第3液壓流體力學(xué)基礎(chǔ)課件

《液壓與液力傳動》《液壓與液力傳動》0上堂課內(nèi)容回顧油液如何分類？油液的運動粘度，動力粘度和恩氏粘度以及它們之間的換算關(guān)系？溫度、壓力對粘度的影響？其表達式？油液的選擇、使用應(yīng)注意那些？。上堂課內(nèi)容回顧油液如何分類？第三節(jié)液體靜力學(xué)基礎(chǔ)液體靜力學(xué)主要是討論液體靜止時的平衡規(guī)律以及這些規(guī)律的應(yīng)用。所謂“液體靜止”指的是液體內(nèi)部質(zhì)點間沒有相對運動，不呈現(xiàn)粘性。

一、液體的壓力作用在液體上的力有兩種，即質(zhì)量力和表面力。

質(zhì)量力：單位質(zhì)量液體受到的質(zhì)量力稱為單位質(zhì)量力，在數(shù)值上等于加速度。

表面力：是與液體相接觸的其它物體（如容器或其它液體）作用在液體上的力，這是外力；也可以是一部分液體作用在另一部分液體上的力，這是內(nèi)力。第三節(jié)液體靜力學(xué)基礎(chǔ)液體靜力學(xué)主要是討論液體靜止時單位面積上作用的表面力稱為應(yīng)力，它有法向應(yīng)力和切向應(yīng)力之分。當(dāng)液體靜止時，液體質(zhì)點間沒有相對運動，不存在摩擦力，所以靜止液體的表面力只有法向力。液體內(nèi)某點處單位面積△A上所受到的法向力△F之比，稱為壓力p（靜壓力），即由于液體質(zhì)點間的凝聚力很小，不能受拉，只能受壓，所以液體的靜壓力具有兩個重要特性：1.液體靜壓力的方向總是作用在內(nèi)法線方向上；2.靜止液體內(nèi)任一點的液體靜壓力在各個方向上都相等。單位面積上作用的表面力稱為應(yīng)力，它有法向應(yīng)力和切向應(yīng)有一垂直小液柱，在平衡狀態(tài)下，有p△A=p0△A+FG，這里的FG即為液柱的重量FG=ρgh△A,所以有

p=p0+ρgh二、液體靜壓力基本方程

有一垂直小液柱，在平衡狀態(tài)下，有p△A=p0△A(b)同一容器中同一液體內(nèi)的靜壓力隨液體深度h的增加而線性地增加。(c)連通器內(nèi)同一液體中深度h相同的各點壓力都相等。由壓力相等的組成的面稱為等壓面。在重力作用下靜止液體中的等壓面是一個水平面。液體靜壓力分布特征：(a)一部分是液面上的壓力p0;另一部分是ρg與該點離液面深度h的乘積。(b)同一容器中同一液體內(nèi)的靜壓力隨液體深度h的增加

三、壓力表示方法壓力的表示法有兩種：絕對壓力和相對壓力。

絕對壓力－是以絕對真空作為基準(zhǔn)所表示的壓力；

相對壓力－是以大氣壓力作為基準(zhǔn)所表示的壓力。由于大多數(shù)測壓儀表所測得的壓力都是相對壓力，故相對壓力也稱表壓力。絕對壓力與相對壓力的關(guān)系為絕對壓力＝相對壓力＋大氣壓力如果液體中某點處的絕對壓力小于大氣壓,這時在這個點上的絕對壓力比大氣壓小的部分數(shù)值稱為真空度。即真空度＝大氣壓－絕對壓力三、壓力表示方法壓力的表示法有兩種：絕對壓力絕對壓力p=0(絕對真空)大氣壓力相對壓力絕對壓力真空度p<

