第二章流體力學(xué)基礎(chǔ)

第二章流體力學(xué)基礎(chǔ)第一頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期四運(yùn)動粘度——液體的動力粘度與其密度的比值。ν=μ/ρ,是工程實(shí)際中常用的物理量。相對粘度又稱條件粘度——采用特定的粘度計(jì)在規(guī)定條件下測出的液體粘度。粘度隨著溫度升高而顯著下降（粘溫特性）。粘度隨壓力升高而變大（粘壓特性）。第二頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期四對液壓油液的要求和分類對液壓油液的要求粘溫特性好；有良好的潤滑性；成分要純凈；有良好的化學(xué)穩(wěn)定性；抗泡沫性和抗乳化性好；材料相容性好；無毒，價(jià)格便宜液壓油液分類礦物性液壓油：按照ISO規(guī)定，采用40℃時(shí)油液的運(yùn)動粘度（mm2/s)作為油液粘度牌號，共分為10、15、22、32、46、68、100、150等8個(gè)等級。第三頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期四液壓油液的選用選用液壓油液首先考慮的是粘度選擇時(shí)要注意：液壓系統(tǒng)的工作壓力壓力高，要選擇粘度較大的液壓油液。環(huán)境溫度溫度高，選用粘度較大的液壓油液。運(yùn)動速度速度高，選用粘度較低的液壓油液。工程機(jī)械常用的液壓油:機(jī)械油、汽輪機(jī)油、柴油機(jī)油。第四頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期四§2.2液壓油的污染與控制污染原因：新油污染、殘留污染、侵入污染和內(nèi)部生成污染。油液污染的控制對元件和系統(tǒng)進(jìn)行清洗防止污染物從外界侵入定期清洗、檢查或更換過濾器控制油液的溫度定期檢查和更換液壓油第五頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期四§2.3流體靜力學(xué)液體靜力學(xué)——研究液體在靜止?fàn)顟B(tài)下的力學(xué)規(guī)律及其應(yīng)用的流體力學(xué)分支。內(nèi)容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靜壓力及其特性質(zhì)量力：作用在每一質(zhì)點(diǎn)上，并與液體質(zhì)量成正比的力。表面力：只作用在液體表面上，并與液體表面積成正比的力。第六頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期四液體的靜壓力——靜止液體在單位面積上所受的法向力。若在液體的面積A上所受的作用力F為均勻分布時(shí)，靜壓力可表示為

液體靜壓力在物理學(xué)上稱為壓強(qiáng)，工程實(shí)際應(yīng)用中習(xí)慣稱為壓力。液體靜壓力的特性:靜壓力垂直于承壓面，方向?yàn)樵撁鎯?nèi)法線方向。液體內(nèi)任一點(diǎn)所受的靜壓力在各個(gè)方向上都相等。第七頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期四靜壓力基本方程式靜壓力基本方程式：重力作用下靜止液體壓力分布特征：壓力由兩部分組成：液面壓力p0，自重形成的壓力ρgh。液體內(nèi)的壓力與液體深度成正比。離液面深度相同各點(diǎn)的壓力相等，壓力相等的所有點(diǎn)組成等壓面。靜止液體中任一質(zhì)點(diǎn)的總能量p/ρg+z保持不變，即能量守恒。第八頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期四靜壓力基本方程式的物理含義對于與A點(diǎn)等高的連通器上P點(diǎn)（上端抽真空）說明A處液體的壓力能轉(zhuǎn)變成受到靜壓力作用而具有的勢能mghP。靜止液體中壓力能和位能可以互相轉(zhuǎn)換，但各點(diǎn)總能量保持不變，即能量守恒。第九頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期四在密閉容器內(nèi)，施加于靜止液體的壓力可以等值地傳遞到液體各點(diǎn)，這就是帕斯卡原理。亦稱靜壓傳遞原理。對于大活塞：p=F1/A1對于小活塞：F2=pA2=F1A2/A1帕斯卡原理由此可得液壓傳動可使力放大，可使力縮小，也可以改變力的方向。液體內(nèi)的壓力是由負(fù)載決定的。第十頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期四壓力的表示法及單位絕對壓力以絕對真空為基準(zhǔn)進(jìn)行度量相對壓力或表壓力以大氣壓為基準(zhǔn)進(jìn)行度量真空度絕對壓力不足于大氣壓力的那部分壓力值單位帕Pa(N

