第二章流體力學(xué)基礎(chǔ)流體傳動演示文稿

第二章流體力學(xué)基礎(chǔ)流體傳動演示文稿現(xiàn)在是1頁\一共有100頁\編輯于星期一優(yōu)選第二章流體力學(xué)基礎(chǔ)流體傳動現(xiàn)在是2頁\一共有100頁\編輯于星期一

流體傳動以液體或氣體作為工作介質(zhì)來傳遞能量和運動。因此，了解流體的主要物理性質(zhì)，掌握流體平衡和運動的規(guī)律等主要力學(xué)特性，對于正確理解流體傳動原理、氣液壓元件的工作原理，以及合理設(shè)計、調(diào)整、使用和維護液壓系統(tǒng)都是十分重要的。第2章流體力學(xué)基礎(chǔ)現(xiàn)在是3頁\一共有100頁\編輯于星期一2.1

流體的物理性質(zhì)現(xiàn)在是4頁\一共有100頁\編輯于星期一2.1

流體的物理性質(zhì)１液體的密度和重度密度ρ——液體的密度(kg/m3)；ΔV——液體中所任取的微小體積(m3)Δm——體積ΔV中的液體質(zhì)量(kg)密度的物理含義是質(zhì)量在空間某點處的密集程度。密度是空間點坐標(biāo)和時間的函數(shù)，即ρ=ρ(x，y，z，t)?，F(xiàn)在是5頁\一共有100頁\編輯于星期一2.1

流體的物理性質(zhì)對于均質(zhì)液體，其重度γ

是指其單位體積內(nèi)所含液體的重量。重度或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ρ=900kg/m3。液壓油液的密度現(xiàn)在是6頁\一共有100頁\編輯于星期一2.1

流體的物理性質(zhì)體積為V的液體，當(dāng)壓力增大△p時，體積減小△V，則液體在單位壓力變化下體積的相對變化量，定義為體積壓縮系數(shù)ββ——液體的體積壓縮系數(shù)；一般取β

=（5~7）x10-10m2/NV——液體的體積；ΔV——體積變化量；

Δp——壓力增量。2可壓縮性流體受壓力作用而發(fā)生體積縮小性質(zhì)?，F(xiàn)在是7頁\一共有100頁\編輯于星期一體積彈性模量Kβ的倒數(shù)稱為液體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)K=（1.4～2.0）)×109Pa液壓油的彈性模量為鋼的1/140～1/100。現(xiàn)在是8頁\一共有100頁\編輯于星期一3流體的粘性流體在外力作用下流動時,由于流體分子間的內(nèi)聚力作用,導(dǎo)致流體分子間因相對運動而產(chǎn)生的內(nèi)摩擦力,這種特性稱為粘性。流體內(nèi)摩擦定律內(nèi)摩擦力（試驗結(jié)果表明）流層接觸面積流層間相對速度流層間距離2.1

流體的物理性質(zhì)現(xiàn)在是9頁\一共有100頁\編輯于星期一動力粘度牛頓內(nèi)摩擦定律表示流體粘性的系數(shù)，稱為動力粘度粘度動力粘度μ——流體在單位速度梯度下流動時，接觸液層間單位面積上內(nèi)摩擦力。運動粘度——μ太大，常用動力粘度與液體密度之比值。

相對粘度——μ、不易直接測量，只用于理論計算，常用相對粘度。2.1

流體的物理性質(zhì)現(xiàn)在是10頁\一共有100頁\編輯于星期一2.1

流體的物理性質(zhì)

液體在單位速度梯度下流動時，流動液層間單位面積上的內(nèi)摩擦力。動力粘度與該液體密度的比值

動力粘度的物理意義運動粘度又叫條件粘度，它是采用特定的粘度計在規(guī)定的條件下測量出來的的粘度。由于測量條件不同，各國所用的相對粘度也不同。中國、德國和俄羅斯等一些國家采用恩氏粘度，美國用賽氏粘度，英國用雷氏粘度。相對粘度現(xiàn)在是11頁\一共有100頁\編輯于星期一2.1

流體的物理性質(zhì)粘度的測量

測量流體粘度的方法較多。工業(yè)上常用工業(yè)粘度計來測量油和其它液體的粘度。

一種間接測量方法，即用一定量的液體通過貯液罐底部細管流出的時間作為測量值，再根據(jù)哈根—伯肅葉公式修正的半經(jīng)驗公式計算出液體的運動粘性系數(shù)。