pa

pap>

pa表壓力絕對壓力、相對壓力和真空度的相對關(guān)系壓力的單位:我國法定壓力單位為帕斯卡，簡稱帕，符號為Pa，1Pa=1N/m2。由于Pa太小，工程上常用其倍數(shù)單位兆帕（MPa）來表示：1MPa=106Pa絕對壓力p=0(絕對真空)大氣壓力相例題：例題：四、靜止液體內(nèi)壓力的傳遞帕斯卡定律根據(jù)靜壓力基本方程(p=p0+ρgh)，盛放在密閉容器內(nèi)的液體，其外加壓力p0發(fā)生變化時，只要液體仍保持其原來的靜止?fàn)顟B(tài)不變，液體中任一點的壓力均將發(fā)生同樣大小的變化。這就是說，在密閉容器內(nèi)，施加于靜止液體上的壓力將以等值同時傳到各點。這就是靜壓傳遞原理或稱帕斯卡原理。四、靜止液體內(nèi)壓力的傳遞帕斯卡定律這就是五、液體對容器壁面的作用力曲面上液壓作用力在某一方向上的分力，等于靜壓力與曲面在該方向的垂直面內(nèi)投影面積的乘積。

五、液體對容器壁面的作用力曲面上液壓作用力在某一方向例題思考：為什么油罐容器一般是圓形的？例題思考：為什么油罐容器一般是圓形的？第四節(jié)液體動力學(xué)基礎(chǔ)一、基本概念理想液體：既無粘性又不可壓縮的液體稱為理想液體。定常流動：液體流動時，若液體中任何一點的壓力、速度和密度都不隨時間而變化，則這種流動就稱為定常流動。否則，只要壓力、速度和密度有一個量隨時間變化，則這種流動就稱為非定常流動。

一維流動：當(dāng)液體整個作線形流動時，稱為一維流動。

跡線：流動液體的某一質(zhì)點在某一時間間隔內(nèi)在空間的運動軌跡。第四節(jié)液體動力學(xué)基礎(chǔ)一、基本概念流線：表示某一瞬時，液流中各處質(zhì)點運動狀態(tài)的一條條曲線。在此瞬時，流線上各質(zhì)點速度方向與該線相切。在定常流動時，流線不隨時間而變化，這樣流線就與跡線重合。由于流動液體中任一質(zhì)點在其一瞬時只能有一個速度，所以流線之間不可能相交，也不可能突然轉(zhuǎn)折。流線：表示某一瞬時，液流中各處質(zhì)點運動狀態(tài)的一條條曲線。在此流管：在流動空間中，任意畫一不屬流線的封閉曲線，沿經(jīng)過此封閉曲線上的每一點作流線，由這些流線組合的表面稱為流管。流束：流管內(nèi)的流線群稱為流束。流管和流束流管：在流動空間中，任意畫一不屬流線的封閉曲線，沿經(jīng)過此封閉通流截面：流束中與所有流線正交的截面稱為通流截面。截面上每點處的流動速度都垂直于這個面。平行流動：流線彼此平行的流動。緩變流動：流線夾角很小或流線曲率半徑很大的流動。平行流動和緩變流動都可算是一維流動。通流截面：流束中與所有流線正交的截面稱為通流截面。截面上每點流量：單位時間內(nèi)通過某通流截面的液體的體積稱為流量。流量用q表示，單位m3/s或L/min。由于流動液體粘性的作用，在通流截面上各點的流速u是不相等的。因此，在計算流過整個通流截面A的流量時，可在通流截面上取微小截面dA，并認為在該微小斷面上各點的速度u相等，流過該微小斷面的流量為dq=udA，則積分可求得流經(jīng)整個通流截面A的流量為平均流速：對于實際液體的流動，速度u的分布規(guī)律很復(fù)雜，故按上式計算流量是困難的。因此，提出一個平均流速的概念，即假設(shè)通流截面上各點的流速均勻分布，液體以此均布流速v流過通流截面的流量等于以實際流速流過的流量，由此得出通流面積上的平均流速為在實際工程計算中，平均流速才具有應(yīng)用價值。流量：單位時間內(nèi)通過某通流截面的液體的體積稱為流量。層流、湍流、雷諾數(shù)

層流：液體質(zhì)點互不干擾，液體流動呈線性或?qū)訝?，且平行于管道軸線；層流開始破壞湍（紊）流：液體質(zhì)點的運動雜亂無章，除了平行于管道軸線的運動以外，還存在著劇烈的橫向運動。層流開始破壞湍（紊）流：液體質(zhì)點的運動雜亂無章，除了平行于層流和紊流是兩種不同性質(zhì)的流態(tài)。

