液壓傳動課件~第2－2章流體力學2

1、一、基本概念1.理想液體和實際液體理想液體：既無粘性，又無壓縮性的假想液體。實際液體：既有粘性，又有壓縮性的真實液體。2. 定常流動和非定常流動定常流動：液體的運動參數(shù)只隨位置變化，與時 間無關(guān)。也稱恒定流動。非定常流動：液體的運動參數(shù)不僅隨位置變化，而且與時間有關(guān)。也稱非恒定流動。3.一維流動 一維流動：液體整個地作線形流動。2.3 流體動力學舉例：4. 流線、流束、過流截面流線：某一瞬時液流中標志其各處質(zhì)點運動狀態(tài)的曲線，在流線上各點的瞬時速度方向與該點的切線方向重合。流線的性質(zhì)：穩(wěn)定流動時，流線形狀不隨時間變化。流線不能相交，也不能轉(zhuǎn)折。流線是連續(xù)光滑的曲線。通流截面：流束中與所有流線正

2、交的截面。 流線彼此平行的流動稱為平行流動； 流線間的夾角很小，或流線的曲率半徑很大的流 動稱為緩變流動（相反情況便是急變流動）。 前兩者的通流截面均認為是平面，急變流動的過流截面是曲面。流束：面積A上所有各點的流線的集合。 流束內(nèi)外流線均不能穿越流束表面。 面積A無限小時的流束，稱為微小流束。5.流量和平均流速流量：單位時間內(nèi)通過流束過流截面的液體體積。平均流速：流量與通流截面之比。單位時間內(nèi)流入控制體積的質(zhì)量 ： 單位時間內(nèi)流出控制體積的質(zhì)量 ：二、液體流動的連續(xù)性方程連續(xù)性方程是質(zhì)量守恒規(guī)律在流體力學中的表現(xiàn)。設(shè)：不可壓縮流體在非斷面管中作定常流動。對于穩(wěn)定流動，不可壓縮液體，為常數(shù)：

3、過流斷面1和2的面積分別為A1和A2，平均流速分別為V1和V2，在定常流動中，流過各截面的不可壓縮液體的流量是相等的，而且液體的平均流速與管道的過流截面積成反比。說明： 在一維流動的情況下， 根據(jù)牛頓第二定律，有： 三、液體流動的伯努利方程1. 理想液體一元定常流動的運動微分方程伯努利方程是能量守恒定律在流體力學中的表示定常流動 整理得理想液體一元定常流動的運動微分方程，也叫歐拉方程。將歐拉方程兩邊同乘以ds，并從截面1積分到截面2兩邊同除以g，移項整理得2.理想液體的伯努利方程對于穩(wěn)定流動， 故上式變?yōu)槔硐胍后w微小流束的伯努利方程。Z:單位重量液體所具有的位能，稱為比位能(位置水頭)。P/g

4、 :單位重量液體所具有的壓力能，稱為比壓能（壓力水頭）。u2/2g:單位重量液體所具有的動能，稱為比動能（速度水頭）。Z+ P/g + u2/2g :單位重量液體所具有的總能量，稱為總比能（總水頭）。方程的物理（能量）意義：能量意義： 管內(nèi)作定常流動的理想液體，在任意截面上，液體的總比能保持不變，但比位能、比壓能、比動能可以相互轉(zhuǎn)換。 -單位重量實際液體在微小流束中從截面1流到截面2，因粘性而損耗的能量。3. 實際液體流速的伯努利方程若所選截面為緩變流截面，以平均流速v代替實際流速u， 動能修正系數(shù)實際動能/平均動能，即用平均能量損失代替實際能量損失，即令 實際液體總流的伯努利方程方程的適用條

5、件：定常流動，不可壓縮液體；質(zhì)量力只有重力；所取截面為緩變流截面；流量沿流程保持不變；層流時2，紊流時1；沒有機械能加入。(1) 選水平基準面 管子軸心、已知數(shù)多、未知數(shù)少(2) 選緩變流斷面 直管段、大容器自由表面、較小截面出口的管嘴、 已知數(shù)多、未知數(shù)少(3) 在緩變流斷面上選點(4) 按照液體流動方向列寫伯努利方程 方程兩邊壓力基準要統(tǒng)一未知數(shù)多于方程個數(shù)時，應(yīng)列其他輔助方程求解解題步驟：泵從油箱吸油，泵的輸出流量Q25L/min ，吸油管直徑d30mm，設(shè)濾網(wǎng)及管道內(nèi)總的壓降為，油液的密度880kg/m3，要保證泵的進口真空度不大于，試求泵的安裝高度？例題：動量定律指出：作用在物體上的

