液壓與氣壓傳動技術課件 1.3：液體動力學

液體動力學液壓與氣壓傳動技術液壓動力學教學難點（1）流量與平均流速的關系；（2）液壓動力學基本方程的應用學習過程課前學習網上教學資源（學）用多媒體課件演示液體動力學方程（做）學習目標（1）掌握流量與平均流速的關系；（2）能判斷液體的流動狀態(tài)；（3）會應用液壓動力學方程；（4）理解氣穴現象3液體動力學任務：計算液壓泵吸油腔的真空度或液壓泵允許的安裝高度。液壓油內存在氣泡的原因是什么？如何消除？泵從油箱吸油的示意圖4液體動力學液體動力學的主要內容是研究液體流動時流速和壓力的變化規(guī)律。流體的連續(xù)性方程、伯努利方程(能量方程)和動量方程是描述流動液體力學規(guī)律的三個基本方程。前兩個方程描述了壓力、流速與流量之間的關系，以及液體能量相互間的變換關系；后者描述了流動液體與固體壁面之間作用力的情況。5液體動力學1.理想液體和恒定流動：一、基本術語理想液體：假設的既無粘性又不可壓縮的流體。恒定流動：液體中任一點處的壓力，速度和密度都不隨時間而變化的流動。6液體動力學2.流量單位時間內流過某通流截面的液體體積稱為流量，常用q表示，即例：在水龍頭旁要灌滿一個10升大小的水桶，需要約1分鐘時間，則該水龍頭的流量就是10l/min。在IS中：q的單位為m3/s；在工程上常用L/min。1L/min=10-3/60m3/s7液體動力學3.平均流速由于液體的粘性，液體在流動過程中各層的速度是不相等的，為了研究問題的方便，假設液體是無粘性、不可壓縮的理想液體。這樣液體在通流截面上流速均勻分布，稱為平均流速，用v表示。單位（SI）m/s8液體動力學流層二、液體的流動狀態(tài)紊流液體分層流動，各層互不干擾；粘性力起主導作用。液體流動雜亂無章；慣性力起主導作用。9液體動力學10液體動力學11液體動力學1.連續(xù)性方程流量連續(xù)性方程是質量守恒定律在流體力學中的一種表達形式。三、三大方程故有以下結論：液體在管道中流動時，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。連續(xù)性方程連續(xù)性方程m1=m2

A1v1=A2v2ρA1v1t=ρA2v2tq=Av=c(c為常數）12液體動力學2.伯努利方程是能量守恒定律在流體力學中的一種表達形式。理想液體的伯努利方程（1）外力對液體所做的功W=p1A1v1dt-p2A2v2dt=(p1-p2)?V（2）機械能的變化量位能的變化量：?Ep=mg?h=ρg?V(h2-h1)動能的變化量：?Ek=m?v2/2=ρ?V(v22-v21)/213液體動力學2.伯努利方程根據能量守恒定律，則有：W=?Ep+?Ek

(p1-p2)?V=ρg?V(z2-z1)+ρ?V(v22-v21)/2整理后得單位重量理想液體伯努利方程為：14液體動力學2.伯努利方程其物理意義為：在密閉管道內作恒定流動的理想液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化，但各個過流斷面上三種能量之和恒為定值。15液體動力學實際液體伯努利方程當紊流時取α=1層流時取α=2單位體積液體在兩斷面間流動的能量損失動能修正系數在用平均流速代替實際流速計算動能時，必然會產生誤差。為了修正這個誤差，需引入動能修正系數α。16液體動力學實際液體的伯努利方程在應用時必須注意的是：（1）斷面1、2需順流向選?。ǚ駝t壓力損失為負值），且應選在緩變的過流斷面上。（2）斷面中心在基準面以上時，h1、h2為正值反之取負值。通常選取特殊位置的水平面作為基準面；（3）對于紊流取α=1，層流取α=2。17液體動力學例1，如圖所示，液壓泵的安裝高度為H=0.5m，泵出口處流量為qv=40L/min，吸油管直徑d=40mm，設液壓油運動黏度ν=40mm2/s，密度ρ=900㎏/m3，不計能量損失。試計算液壓泵吸油口處真空度。18液體動力學解：1)計算吸油管內液體流速υ2)計算實際雷諾數Re判斷吸油管內液體為層流。α2=219液體動力學3）取油箱液面1-1、泵吸油口截面2—2并列伯努利方程式中，取油箱液面為高度方向基準面，壓力取相對壓力，所以p1=0，h1=0，υ1<<υ2，υ1≈0，h2=H，α2=2，Δpw=0，上式代入數值得液壓泵吸油口處真空度為4663Pa。20液體動力學液壓泵吸油口的真空度由三部分組成：①把油液提升到一定高度h所需的壓力；②產生一定流速所需的壓力；③吸油管內的壓力損失。21液體動力學3.動量方程動量方程是動量定理在流體力學中的具體應用，用來計算流動液體作用在限制其流動的固體壁面上的總作用力?！艶=Δ（mv）/Δt=ρq（v2-v1）考慮動量修正問題，則有：∴∑F=ρq(β2v2-β1v1)層流β=1.33紊流β=1應用動量方程注意：(1)F、v是矢量；(2)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。22液體動力學在液流中當某點壓力低于液體的飽和蒸氣壓時,液體就汽化形成氣泡,同時原來溶于液體中的氣體也會分離出來產生氣泡,從而使液流呈不連續(xù)狀態(tài)，就是氣穴現象。四、氣穴現象P=0+P-P23液體動力學1.產生氣穴現象的原因四、氣穴現象液壓油中總含有一定量的空氣，對于礦物油型液壓油(常溫時，在標準大氣壓下)有6％～12％(體積比)的溶解空氣(不包括以氣泡形式混含在油液中的空氣)。當液體流動中某處壓力下降到低于空氣分離壓pg時，溶解到油液中的空氣將突然從油液中分離出來而產生大量氣泡。所以，產生氣穴現象的原因是壓力的過度下降。24液體動力學2.氣穴對系統產生的危害四、氣穴現象當所形成的氣泡隨著液流進入高壓區(qū)時，氣穴的體積將急速縮小或潰滅。這一過程瞬時發(fā)生，從而產生局部液壓沖擊，其動能迅速轉變?yōu)閴毫δ芗盁崮?，使局部壓力及溫度急劇上升，并引起強烈的振動及噪聲。過高的溫度將加速工作液的氧化變質。如果這個局部液壓沖擊作用在金屬表面上，金屬壁面在反復液壓沖擊、高溫及游離出來的空氣中氧的侵蝕下將產生腐蝕?！獨馕g25液體動力學氣蝕26液體動力學3.預防氣穴及氣蝕所采取的