層流時，液體流速較低，質(zhì)點受粘性制約，不能隨意運動，粘性力起主導(dǎo)作用；

紊流時，液體流速較高，粘性的制約作用減弱，慣性力起主導(dǎo)作用。液體流動時，究竟是層流還是紊流，要用雷諾數(shù)來判定。流動趨于紊流紊流層流和紊流是兩種不同性質(zhì)的流態(tài)。流動趨于紊流紊流雷諾數(shù)：實驗表明，真正決定液流流動狀態(tài)的是用管內(nèi)的平均流速v、液體的運動粘度ν、管徑d三個數(shù)所組成的一個稱為雷諾數(shù)Re的無量綱數(shù)，即臨界雷諾數(shù)：當(dāng)液流在實際流動時的雷諾數(shù)小于臨界雷諾數(shù)時，液流為層流，反之液流則為紊流。常見的液流管道的臨界雷諾數(shù)可由實驗求得。雷諾數(shù)物理意義：

影響液體流動的力主要有慣性力和粘性力，雷諾數(shù)就是慣性力對粘性力的無因次比值。運動粘度運動速度雷諾數(shù)：實驗表明，真正決定液流流動狀態(tài)的是用管內(nèi)的平均流速v對于非圓截面管道來說，Re可用下式來計算：Re＝4vR/ν式中R為通流截面的水力半徑。它等于液流的有效截面積A和它的濕周χ（通流截面上與液體接觸的固體壁面的周長）之比，即R＝A/χ

水力半徑對管道通流能力影響很大，水力半徑大，表明液流與管壁接觸少，通流能力大；水利半徑小，表明液流與管壁接觸多，通流能力小，易堵塞。思考：請按照此公式，計算一下圓管的水力半徑等于多少？對于非圓截面管道來說，Re可用下式來計算：二、連續(xù)性方程假設(shè)液體作定常流動，且不可壓縮。任取一流管，兩端通流截面面積為A1、A2，在流管中取一微小流束，流束兩端的截面積分別為dA1和dA2，在微小截面上各點的速度可以認為是相等的，且分別為u1和u2。根據(jù)質(zhì)量守恒定律，在dt時間內(nèi)流入此微小流束的質(zhì)量，應(yīng)等于此微小流束流出的質(zhì)量ρu1dA1dt＝ρu2dA2dtu1dA1＝u2dA2積分得：q＝v1A1＝v2A2常數(shù)結(jié)論：a.通過流管任一通流截面的流量相等。b.液體流速與管道通流截面積成反比。c.在具有多分支管路中，總流量等于各分支流量之和，即q1=q2+q3的關(guān)系。二、連續(xù)性方程三、能量守恒定律（1）理想伯努利方程根據(jù)能量守恒定律，同一管道各截面的總能量都是相等的。對靜止液體，單位質(zhì)量液體總能量為單位質(zhì)量液體的壓力能p/(ρg)和勢能hg之和；而對于流動液體，還有單位質(zhì)量的動能v2/(2g)。任取兩個截面A1和A2，距基準(zhǔn)水平面距離分別h1和h2，斷面平均流速分別為v1和v2，壓力分別為p1和p2，根據(jù)能量守恒定律:因兩個截面是任意的，因此上式可寫為：三、能量守恒定律因兩個截面是任意的，因此上式可寫為：物理意義：第一項為單位重量液體的壓力能稱為比壓能（p/ρ）；第二項為單位重量液體的動能稱為比動能（v2/2）；第三項為單位重量液體的位能稱為比位能（hg）。由于上述三種能量都具有長度單位，故又分別稱為壓力水頭、速度水頭和位置水頭。三者之間可以互相轉(zhuǎn)換，但總和（H，稱為總水頭）為一定值?；蛭锢硪饬x：或（2）實際液體總流的伯努利方程將微小流束擴大到總流，由于在通流截面上速度u是一個變量，若用平均流速代替，則必然引起動能偏差，故必須引入動能修正系數(shù)。于是實際液體總流的伯努利方程為式中，hw---由液體粘性引起的能量損失；，---動能修正系數(shù)，一般在紊流時?。?.1，層流時?。?。實際計算時，常取＝1.0（2）實際液體總流的伯努利方程式中，hw---由液體粘性引起例題＋h例題＋h作用在物體上的力，大小等于物體在力作用方向上的動量的變化率，即