工業(yè)粘度計的種類較多，其結(jié)構(gòu)大同小異。目前我國和蘇聯(lián)、德國等歐洲國家多采用恩格勒粘度計，恩格勒粘度計的結(jié)構(gòu)如圖所示。貯液罐水箱電加熱器長頸瓶恩格勒粘度計現(xiàn)在是12頁\一共有100頁\編輯于星期一2.1

流體的物理性質(zhì)用木塞堵住錐形短管將220cm2的被測液體注入貯液罐將水箱中的水加熱(一般，水等液體要求保持在20℃，潤滑油50℃，燃料油80℃)迅速拔起塞桿，使被測液體從錐形短管流入長頸瓶再用同樣的步驟記下200cm2蒸餾水在同樣溫度下流經(jīng)錐形短管所需的時間t0

(約51秒)流出至200cm2為止，記下所需的時間t現(xiàn)在是13頁\一共有100頁\編輯于星期一2.1

流體的物理性質(zhì)

求得了恩格勒粘度E后，可由下面的半經(jīng)驗公式求出被測液體的運動粘度：被測液體在規(guī)定溫度下的恩格勒粘度為：現(xiàn)在是14頁\一共有100頁\編輯于星期一

液壓油牌號，常用某一溫度下的運動粘度平均值來表示，如N32號液壓油，指40℃時運動粘度的平均值為32mm2/s（cSt）。舊牌號20號液壓油是指這種液壓油在50℃時的運動粘度平均值為20mm2/s（cSt）。常用液壓油的牌號和粘度2.1

流體的物理性質(zhì)現(xiàn)在是15頁\一共有100頁\編輯于星期一調(diào)合油的粘度

選擇合適粘度的液壓油，對液壓系統(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，可把兩種不同粘度的液壓油按適當(dāng)?shù)谋壤旌掀饋硎褂茫{(diào)合油。調(diào)合油的粘度經(jīng)驗公式：2.1

流體的物理性質(zhì)現(xiàn)在是16頁\一共有100頁\編輯于星期一oE1、oE2

——混合前兩種油液的粘度，取oE1＞oE2；

oE——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數(shù)（a+b=100）

c——實驗系數(shù)。

系數(shù)c的數(shù)值a102030405060708090b908070605040302010c6.713.117.922.125.527.928.22517式中2.1

流體的物理性質(zhì)現(xiàn)在是17頁\一共有100頁\編輯于星期一4粘度特性：

溫度是影響粘度的主要因素。當(dāng)溫度升高時，液體的粘度減小，氣體的粘度增加。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，一般可忽略不計。液體：分子內(nèi)聚力是產(chǎn)生粘度的主要因素。溫度↑→分子間距↑→分子吸引力↓→內(nèi)摩擦力↓→粘度↓氣體：分子熱運動引起的動量交換是產(chǎn)生粘度的主要因素。溫度↑→分子熱運動↑→動量交換↑→內(nèi)摩擦力↑→粘度↑溫度2.1

流體的物理性質(zhì)現(xiàn)在是18頁\一共有100頁\編輯于星期一

液壓油粘度對溫度的變化十分敏感，溫度升高，粘度下降，液壓油的粘度隨溫度變化的性質(zhì)稱為粘溫特性。

一般高溫應(yīng)選擇粘度大的液壓油，以減少泄漏；低溫應(yīng)選擇粘度小的液壓油，以減小摩擦。2.1

流體的物理性質(zhì)現(xiàn)在是19頁\一共有100頁\編輯于星期一液壓油其他物理化學(xué)性質(zhì)抗燃性：指有較高的閃點、著火點和自燃點抗凝性：指有較低的凝點抗氧化性：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：油中氣泡容易逸出并消除抗乳化性：油水分離要容易防銹性：對鐵及非金屬的腐蝕小潤滑性：能對液壓元件滑動部分充分潤滑導(dǎo)熱性：比熱容和導(dǎo)熱率大相容性：對金屬、密封件、橡膠軟管、涂料有良好的相容性純凈性：質(zhì)地純凈，盡可能不含污染物2.1

流體的物理性質(zhì)現(xiàn)在是20頁\一共有100頁\編輯于星期一液壓油選用——對液壓油液的選擇要求

粘溫特性好有良好的潤滑性成分要純凈對熱、氧化水解都有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，使用壽命長比熱和傳熱系數(shù)大，體積膨脹系數(shù)小，閃點和燃點高，流動點和凝固點低。（凝點—油液完全失去其流動性的最高溫度）抗泡沫性和抗乳化性好，防銹性好材料相容性好，腐蝕性小對人體無害，對環(huán)境污染小，價格便宜無毒2.1