/m2)以前所采用的壓力單位：第十一頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期四靜壓力對固體壁面的作用力液體和固體壁面接觸時(shí)，固體壁面將受到液體靜壓力的作用當(dāng)固體壁面為平面時(shí)，液體壓力在該平面的總作用力F=pA，方向垂直于該平面。當(dāng)固體壁面為曲面時(shí)，液體壓力在曲面某方向上的總作用力F=pAx，Ax為曲面在該方向的投影面積。第十二頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期四§2.4液體動力學(xué)液體力學(xué)規(guī)律的三個(gè)基本方程式：流動液體的連續(xù)性方程、伯努利方程、動量方程。前兩個(gè)方程反映了液體的壓力、流速與流量之間的關(guān)系；動量方程用來解決流動液體與固體壁面間的作用力問題?；靖拍盍髁窟B續(xù)性方程伯努利方程動量方程第十三頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期四液體動力學(xué)基本概念理想液體假設(shè)的既無粘性又不可壓縮的流體稱為理想流體。恒定流動液體流動時(shí)，液體中任一點(diǎn)處的壓力、速度和密度都不隨時(shí)間而變化的流動，亦稱為定常流動或非時(shí)變流動。通流截面垂直于流動方向的截面，也稱為過流截面。第十四頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期四流量連續(xù)性方程——質(zhì)量守恒定律流量

單位時(shí)間內(nèi)流過某一通流截面的液體體積，流量以q表示，單位為m3

/s或L/min。

平均流速假設(shè)通流截面上各點(diǎn)的流速均勻分布，平均流速為液體在管內(nèi)作恒定流動，任取1、2兩個(gè)通流截面，根據(jù)質(zhì)量守恒定律，在單位時(shí)間內(nèi)流過兩個(gè)截面的液體質(zhì)量相等。結(jié)論：在恒定流動中流過各通流截面的不可壓縮流體的流量相等。流速與通流截面的面積成反比。第十五頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期四運(yùn)動微分方程——力平衡方程微元體四力平衡：重力、慣性力、兩端壓力。定常流動速度是流線長s的函數(shù)，u=f(s)歐拉方程（力平衡方程）重力場中理想液體定常流動時(shí)的運(yùn)動微分方程第十六頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期四伯努利方程——能量守恒定律理想流體的伯努利方程

在管內(nèi)作穩(wěn)定流動的理想流體具有壓力能，勢能和動能三種形式的能量，它們可以互相轉(zhuǎn)換，但其總和不變，即能量守恒。忽略重力，則液體流速增大將導(dǎo)致壓力減少。速度頭、壓力頭、位勢頭、動壓、靜壓、總壓。第十七頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期四實(shí)際流體的伯努利方程

實(shí)際流體存在粘性，流動時(shí)存在能量損失，hs為單位質(zhì)量液體在兩截面之間流動的能量損失。用平均流速替代實(shí)際流速，α為動能修正系數(shù)。第十八頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期四動量方程動量方程是動量定理在流體力學(xué)中的具體應(yīng)用，用來計(jì)算流動液體作用在限制其流動的固體壁面上的總作用力。作用在液體控制體積上的外力總和等于單位時(shí)間內(nèi)流出控制表面與流入控制表面的液體的動量之差。應(yīng)用動量方程注意：F、u是矢量；流動液體作用在固體壁面上的力與作用在液體上的力大小相等、方向相反。第十九頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期四動量方程動量方程是動量定理在流體力學(xué)中的具體應(yīng)用，用來計(jì)算流動液體作用在限制其