取分離體:微元的動量變化是

將微小流束擴大到總流，則對液體的作用力合力為

即，動量方程：β1、β2為動量修正系數(shù)，一般在紊流時β＝1，層流時β＝1.33。四、動量定理作用在物體上的力，大小等于物體在力作用方向上的動量的變化例題例題例題3-4P25例題3-4P25第3液壓流體力學(xué)基礎(chǔ)課件第3液壓流體力學(xué)基礎(chǔ)課件本堂課內(nèi)容小結(jié)：（１）液體靜力學(xué)基本概念包括：靜壓力基本方程、壓力表示方法，液體靜壓力對容器作用力計算，及壓力傳遞定律。（２）液體動力學(xué)基本概念包括：層流、湍流、雷諾數(shù)，連續(xù)性方程；柏努利方程，動量定理。本堂課內(nèi)容小結(jié)：《液壓與液力傳動》《液壓與液力傳動》32上堂課內(nèi)容回顧油液如何分類？油液的運動粘度，動力粘度和恩氏粘度以及它們之間的換算關(guān)系？溫度、壓力對粘度的影響？其表達式？油液的選擇、使用應(yīng)注意那些？。上堂課內(nèi)容回顧油液如何分類？第三節(jié)液體靜力學(xué)基礎(chǔ)液體靜力學(xué)主要是討論液體靜止時的平衡規(guī)律以及這些規(guī)律的應(yīng)用。所謂“液體靜止”指的是液體內(nèi)部質(zhì)點間沒有相對運動，不呈現(xiàn)粘性。

一、液體的壓力作用在液體上的力有兩種，即質(zhì)量力和表面力。

質(zhì)量力：單位質(zhì)量液體受到的質(zhì)量力稱為單位質(zhì)量力，在數(shù)值上等于加速度。

表面力：是與液體相接觸的其它物體（如容器或其它液體）作用在液體上的力，這是外力；也可以是一部分液體作用在另一部分液體上的力，這是內(nèi)力。第三節(jié)液體靜力學(xué)基礎(chǔ)液體靜力學(xué)主要是討論液體靜止時單位面積上作用的表面力稱為應(yīng)力，它有法向應(yīng)力和切向應(yīng)力之分。當(dāng)液體靜止時，液體質(zhì)點間沒有相對運動，不存在摩擦力，所以靜止液體的表面力只有法向力。液體內(nèi)某點處單位面積△A上所受到的法向力△F之比，稱為壓力p（靜壓力），即由于液體質(zhì)點間的凝聚力很小，不能受拉，只能受壓，所以液體的靜壓力具有兩個重要特性：1.液體靜壓力的方向總是作用在內(nèi)法線方向上；2.靜止液體內(nèi)任一點的液體靜壓力在各個方向上都相等。單位面積上作用的表面力稱為應(yīng)力，它有法向應(yīng)力和切向應(yīng)有一垂直小液柱，在平衡狀態(tài)下，有p△A=p0△A+FG，這里的FG即為液柱的重量FG=ρgh△A,所以有

p=p0+ρgh二、液體靜壓力基本方程

有一垂直小液柱，在平衡狀態(tài)下，有p△A=p0△A(b)同一容器中同一液體內(nèi)的靜壓力隨液體深度h的增加而線性地增加。(c)連通器內(nèi)同一液體中深度h相同的各點壓力都相等。由壓力相等的組成的面稱為等壓面。在重力作用下靜止液體中的等壓面是一個水平面。液體靜壓力分布特征：(a)一部分是液面上的壓力p0;另一部分是ρg與該點離液面深度h的乘積。(b)同一容器中同一液體內(nèi)的靜壓力隨液體深度h的增加