流體的物理性質(zhì)現(xiàn)在是21頁\一共有100頁\編輯于星期一液壓泵用油粘度范圍及推薦用油表

液壓油牌號L-HM32的含義是：L表示潤滑劑，H表示液壓油，M表示抗磨型，粘度等級為VG32。2.1

流體的物理性質(zhì)現(xiàn)在是22頁\一共有100頁\編輯于星期一2.1

流體的物理性質(zhì)液壓油液的種類及其性質(zhì)現(xiàn)在是23頁\一共有100頁\編輯于星期一2.2

流體靜力學(xué)現(xiàn)在是24頁\一共有100頁\編輯于星期一2.2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)律和這些規(guī)律的應(yīng)用。液體靜壓力及其特性靜壓力基本方程式帕斯卡原理靜壓力對固體壁面的作用力現(xiàn)在是25頁\一共有100頁\編輯于星期一流體處于靜止?fàn)顟B(tài)時,其單位面積上所受的法向作用力靜壓力

圖示為一團處于平衡狀態(tài)的流體，若用AB平面把它分成Ⅰ和Ⅱ兩部分，將Ⅰ取走，為保持Ⅱ的平衡，必須有作用力F來代替Ⅰ對Ⅱ部分的作用。設(shè)被AB所截的流體截面面積為A，則流體所受到的平均靜壓力為2.2流體靜力學(xué)１流體靜壓力及其特性現(xiàn)在是26頁\一共有100頁\編輯于星期一

若A面上各點壓力不等，則A面上任意點D處的靜壓力為液體靜壓力有兩個重要特性：1.靜止流體表面應(yīng)力只能是壓應(yīng)力或壓強，且靜壓強方向與作用面的內(nèi)法線方向重合。靜壓力恒垂直于器壁2.2流體靜力學(xué)現(xiàn)在是27頁\一共有100頁\編輯于星期一2.作用于靜止流體同一點壓強的大小各向相等，與作用面的方位無關(guān)。2.2流體靜力學(xué)壓力的表示方法和單位根據(jù)度量基準(zhǔn)的不同，液體壓力分為絕對壓力和相對壓力兩種。

絕對壓力—以絕對零壓為基準(zhǔn)所測相對壓力—以大氣壓力為基準(zhǔn)所測現(xiàn)在是28頁\一共有100頁\編輯于星期一2.2流體靜力學(xué)

如果液體中某點的絕對壓力小于大氣壓力，這時，比大氣壓力小的那部分數(shù)值叫做真空度現(xiàn)在是29頁\一共有100頁\編輯于星期一2.2流體靜力學(xué)國際單位Pa(帕，N/m2)1bar=1*105Pa=1.01972工程大氣壓（kgf/cm2）=1.01972*104mm水柱=7.50062*102mm汞柱液壓傳動系統(tǒng)中所測壓力均為相對壓力即表壓力各種壓力單位的換算關(guān)系現(xiàn)在是30頁\一共有100頁\編輯于星期一2.2流體靜力學(xué)壓力表1—彎管

2—指針

3—刻度盤

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，它的活動端就向外伸張，經(jīng)傳動機構(gòu)帶動指針轉(zhuǎn)動，由刻度盤上指示出介質(zhì)的壓力?，F(xiàn)在是31頁\一共有100頁\編輯于星期一2.2流體靜力學(xué)現(xiàn)在是32頁\一共有100頁\編輯于星期一２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2.2流體靜力學(xué)靜壓力基本方程壓力由兩部分組成：液面壓力P0

，自重形成的壓力ρgh。重力作用下靜止液體壓力分布特征：離液面深度相同各點組成的等壓面，為水平面液體內(nèi)的壓力與液體深度成正比；現(xiàn)在是33頁\一共有100頁\編輯于星期一

由于兩缸互相連通，構(gòu)成一個密閉連通容器，按帕斯卡原理，液壓缸內(nèi)壓力處處相等，p1

=p2于是2.2流體靜力學(xué)３靜壓力傳遞原理垂直液壓缸面積A1負載F1水平液壓缸面積A2

負載F2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。－－帕斯卡定律?，F(xiàn)在是34頁\一共有100頁\編輯于星期一2.2流體靜力學(xué)靜壓力傳動特點

