整理可得代入上式整理可得 對上式積分，并應(yīng)用邊界條件，當(dāng)對上式積分，并應(yīng)用邊界條件，當(dāng)r=R r=R 時(shí)，時(shí)，u=0u=0

31、，得，得 可見管內(nèi)液體質(zhì)點(diǎn)的流速在半徑方向上按拋物線規(guī)律分布。最小流速可見管內(nèi)液體質(zhì)點(diǎn)的流速在半徑方向上按拋物線規(guī)律分布。最小流速在管壁在管壁r=Rr=R處，處，u u min min=0=0；最大流速在管軸；最大流速在管軸r=0 r=0 處，處， 通過管道的流量通過管道的流量 對于半徑為對于半徑為r r，寬度為，寬度為drdr的微小環(huán)形通流截面，面積的微小環(huán)形通流截面，面積dA=2rdrdA=2rdr，所通過，所通過的流量的流量 于是積分可得于是積分可得 rdrlpdu2)(422rRlpu22max164dlpRlpu,42222rdrrRlpurdrudAdqpldplRrdrrRlpq

32、R12884244220 管道內(nèi)的平均流速管道內(nèi)的平均流速 根據(jù)平均流速的定義，可得根據(jù)平均流速的定義，可得沿程壓力損失沿程壓力損失 將上式整理后可得沿程壓力損失為將上式整理后可得沿程壓力損失為 從上式可以看出，當(dāng)直管中液流為層流時(shí)，從上式可以看出，當(dāng)直管中液流為層流時(shí)，沿程壓力損失的大小與管長、流速、粘度成正比，沿程壓力損失的大小與管長、流速、粘度成正比，而與管徑的平方成反比。而與管徑的平方成反比。pldplddAqv3212841242232dlpp 適當(dāng)變換上式，沿程壓力損失的計(jì)算公式適當(dāng)變換上式，沿程壓力損失的計(jì)算公式可改寫為如下形式可改寫為如下形式 式中，式中，為沿程阻力系數(shù)。對于圓

33、管層流，理為沿程阻力系數(shù)。對于圓管層流，理 論值論值 =64/Re=64/Re。 考慮到實(shí)際圓管截面可能有變考慮到實(shí)際圓管截面可能有變形，靠近管壁處的液層可能冷卻，因而在實(shí)際計(jì)形，靠近管壁處的液層可能冷卻，因而在實(shí)際計(jì)算時(shí)，對金屬管取算時(shí)，對金屬管取=75/Re=75/Re，橡膠管，橡膠管=80/Re=80/Re。22Re64264222dldldldp 2.2.紊流時(shí)的沿程壓力損失紊流時(shí)的沿程壓力損失 紊流時(shí)計(jì)算沿程壓力損失的公式在形式上與層紊流時(shí)計(jì)算沿程壓力損失的公式在形式上與層流相同，即流相同，即 式中的阻力系數(shù)式中的阻力系數(shù)除與雷諾數(shù)除與雷諾數(shù)ReRe有關(guān)外，還與有關(guān)外，還與管壁的相對

34、粗糙度有關(guān)，即管壁的相對粗糙度有關(guān)，即 f（Re，/d) /d) 3000 Re 4L/d 4的孔。的孔。綜合公式綜合公式: :比較比較( (1)1)薄壁小孔常作為節(jié)流器，流量對油溫變化薄壁小孔常作為節(jié)流器，流量對油溫變化 不敏不敏感；細(xì)長孔流量對油溫變化敏感，粘度變化。感；細(xì)長孔流量對油溫變化敏感，粘度變化。 (2)(2)負(fù)載變化，引起壓力變化，在相同的負(fù)載變化，引起壓力變化，在相同的PP時(shí)，薄壁時(shí)，薄壁小孔結(jié)構(gòu)流量變化比細(xì)長孔小，從而速度穩(wěn)定。小孔結(jié)構(gòu)流量變化比細(xì)長孔小，從而速度穩(wěn)定。pldq1284pKAqmpKAq2 2細(xì)長孔細(xì)長孔二、液體流過縫隙的流量二、液體流過縫隙的流量 縫隙流動(dòng)有兩種狀況：一種是由縫隙兩端的壓力差造縫隙流動(dòng)有兩種狀況：一種是由縫隙兩端的壓力差造成的流動(dòng)，稱為壓差流動(dòng)；另一種是形成縫隙的兩壁面作成的流動(dòng)，稱為壓差流動(dòng)；另一種是形成縫隙的兩壁面作相對運(yùn)動(dòng)所造成的流動(dòng)，稱剪切流動(dòng)。這兩種流動(dòng)經(jīng)常會(huì)相對運(yùn)動(dòng)所造成的流動(dòng)，稱剪切流動(dòng)。這兩種流動(dòng)經(jīng)常會(huì)同時(shí)存在。同時(shí)存在。1. 1. 液體流過平行平板縫隙的流量液體流過平行平板縫隙的流量 plbydyylpbubdyq12)(2300 液體流過相對運(yùn)動(dòng)的平行平板縫隙的流量：液體流過相對運(yùn)動(dòng)的平行平板縫隙的流量：