三、壓力表示方法壓力的表示法有兩種：絕對壓力和相對壓力。

絕對壓力－是以絕對真空作為基準(zhǔn)所表示的壓力；

相對壓力－是以大氣壓力作為基準(zhǔn)所表示的壓力。由于大多數(shù)測壓儀表所測得的壓力都是相對壓力，故相對壓力也稱表壓力。絕對壓力與相對壓力的關(guān)系為絕對壓力＝相對壓力＋大氣壓力如果液體中某點處的絕對壓力小于大氣壓,這時在這個點上的絕對壓力比大氣壓小的部分數(shù)值稱為真空度。即真空度＝大氣壓－絕對壓力三、壓力表示方法壓力的表示法有兩種：絕對壓力絕對壓力p=0(絕對真空)大氣壓力相對壓力絕對壓力真空度p<

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pa表壓力絕對壓力、相對壓力和真空度的相對關(guān)系壓力的單位:我國法定壓力單位為帕斯卡，簡稱帕，符號為Pa，1Pa=1N/m2。由于Pa太小，工程上常用其倍數(shù)單位兆帕（MPa）來表示：1MPa=106Pa絕對壓力p=0(絕對真空)大氣壓力相例題：例題：四、靜止液體內(nèi)壓力的傳遞帕斯卡定律根據(jù)靜壓力基本方程(p=p0+ρgh)，盛放在密閉容器內(nèi)的液體，其外加壓力p0發(fā)生變化時，只要液體仍保持其原來的靜止?fàn)顟B(tài)不變，液體中任一點的壓力均將發(fā)生同樣大小的變化。這就是說，在密閉容器內(nèi)，施加于靜止液體上的壓力將以等值同時傳到各點。這就是靜壓傳遞原理或稱帕斯卡原理。四、靜止液體內(nèi)壓力的傳遞帕斯卡定律這就是五、液體對容器壁面的作用力曲面上液壓作用力在某一方向上的分力，等于靜壓力與曲面在該方向的垂直面內(nèi)投影面積的乘積。

五、液體對容器壁面的作用力曲面上液壓作用力在某一方向例題思考：為什么油罐容器一般是圓形的？例題思考：為什么油罐容器一般是圓形的？第四節(jié)液體動力學(xué)基礎(chǔ)一、基本概念理想液體：既無粘性又不可壓縮的液體稱為理想液體。定常流動：液體流動時，若液體中任何一點的壓力、速度和密度都不隨時間而變化，則這種流動就稱為定常流動。否則，只要壓力、速度和密度有一個量隨時間變化，則這種流動就稱為非定常流動。

一維流動：當(dāng)液體整個作線形流動時，稱為一維流動。

跡線：流動液體的某一質(zhì)點在某一時間間隔內(nèi)在空間的運動軌跡。第四節(jié)液體動力學(xué)基礎(chǔ)一、基本概念流線：表示某一瞬時，液流中各處質(zhì)點運動狀態(tài)的一條條曲線。在此瞬時，流線上各質(zhì)點速度方向與該線相切。在定常流動時，流線不隨時間而變化，這樣流線就與跡線重合。由于流動液體中任一質(zhì)點在其一瞬時只能有一個速度，所以流線之間不可能相交，也不可能突然轉(zhuǎn)折。流線：表示某一瞬時，液流中各處質(zhì)點運動狀態(tài)的一條條曲線。在此流管：在流動空間中，任意畫一不屬流線的封閉曲線，沿經(jīng)過此封閉曲線上的每一點作流線，由這些流線組合的表面稱為流管。流束：流管內(nèi)的流線群稱為流束。流管和流束流管：在流動空間中，任意畫一不屬流線的封閉曲線，沿經(jīng)過此封閉通流截面：流束中與所有流線正交的截面稱為通流截面。截面上每點處的流動速度都垂直于這個面。平行流動：流線彼此平行的流動。緩變流動：流線夾角很小或流線曲率半徑很大的流動。平行流動和緩變流動都可算是一維流動。通流截面：流束中與所有流線正交的截面稱為通流截面。截面上每點流量：單位時間內(nèi)通過某通流截面的液體的體積稱為流量。流量用q表示，單位m3/s或L/min。由于流動液體粘性的作用，在通流截面上各點的流速u是不相等的。因此，在計算流過整個通流截面A的流量時，可在通流截面上取微小截面dA，并認為在該微小斷面上各點的速度u相等，流過該微小斷面的流量為dq=udA，則積分可求得流經(jīng)整個通流截面A的流量為平均流速：對于實際液體的流動，速度u的分布規(guī)律很復(fù)雜，故按上式計算流量是困難的。因此，提出一個平均流速的概念，即假設(shè)通流截面上各點的流速均勻分布，液體以此均布流速v流過通流截面的流量等于以實際流速流過的流量，由此得出通流面積上的平均流速為在實際工程計算中，平均流速才具有應(yīng)用價值。流量：單位時間內(nèi)通過某通流截面的液體的體積稱為流量。層流、湍流、雷諾數(shù)