傳動必須在密封容器內(nèi)進行

系統(tǒng)內(nèi)壓力大小取決于外負載的大小

液壓傳動可以將力放大，放大倍數(shù)等于活塞面積之比

在工程上很多流體機械(如液壓傳動等)都是根據(jù)流體的壓力傳遞原理而設(shè)計的，而且在多數(shù)場合都是p0>>ρgh的情況。工程計算中常將ρgh

項忽略不計，這樣則可認為容器中的壓力處處相等。現(xiàn)在是35頁\一共有100頁\編輯于星期一

如果垂直液壓缸的活塞上沒有載荷，則不計活塞重量及其他阻力時，不論怎樣推動水平液壓缸的活塞，都不能在液體中形成壓力，說明液壓系統(tǒng)中的壓力是由外載荷決定的，這是液壓傳動中的一個基本概念。2.2流體靜力學(xué)現(xiàn)在是36頁\一共有100頁\編輯于星期一最簡單的情況:水平面上的總壓力。

圖示，設(shè)容器的底面積為A，所盛液體的密度為ρ，液深為h，液面上的壓力為p0，則作用在底面上的總壓力是否相同？

水平面上的總壓力2.2流體靜力學(xué)４液體對固體壁面的作用力現(xiàn)在是37頁\一共有100頁\編輯于星期一總壓力僅由液體重量引起的總壓力為

水平壁面上的壓力只與液體的密度ρ

，液深h

及受力面積A有關(guān)。

形狀不同而底面積均為A的四個容器，雖然所盛液體數(shù)量不等，但是上述三項ρ

、A及h

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“靜水奇象”。它說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。2.2流體靜力學(xué)現(xiàn)在是38頁\一共有100頁\編輯于星期一2.2流體靜力學(xué)如：液壓缸，若設(shè)活塞直徑為D,則

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現(xiàn)在是39頁\一共有100頁\編輯于星期一2.3

液體動力學(xué)基礎(chǔ)現(xiàn)在是40頁\一共有100頁\編輯于星期一2.3

流體動力學(xué)基礎(chǔ)

主要討論流體動力學(xué)的基本概念，三個基本方程——連續(xù)性方程、伯努利方程和動量方程。1基本概念1)理想液體、恒定流動理想流體：一種假想的既無粘性又不可壓縮的液體恒定流動：流體流動時，流體中任一點處的壓力、速度和密度等參數(shù)都不隨時間而變化。（或稱定常流動、非時變流動）現(xiàn)在是41頁\一共有100頁\編輯于星期一非恒定流動恒定流動2.3

液體動力學(xué)基礎(chǔ)現(xiàn)在是42頁\一共有100頁\編輯于星期一2.3

液體動力學(xué)基礎(chǔ)2)過流斷面流量流速

在流束或總流中與所有流線都相垂直的橫斷面稱為過流斷面或有效斷面。過流斷面

過流斷面可能是平面也可能是曲面?，F(xiàn)在是43頁\一共有100頁\編輯于星期一流量

單位時間內(nèi)流過過流斷面的流體量稱為流量。流量可以用體積、重量和質(zhì)量來表示，分別稱為體積流量、重量流量和質(zhì)量流量。流過微元面積dA的體積流量為

dQ＝vdA流經(jīng)整個過流斷面A的流量體積流量重量流量質(zhì)量流量2.3

液體動力學(xué)基礎(chǔ)現(xiàn)在是44頁\一共有100頁\編輯于星期一平均流速—通流截面上各點均勻分布假想流速v=q/A

q=0v=0

q↑

v↑

q↓

v↓結(jié)論：液壓缸的運動速度取決于進入液壓缸的流量，并且隨著流量的變化而變化。qA

v2.3

液體動力學(xué)基礎(chǔ)現(xiàn)在是45頁\一共有100頁\編輯于星期一3)層流、紊流、雷諾數(shù)2.3

液體動力學(xué)基礎(chǔ)層流：流體呈層狀流動，流線與圓管軸線平行，質(zhì)點只有沿管道軸線的縱向運動，無垂直于管道軸線的橫向運動。紊流：流體質(zhì)點相互碰撞、混雜，質(zhì)點除了管道軸線的縱向運動，還有垂直管道軸線的劇烈的橫向運動。現(xiàn)在是46頁\一共有100頁\編輯于星期一流體有兩種流動狀態(tài)，其流動阻力與流動狀態(tài)有關(guān)。（1）雷諾試驗裝置雷諾試驗2.3

液體動力學(xué)基礎(chǔ)現(xiàn)在是47頁\一共有100頁\編輯于星期一D反向試驗，關(guān)閉閥門，則色流逐漸恢復(fù)到圖c所示的過渡狀態(tài)，再關(guān)小閥門，則恢復(fù)到圖b所示的層流狀態(tài)。（2）實驗觀察到的現(xiàn)象