6、力的大小等于物體在力作用方向上的動量變化率，即四、動量方程 由于液體做定常流動，控制體積內(nèi)在dt時間內(nèi)控制體積中液體質(zhì)量的動量變化，為兩微小單元II-II1和I-I1液體的動量之差，而在I1-II1之間所圍液體的動量沒有變化。用平均流速代替實際流速。動量修正系數(shù)平均動量/實際動量，即 層流時4/3，紊流時1。注：液體對壁面作用力的大小與F相同，但方向與F相反。1雷諾實驗2.4 液體流動時的壓力損失一、液體的流態(tài)2流態(tài) 液體質(zhì)點互不干擾，流動呈線性或?qū)訝?，平行于管道軸線，沒有橫向運動。 液體質(zhì)點的運動雜亂無章，除沿管道軸線運動外，還有劇烈的橫向運動。層流：紊流： 3雷諾數(shù)：液流由層流轉(zhuǎn)變?yōu)槲闪鞯?/p>

7、雷諾數(shù)稱為臨界雷諾數(shù)Rer ，光滑的金屬圓管， Rer2320 Re Rer 紊流DH通流截面的水力直徑，A通流截面積， 濕周4非圓形截面的管道的雷諾數(shù)液壓油在光滑的鋼管中流動，運動粘度30106 m2/s，鋼管內(nèi)徑d20mm，臨界雷諾數(shù)Re2000，求流態(tài)變?yōu)槲闪鲿r管內(nèi)液流的流量？解：1通流截面上流速的分布規(guī)律 管內(nèi)流速在半徑方向上按拋物線規(guī)律分布，最大流速umax發(fā)生在軸心上二、直管中的層流2流量3平均流速 4動能修正系數(shù)和動量修正系數(shù) 層流時 2 , 1紊流的脈動現(xiàn)象2時均化原則時均紊流視為穩(wěn)定流動或準穩(wěn)定流動。3.通流截面上速度分布規(guī)律 水力光滑管、水力粗糙管4動能修正系數(shù)和動量修正系

8、數(shù)紊流運動 =1，=1三、直管中的紊流沿程壓力損失：液體在等徑直管中流動時，因摩擦而產(chǎn) 生的損失。局部壓力損失：由于管道的截面突然變化，液流方向改 變或其它形式的液流阻力而引起的損失。1沿程壓力損失 或 沿程阻力系數(shù)四、壓力損失沿程阻力系數(shù)的確定（與流態(tài)等因素有關(guān)） 層流時理論值，64/Re；層流時液壓油在金屬管道中流動，75/Re；紊流時， f（Re，/d) 3000 Re 4的孔。可以寫成:比較(1)薄壁小孔常作為節(jié)流器，流量對油溫變化 不敏感；細長孔流量對油溫變化敏感，粘度變化。 (2)負載變化，引起壓力變化，在相同的P時，薄壁小孔結(jié)構(gòu)流量變化比細長孔小，從而速度穩(wěn)定。2細長孔1平行平板縫隙 取一微元體積 pdy+(+d)dx=(p+dp)dy+dx二、縫隙液流特性整理并積分得:壓差流動：平行平板間沒有相對運動時，通過的液流純由壓差引起。剪切流動：平行平板兩端不存在壓差時，通過的液流純由平板運動引起。2同心環(huán)形縫隙當h/r1時（相當于液壓元件內(nèi)配合間隙的情況），可以將環(huán)形縫隙間的流動近似地看作是平行平板縫隙間的流動，將b替換成d，得到流量偏心環(huán)形縫隙：一、液壓沖擊 在液壓系統(tǒng)中，由于某種原因，液體壓力在一瞬間突然升高，產(chǎn)生很高的壓力峰值，這種現(xiàn)象稱為液壓沖擊。 二、空穴現(xiàn)象 在流動的液體中，因某點處的壓力低于空氣分離壓而使液體產(chǎn)生氣泡的現(xiàn)象，稱為空穴現(xiàn)象