液壓與氣壓傳動(dòng)技術(shù)課件 1.3：液體動(dòng)力學(xué)

液體動(dòng)力學(xué)液壓與氣壓傳動(dòng)技術(shù)液壓動(dòng)力學(xué)教學(xué)難點(diǎn)（1）流量與平均流速的關(guān)系；（2）液壓動(dòng)力學(xué)基本方程的應(yīng)用學(xué)習(xí)過(guò)程課前學(xué)習(xí)網(wǎng)上教學(xué)資源（學(xué)）用多媒體課件演示液體動(dòng)力學(xué)方程（做）學(xué)習(xí)目標(biāo)（1）掌握流量與平均流速的關(guān)系；（2）能判斷液體的流動(dòng)狀態(tài)；（3）會(huì)應(yīng)用液壓動(dòng)力學(xué)方程；（4）理解氣穴現(xiàn)象3液體動(dòng)力學(xué)任務(wù)：計(jì)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(nèi)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(dòng)力學(xué)液體動(dòng)力學(xué)的主要內(nèi)容是研究液體流動(dòng)時(shí)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(dòng)量方程是描述流動(dòng)液體力學(xué)規(guī)律的三個(gè)基本方程。前兩個(gè)方程描述了壓力、流速與流量之間的關(guān)系，以及液體能量相互間的變換關(guān)系；后者描述了流動(dòng)液體與固體壁面之間作用力的情況。5液體動(dòng)力學(xué)1.理想液體和恒定流動(dòng)：一、基本術(shù)語(yǔ)理想液體：假設(shè)的既無(wú)粘性又不可壓縮的流體。恒定流動(dòng)：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(dòng)。6液體動(dòng)力學(xué)2.流量單位時(shí)間內(nèi)流過(guò)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(gè)10升大小的水桶，需要約1分鐘時(shí)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(dòng)力學(xué)3.平均流速由于液體的粘性，液體在流動(dòng)過(guò)程中各層的速度是不相等的，為了研究問(wèn)題的方便，假設(shè)液體是無(wú)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(dòng)力學(xué)流層二、液體的流動(dòng)狀態(tài)紊流液體分層流動(dòng)，各層互不干擾；粘性力起主導(dǎo)作用。液體流動(dòng)雜亂無(wú)章；慣性力起主導(dǎo)作用。9液體動(dòng)力學(xué)10液體動(dòng)力學(xué)11液體動(dòng)力學(xué)1.連續(xù)性方程流量連續(xù)性方程是質(zhì)量守恒定律在流體力學(xué)中的一種表達(dá)形式。三、三大方程故有以下結(jié)論：液體在管道中流動(dòng)時(shí)，流過(guò)各個(gè)斷面的流量是相等的，因而流速和過(guò)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(shù)）12液體動(dòng)力學(xué)2.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。理想液體的伯努利方程（1）外力對(duì)液體所做的功W=p1A1v1dt-p2A2v2dt=(p1-p2)?V（2）機(jī)械能的變化量位能的變化量：?Ep=mg?h=ρg?V(h2-h1)動(dòng)能的變化量：?Ek=m?v2/2=ρ?V(v22-v21)/213液體動(dòng)力學(xué)2.伯努利方程根據(jù)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(dòng)力學(xué)2.伯努利方程其物理意義為：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、位能和動(dòng)能。在流動(dòng)過(guò)程中，三種能量之間可以互相轉(zhuǎn)化，但各個(gè)過(guò)流斷面上三種能量之和恒為定值。