(a)(b)(d)(c)觀察錄像1觀察錄像觀察錄像1A試驗時微微打開閥門，管內(nèi)水的流速較小，色水成一鮮明的細流，非常平穩(wěn)，并與管的中心線平行（圖a）。B逐漸打開閥門到一定程度，色水細流出現(xiàn)波動（圖b）。C繼續(xù)打開閥門，色水細流波動劇烈，開始出現(xiàn)斷裂，最后形成與周圍清水混雜、穿插的紊亂流動（圖c）。222.3

液體動力學(xué)基礎(chǔ)現(xiàn)在是48頁\一共有100頁\編輯于星期一雷諾數(shù)

雷諾數(shù)Re：雷諾根據(jù)大量試驗歸納出的一個用于判別流態(tài)的無因次的綜合量。

液流的慣性力對粘性力的無因次比

Re較大，液體的慣性力起主導(dǎo)作用，液體處于紊流狀態(tài)

Re較小，粘性力起主導(dǎo)作用，液體處于層流狀態(tài)

2.3

液體動力學(xué)基礎(chǔ)雷諾數(shù)的物理意義：Re>2000（或2320）為層流Re<2000（或2320）為紊流現(xiàn)在是49頁\一共有100頁\編輯于星期一

連續(xù)性原理—理想流體在管道中恒定流動時，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，因此單位時間內(nèi)流入流體的質(zhì)量應(yīng)恒等于流出流體的質(zhì)量。2連續(xù)性方程m1=m22.3

液體動力學(xué)基礎(chǔ)ρ1u1dA1dt=ρ2

u2dA2dt若忽略流體可壓縮性ρ1=ρ2=ρu1dA1=u2dA2現(xiàn)在是50頁\一共有100頁\編輯于星期一則v1A1=v2A2

或q=vA=常數(shù)結(jié)論：流體在管道中恒定流動時，流過各個斷面的流量是相等的，因而流速和過流斷面成反比。2.3

液體動力學(xué)基礎(chǔ)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

如果改變v1

，則v2就會隨之作相應(yīng)的改變；只要能設(shè)法調(diào)節(jié)v1

，則v2也將獲得相應(yīng)的調(diào)節(jié)?，F(xiàn)在是51頁\一共有100頁\編輯于星期一2.3

液體動力學(xué)基礎(chǔ)當(dāng)v1不可調(diào)節(jié)時，那么調(diào)節(jié)q3也能使v2產(chǎn)生相應(yīng)的變化。

在液壓技術(shù)中，v1或q3都能夠做到在一定范圍內(nèi)進行無級調(diào)節(jié)，因此v2也能實現(xiàn)無級調(diào)節(jié)，這是液壓傳動能被普遍應(yīng)用的原因之一?，F(xiàn)在是52頁\一共有100頁\編輯于星期一3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：理想流體在管道中穩(wěn)定流動時，根據(jù)能量守恒定律，同一管道內(nèi)任一截面上的總能量應(yīng)該相等?；颍和饬ξ矬w所做的功應(yīng)該等于該物體機械能的變化量。

在密閉管道內(nèi)作恒定流動的理想流體具有三種形式的能量，即壓力能、位能和動能。在流動過程中，三種能量之間可以互相轉(zhuǎn)化，但各個過流斷面上三種能量之和恒為定值。2.3

液體動力學(xué)基礎(chǔ)現(xiàn)在是53頁\一共有100頁\編輯于星期一

位能、壓力能和動能既然是一種能量，就可以相互轉(zhuǎn)變，流速變小，動能轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫δ堋毫δ軐⒃黾?；反之，壓力能亦可轉(zhuǎn)變?yōu)閯幽堋τ诶硐肓黧w恒定流動，三項之和為一常數(shù)，表示任意一個流體質(zhì)點運動過程中的位能、壓力能和動能之和保持不變。因此，對于理想流體，伯努利方程又是流體力學(xué)中的能量守恒定律。2.3

液體動力學(xué)基礎(chǔ)現(xiàn)在是54頁\一共有100頁\編輯于星期一

在實際流體的流動中，單位重量流體所具有的機械能在流動過程中不能維持常數(shù)不變，而是要沿著流動方向逐漸減小。實際中所有的流體都有粘性流動的過程中流體層與流體層之間流體與管壁之間產(chǎn)生摩擦粘性產(chǎn)生能量損失，使流體的機械能降低局部區(qū)域過流斷面變化流體質(zhì)點互相沖撞產(chǎn)生旋渦引起機械能的損失2.3