層流：液體質(zhì)點互不干擾，液體流動呈線性或?qū)訝?，且平行于管道軸線；層流開始破壞湍（紊）流：液體質(zhì)點的運動雜亂無章，除了平行于管道軸線的運動以外，還存在著劇烈的橫向運動。層流開始破壞湍（紊）流：液體質(zhì)點的運動雜亂無章，除了平行于層流和紊流是兩種不同性質(zhì)的流態(tài)。

層流時，液體流速較低，質(zhì)點受粘性制約，不能隨意運動，粘性力起主導(dǎo)作用；

紊流時，液體流速較高，粘性的制約作用減弱，慣性力起主導(dǎo)作用。液體流動時，究竟是層流還是紊流，要用雷諾數(shù)來判定。流動趨于紊流紊流層流和紊流是兩種不同性質(zhì)的流態(tài)。流動趨于紊流紊流雷諾數(shù)：實驗表明，真正決定液流流動狀態(tài)的是用管內(nèi)的平均流速v、液體的運動粘度ν、管徑d三個數(shù)所組成的一個稱為雷諾數(shù)Re的無量綱數(shù)，即臨界雷諾數(shù)：當(dāng)液流在實際流動時的雷諾數(shù)小于臨界雷諾數(shù)時，液流為層流，反之液流則為紊流。常見的液流管道的臨界雷諾數(shù)可由實驗求得。雷諾數(shù)物理意義：

影響液體流動的力主要有慣性力和粘性力，雷諾數(shù)就是慣性力對粘性力的無因次比值。運動粘度運動速度雷諾數(shù)：實驗表明，真正決定液流流動狀態(tài)的是用管內(nèi)的平均流速v對于非圓截面管道來說，Re可用下式來計算：Re＝4vR/ν式中R為通流截面的水力半徑。它等于液流的有效截面積A和它的濕周χ（通流截面上與液體接觸的固體壁面的周長）之比，即R＝A/χ

水力半徑對管道通流能力影響很大，水力半徑大，表明液流與管壁接觸少，通流能力大；水利半徑小，表明液流與管壁接觸多，通流能力小，易堵塞。思考：請按照此公式，計算一下圓管的水力半徑等于多少？對于非圓截面管道來說，Re可用下式來計算：二、連續(xù)性方程假設(shè)液體作定常流動，且不可壓縮。任取一流管，兩端通流截面面積為A1、A2，在流管中取一微小流束，流束兩端的截面積分別為dA1和dA2，在微小截面上各點的速度可以認為是相等的，且分別為u1和u2。根據(jù)質(zhì)量守恒定律，在dt時間內(nèi)流入此微小流束的質(zhì)量，應(yīng)等于此微小流束流出的質(zhì)量ρu1dA1dt＝ρu2dA2dtu1dA1＝u2dA2積分得：q＝v1A1＝v2A2常數(shù)結(jié)論：a.通過流管任一通流截面的流量相等。b.液體流速與管道通流截面積成反比。c.在具有多分支管路中，總流量等于各分支流量之和，即q1=q2+q3的關(guān)系。二、連續(xù)性方程三、能量