15液體動(dòng)力學(xué)實(shí)際液體伯努利方程當(dāng)紊流時(shí)取α=1層流時(shí)取α=2單位體積液體在兩斷面間流動(dòng)的能量損失動(dòng)能修正系數(shù)在用平均流速代替實(shí)際流速計(jì)算動(dòng)能時(shí)，必然會(huì)產(chǎn)生誤差。為了修正這個(gè)誤差，需引入動(dòng)能修正系數(shù)α。16液體動(dòng)力學(xué)實(shí)際液體的伯努利方程在應(yīng)用時(shí)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(fù)值），且應(yīng)選在緩變的過(guò)流斷面上。（2）斷面中心在基準(zhǔn)面以上時(shí)，h1、h2為正值反之取負(fù)值。通常選取特殊位置的水平面作為基準(zhǔn)面；（3）對(duì)于紊流取α=1，層流取α=2。17液體動(dòng)力學(xué)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(shè)液壓油運(yùn)動(dòng)黏度ν=40mm2/s，密度ρ=900㎏/m3，不計(jì)能量損失。試計(jì)算液壓泵吸油口處真空度。18液體動(dòng)力學(xué)解：1)計(jì)算吸油管內(nèi)液體流速υ2)計(jì)算實(shí)際雷諾數(shù)Re判斷吸油管內(nèi)液體為層流。α2=219液體動(dòng)力學(xué)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(zhǔn)面，壓力取相對(duì)壓力，所以p1=0，h1=0，υ1<<υ2，υ1≈0，h2=H，α2=2，Δpw=0，上式代入數(shù)值得液壓泵吸油口處真空度為4663Pa。20液體動(dòng)力學(xué)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(chǎn)生一定流速所需的壓力；③吸油管內(nèi)的壓力損失。21液體動(dòng)力學(xué)3.動(dòng)量方程動(dòng)量方程是動(dòng)量定理在流體力學(xué)中的具體應(yīng)用，用來(lái)計(jì)算流動(dòng)液體作用在限制其流動(dòng)的固體壁面上的總作用力?！艶=Δ（mv）/Δt=ρq（v2-v1）考慮動(dòng)量修正問(wèn)題，則有：∴∑F=ρq(β2v2-β1v1)層流β=1.33紊流β=1應(yīng)用動(dòng)量方程注意：(1)F、v是矢量；(2)流動(dòng)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(dòng)力學(xué)在液流中當(dāng)某點(diǎn)壓力低于液體的飽和蒸氣壓時(shí),液體就汽化形成氣泡,同時(shí)原來(lái)溶于液體中的氣體也會(huì)分離出來(lái)產(chǎn)生氣泡,從而使液流呈不連續(xù)狀態(tài)，就是氣穴現(xiàn)象。四、氣穴現(xiàn)象P=0+P-P23液體動(dòng)力學(xué)1.產(chǎn)生氣穴現(xiàn)象的原因四、氣穴現(xiàn)象液壓油中總含有一定量的空氣，對(duì)于礦物油型液壓油(常溫時(shí)，在標(biāo)準(zhǔn)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(dāng)液體流動(dòng)中某處壓力下降到低于空氣分離壓pg時(shí)，溶解到油液中的空氣將突然從油液中分離出來(lái)而產(chǎn)生大量氣泡。所以，產(chǎn)生氣穴現(xiàn)象的原因是壓力的過(guò)度下降。24液體動(dòng)力學(xué)2.氣穴對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生的危害四、氣穴現(xiàn)象當(dāng)所形成的氣泡隨著液流進(jìn)入高壓區(qū)時(shí)，氣穴的體積將急速縮小或潰滅。這一過(guò)程瞬時(shí)發(fā)生，從而產(chǎn)生局部液壓沖擊，其動(dòng)能迅速轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫δ芗盁崮?，使局部壓力及溫度急劇上升，并引起?qiáng)烈的振動(dòng)及噪聲。過(guò)高的溫度將加速工作液的氧化變質(zhì)。如果這個(gè)局部液壓沖擊作用在金屬表面上，金屬壁面在反復(fù)液壓沖擊、高溫及游離出來(lái)的空氣中氧的侵蝕下將產(chǎn)生腐蝕?！?dú)馕g25液體動(dòng)力學(xué)氣蝕26液體動(dòng)力學(xué)3.預(yù)防氣穴及氣蝕所采取的