液體動力學(xué)基礎(chǔ)現(xiàn)在是55頁\一共有100頁\編輯于星期一

實際總水頭線沿微元流束下降，而靜水頭線則隨流束的形狀上升或下降。幾何解釋：現(xiàn)在是56頁\一共有100頁\編輯于星期一

在液體管道的某一截面處裝有一個測壓管和一根兩端開口彎成直角的玻璃管(稱為測速管)。例題1：

將測速管(又稱皮托管)的一端正對著來流方向，另一端垂直向上，這時測速管中上升的液柱比測壓管內(nèi)的液柱高h。這是由于當(dāng)液流流到測速管入口前的A點處，受到阻擋，流速變?yōu)榱?，則在測速管入口形成一個駐點A。駐點A的壓力pA稱為全壓，在入口前同一水平流線未受擾動處(例如B點)的液體壓力為pB，速度為V。應(yīng)用伯努利方程于同一流線上的B、A兩點，則有2.3

液體動力學(xué)基礎(chǔ)現(xiàn)在是57頁\一共有100頁\編輯于星期一

由此可見，代表一個高度，這個高度就是測速管內(nèi)液柱的高度，稱為速度水頭。2.3

液體動力學(xué)基礎(chǔ)現(xiàn)在是58頁\一共有100頁\編輯于星期一

水通過虹吸管從水箱吸至B點。虹吸管直徑d1＝60mm，出口B處噴嘴直徑d2＝30mm。當(dāng)H1＝2m，H2＝4m時，在不計水頭損失條件下，試求流量和C點的壓力。例題2：d1d3H1H213322CB2.3

液體動力學(xué)基礎(chǔ)現(xiàn)在是59頁\一共有100頁\編輯于星期一

解以2—2斷面為基準(zhǔn)，對1—1和2—2斷面列伯努里方程，用相對壓強計算時，有式中于是因此，通過虹吸管的流量為d1d3H1H213322CB2.3

液體動力學(xué)基礎(chǔ)現(xiàn)在是60頁\一共有100頁\編輯于星期一

為求C點壓力，以2—2為基準(zhǔn)，對3—3和2—2斷面列伯努利方程d1d3H1H213322CB由連續(xù)性方程得

負號表示C處的壓強低于一個大氣壓，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Hl的高度。2.3

液體動力學(xué)基礎(chǔ)現(xiàn)在是61頁\一共有100頁\編輯于星期一4定常流動的動量方程

理論力學(xué)中的動量定理：質(zhì)點系動量變化率等于作用在質(zhì)點系上的各外力的矢量和，即或式中——質(zhì)點系的動量；——作用在質(zhì)點系上各外力的矢量和動量方程2.3

液體動力學(xué)基礎(chǔ)現(xiàn)在是62頁\一共有100頁\編輯于星期一

經(jīng)過dt時間后從位置1-2流到位置1'-2'。與此同時，流段的動量發(fā)生了變化，其變化等于流段在1'-2'和1-2位置時的動量之差。

設(shè)不可壓縮流體在彎管中作定常流動，如圖所示，取有效截面1—1和2—2之間的一個流段。截面上的平均流速為Vl

V2流段外力：質(zhì)量力、兩截面上的壓力和管壁的作用力2.3

液體動力學(xué)基礎(chǔ)現(xiàn)在是63頁\一共有100頁\編輯于星期一

由于定常流動中流管內(nèi)各空間點的流速不隨時間變化，因此1’-2’這部分流體的動量沒有改變。在dt時間內(nèi)流段的動量變化等于2-2’段的動量和1-l’段的動量之差，即2.3

液體動力學(xué)基礎(chǔ)現(xiàn)在是64頁\一共有100頁\編輯于星期一動量方程的應(yīng)用流體作用于彎管的力

一水平彎管。由于液流在彎道改變了流動方向，也就改變了動量，于是就會產(chǎn)生壓力作用于管壁。因此在設(shè)計管道時，在管路損彎處必須考慮這個作用力，并設(shè)法平衡之，以防管道破裂。用動量方程來確定這種作用力2.3

液體動力學(xué)基礎(chǔ)現(xiàn)在是65頁\一共有100頁\編輯于星期一用兩個分量來分析：沿x軸方向的動量變化為沿x軸方向的作用力總和為于是有2.3

液體動力學(xué)基礎(chǔ)現(xiàn)在是66頁\一共有100頁\編輯于星期一同理，對y軸方向有從以上公式求出Rx與Ry，便可計算R。2.3

液體動力學(xué)基礎(chǔ)現(xiàn)在是67頁\一共有100頁\編輯于星期一2.3

液體動力學(xué)基礎(chǔ)現(xiàn)在是68頁\一共有100頁\編輯于星期一〔例〕在給水管道中有一段60o拐彎的水平彎管，已知管道內(nèi)徑d=67mm，流量G=245.25kN/h，壓力p=3139kPa，水溫t=104oC，若不計管道的壓力損失，求給水作用在彎管上的作用力。2.3

液體動力學(xué)基礎(chǔ)現(xiàn)在是69頁\一共有100頁\編輯于星期一[解]從蒸汽表中查得在P=3139kPa，t=104oC時，γ=9427kN/m3。由于是等截面管道，又不計壓力損失，所以管道中的水流流速2.3

液體動力學(xué)基礎(chǔ)現(xiàn)在是70頁\一共有100頁\編輯于星期一得給水作用在彎管上的作用力2.3

液體動力學(xué)基礎(chǔ)現(xiàn)在是71頁\一共有100頁\編輯于星期一〔例〕密度ρ＝const的理想流體，從噴射管噴出一股截面積為a、流速為v的射流，沖擊著以等速度u在水平方向運動著的傾斜平板，傾斜平板與射流軸線夾角為α，假設(shè)水流在平板上的流動是定常流動，求射流每秒對平板所作的功N。2.3

液體動力學(xué)基礎(chǔ)現(xiàn)在是72頁\一共有100頁\編輯于星期一〔解〕將參考坐標(biāo)固定在平板上，原點o放在射流軸線與平板的交點處，而x軸與射流水平軸線一致。取如圖虛線所示的運動控制體。沿著垂直于平板的法線n方向，有平板對控制體的作用力R。沖擊傾斜平板的射流質(zhì)量流量相對速度vr在傾斜平板法線n方向的投影寫出n方向的動量方程（以坐標(biāo)定方向）得2.3

液體動力學(xué)基礎(chǔ)現(xiàn)在是73頁\一共有100頁\編輯于星期一根據(jù)題意，只需求出F在x方向的分力Fx這樣，得到射流每秒所作的功N為射流對傾斜平板的作用力F，在數(shù)值上與R相等，而方向相反。2.3

液體動力學(xué)基礎(chǔ)現(xiàn)在是74頁\一共有100頁\編輯于星期一2.4液壓系統(tǒng)的壓力損失現(xiàn)在是75頁\一共有100頁\編輯于星期一

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：1)液體在等徑直管中流動時因粘性摩擦而產(chǎn)生的壓力損失，稱為沿程壓力損失；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阻力(如控制閥閥口)而引起的壓力損失，稱為局部壓力損失。2.4液壓系統(tǒng)的壓力損失

實際液體是有粘性的，為了克服粘性摩擦阻力，液體流動時要損耗一部分能量，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)闊崃浚挂簤合到y(tǒng)的溫度升高，影響系統(tǒng)的工作性能?，F(xiàn)在是76頁\一共有100頁\編輯于星期一1沿程壓力損失2.4液壓系統(tǒng)的壓力損失圓管層流液體在等徑水平圓管中作恒定流動取出一段半徑為r、長度為l、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)摩擦力Ff力的平衡現(xiàn)在是77頁\一共有100頁\編輯于星期一由內(nèi)摩擦力Ff為速度梯度du/dr為負值，故須加一負號以使內(nèi)摩擦力為正值。令得積分并代入相應(yīng)的邊界條件，即當(dāng)r＝R時，u＝0，得2.4液壓系統(tǒng)的壓力損失現(xiàn)在是78頁\一共有100頁\編輯于星期一管內(nèi)流速在半徑方向上按拋物面規(guī)律分布在軸線r＝0處，其流速最大：在半徑r處取一厚為dr的微小圓環(huán)面積面積為dA＝2πrdr流量為dq＝udA積分或在管壁r＝R處，流速最小，為umin＝0；2.4液壓系統(tǒng)的壓力損失現(xiàn)在是79頁\一共有100頁\編輯于星期一層流時的沿程壓力損失

液體流經(jīng)等徑d的直管時，管長l段上的沿程壓力損失Δp為將代入上式，并整理后得用比壓力能單位表示為2.4液壓系統(tǒng)的壓力損失現(xiàn)在是80頁\一共有100頁\編輯于星期一v——液流的平均流速式中ρ——液體的密度λ——沿程阻力系數(shù)，理論值λ=64/Re

考慮到實際流動時還存在溫度變化以及管道變形等問題，因此金屬管道取λ=75/Re橡膠軟管取λ=80/Re

2.4液壓系統(tǒng)的壓力損失現(xiàn)在是81頁\一共有100頁\編輯于星期一紊流時的沿程壓力損失

液體在直管中作紊流流動時，其沿程壓力損失的計算公式與層流時相同，即仍為沿程阻力系數(shù)λ

有所不同2.4液壓系統(tǒng)的壓力損失現(xiàn)在是82頁\一共有100頁\編輯于星期一2局部壓力損失

局部壓力損失是液體流經(jīng)閥口、彎管、通流截面變化等處所引起的壓力損失。

液流通過這些地方時，方向和流速發(fā)生變化，液體在這些地方擾動、攪拌，形成旋渦、尾流，或使邊界層剝離，使液體的質(zhì)點相互撞擊，從而產(chǎn)生了較大的能量損耗。2.4液壓系統(tǒng)的壓力損失現(xiàn)在是83頁\一共有100頁\編輯于星期一

局部壓力損失與液流的動能直接相關(guān)，可以表達成如下的計算式2.4液壓系統(tǒng)的壓力損失采用比能形式，可寫成v—液流的平均流速，一般情況下均指局部阻力下游處的流速?——局部阻力系數(shù)現(xiàn)在是84頁\一共有100頁\編輯于星期一

由于液體流經(jīng)局部阻力區(qū)域的流動情況非常復(fù)雜，所以局部阻力系數(shù)?

的值僅在少數(shù)場合可以采用理論推導(dǎo)的方法求得，一般都必須通過實驗來確定。各種局部裝置結(jié)構(gòu)的?

的具體數(shù)值可從有關(guān)液壓工程手冊中查到。2.4液壓系統(tǒng)的壓力損失現(xiàn)在是85頁\一共有100頁\編輯于星期一3管路中的總壓力損失

液壓系統(tǒng)的管路一般由若干段管道和一些閥、過濾器、管接頭、彎頭等組成，因此管路總的壓力損失就等于所有直管中的沿程壓力損失和所有這些元件的局部壓力損失之總和，用比能形式即為2.4液壓系統(tǒng)的壓力損失現(xiàn)在是86頁\一共有100頁\編輯于星期一2.5孔口和間隙的流量-壓力特性1液體流過小孔的流量小孔可分為三種：l/d≤0.5時，稱為薄壁孔；l/d＞4時，稱為細長孔；0.5＜l/d≤4時，稱為短孔。

孔口和縫隙流量在液壓技術(shù)中占有很重要的地位，它涉及液壓元件的密封性，系統(tǒng)的容積效率，更為重要的是它是設(shè)計計算的基礎(chǔ)。

液流經(jīng)過孔口的流量公式是研究節(jié)流調(diào)速的理論基礎(chǔ)，液流經(jīng)過縫隙的流量公式是分析計算液壓元件的泄漏的理論依據(jù)?，F(xiàn)在是87頁\一共有100頁\編輯于星期一薄壁孔—完全收縮：d1/d≥7，收縮作用不受d1內(nèi)壁影響；—不完全收縮：d1/d<7，d1內(nèi)壁對液流進入小孔起導(dǎo)向作用。2.5孔口和間隙的流量-壓力特性

一般薄壁小孔孔口邊緣都作成刃口形式流體流動特性液流通過小孔時在慣性力作用下發(fā)生收縮現(xiàn)象：2-2處d2<d；現(xiàn)在是88頁\一共有100頁\編輯于星期一

取孔前通道斷面為1-1斷面，及2-2斷面，列伯努利方程hw為局部損失，它包括兩部分，即截面突然減小時的局部壓力損失hw1和截面突然增大時的局部壓力損失hw2

。

即2.5孔口和間隙的流量-壓力特性現(xiàn)在是89頁\一共有100頁\編輯于星期一由于Ae<<A2，所以將上式代入伯努利方程，并注意到由于A1=A2，故v1=v2，α1=α2；且z1=z2

，得：Δp——小孔前后的壓力差Cv——小孔速度系數(shù)2.5孔口和間隙的流量-壓力特性現(xiàn)在是90頁\一共有100頁\編輯于星期一式中Cq——流量系數(shù)Cc——收縮系數(shù)AT——小孔通流截面的面積Ae——收縮斷面的面積

薄壁小孔因沿程阻力損失小，流量對油溫變化不敏感，多被用作調(diào)節(jié)流量的節(jié)流器。2.5孔口和間隙的流量-壓力特性現(xiàn)在是91頁\一共有100頁\編輯于星期一細長孔2.5孔口和間隙的流量-壓力特性小孔的流量壓力特性公式：K—系數(shù)其它孔m=0.5～1m—由孔的長徑比決定的指數(shù)。薄壁孔m=0.5細長孔m=1現(xiàn)在是92頁\一共有100頁\編輯于星期一2.5孔口和間隙的流量-壓力