《液壓與氣壓傳動教學(xué)課件》課件

液體動力學(xué)目的任務(wù)：了解流動液體特性、傳遞規(guī)律

掌握動力學(xué)三大方程、流量和結(jié)論重點(diǎn)難點(diǎn)：流量與流速關(guān)系及結(jié)論三大方程

及結(jié)論、物理意義物流工程學(xué)院《液壓與氣動》電子課件第二章液壓傳動基礎(chǔ)知識首頁

網(wǎng)絡(luò)課件第一頁，共四十六頁。2、3液體動力學(xué)

研究內(nèi)容:研究液體運(yùn)動和引起運(yùn)動的原

因，即研究液體流動時流速和

壓力之間的關(guān)系（或液壓傳動

兩個基本參數(shù)的變化規(guī)律）

主要討論:

動力學(xué)三個基本方程物流工程學(xué)院《液壓與氣動》電子課件第二章液壓傳動基礎(chǔ)知識首頁

網(wǎng)絡(luò)課件第二頁，共四十六頁。2、3、1、基本概念理想液體、恒定流動1，理想液體：既無粘性又不可壓縮的液體2，恒定流動（穩(wěn)定流動、定常流動）：

流動液體中任一點(diǎn)的p、u和ρ都不隨時間而變化流動.物流工程學(xué)院《液壓與氣動》電子課件第二章液壓傳動基礎(chǔ)知識首頁

網(wǎng)絡(luò)課件第三頁，共四十六頁?；靖拍盍骶€、流管和流束1流線：某一瞬時液流中各處質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動狀態(tài)的一條條曲線2流束：通過某截面上所有各點(diǎn)作出的流線集合構(gòu)成流束3通流截面：流束中所有與流線正交的截面（垂直于液體流動方向的截面）物流工程學(xué)院《液壓與氣動》電子課件第二章液壓傳動基礎(chǔ)知識首頁

網(wǎng)絡(luò)課件第四頁，共四十六頁。物流工程學(xué)院《液壓與氣動》電子課件第二章液壓傳動基礎(chǔ)知識首頁

網(wǎng)絡(luò)課件第五頁，共四十六頁。2、3、1、基本概念流量和平均流速流量：單位時間內(nèi)流過某通流截面液體體積qdq=v/t=udA整個過流斷面的流量：q=∫AudA平均流速：通流截面上各點(diǎn)均勻分布假想流速q=vA=∫AudAv=q/A物流工程學(xué)院《液壓與氣動》電子課件第二章液壓傳動基礎(chǔ)知識首頁

網(wǎng)絡(luò)課件第六頁，共四十六頁。液壓缸的運(yùn)動速度

A

v

v=q/Aq=0v=0q

q↑v↑q↓v↓

結(jié)論：液壓缸的運(yùn)動速度取決于進(jìn)入液壓缸的流量，并且隨著流量的變化而變化。物流工程學(xué)院《液壓與氣動》電子課件第二章液壓傳動基礎(chǔ)知識首頁

網(wǎng)絡(luò)課件第七頁，共四十六頁。2、3、2連續(xù)性方程質(zhì)量守恒定律在流體力學(xué)中的應(yīng)用

1連續(xù)性原理:理想液體在管道中恒定流動時，根據(jù)質(zhì)量守恒定律，液體在管道內(nèi)既不能增多，也不能減少，因此單位時間內(nèi)流入液體的質(zhì)量應(yīng)恒等于流出液體的質(zhì)量。物流工程學(xué)院《液壓與氣動》電子課件第二章液壓傳動基礎(chǔ)知識首頁

網(wǎng)絡(luò)課件第八頁，共四十六頁。連續(xù)性方程2連續(xù)性方程:m1=m2

ρ1u1dA1dt=ρ2u2dA2dt

若忽略液體可壓縮性ρ1=ρ2=ρ

u1dA1=u2dA2

∫Au1dA1=∫Au2dA2

則v1A1=v2A2

或q

=vA=常數(shù)

結(jié)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。物流工程學(xué)院《液壓與氣動》電子課件第二章液壓傳動基礎(chǔ)知識首頁

網(wǎng)絡(luò)課件第九頁，共四十六頁。2、3、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：理想液體在管道中穩(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。

或：外力對物體所做的功應(yīng)該等于該物體機(jī)械能的變化量。物流工程學(xué)院《液壓與氣動》電子課件第二章液壓傳動基礎(chǔ)知識首頁

網(wǎng)絡(luò)課件第十頁，共四十六頁。理想液體伯努利方程的推導(dǎo)物流工程學(xué)院《液壓與氣動》電子課件第二章液壓傳動基礎(chǔ)知識首頁

網(wǎng)絡(luò)課件第十一頁，共四十六頁。理想液體伯努利方程

1外力對液體所做的功W=p1A1v1dt-p2A2v2dt=(p1-p2)?V2機(jī)械能的變化量

位能的變化量：?Ep=mg?h=ρg?V(z2-z1)

動能的變化量：?Ek=m?v2/2=ρ?V(v22-v21)/2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：p1+ρgZ1+ρv12/2=p2+ρgZ2+ρv22/2或p/ρg

+Z+v2/2g=C（c為常數(shù)）物流工程學(xué)院《液壓與氣動》電子課件第二章液壓傳動基礎(chǔ)知識首頁

網(wǎng)絡(luò)課件第十二頁，共四十六頁。理想液體伯努利方程的物理意義

在密閉管道內(nèi)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(zhuǎn)化，但各個過流斷面上三種能量之和恒為定值。物流工程學(xué)院《液壓與氣動》電子課件第二章液壓傳動基礎(chǔ)知識首頁

網(wǎng)絡(luò)課件第十三頁，共四十六頁。實際液體伯努利方程

∵實際液體具有粘性∴液體流動時會產(chǎn)生內(nèi)摩擦力，從而損耗能量故應(yīng)考慮能量損失hw，并考慮動能修正系數(shù)則實際液體伯努利方程為：p1/ρg

+Z1+α1v12/2g=p2/ρg

+Z2+α2v22/2g+hw層流α=2α｛

紊流α=1p1-

p2=△p=ρghw物流工程學(xué)院《液壓與氣動》電子課件第二章液壓傳動基礎(chǔ)知識首頁

網(wǎng)絡(luò)課件第十四頁，共四十六頁。物流工程學(xué)院《液壓與氣動》電子課件第二章液壓傳動基礎(chǔ)知識首頁

網(wǎng)絡(luò)課件第十五頁，共四十六頁。應(yīng)用伯努利方程時必須注意的問題

（1）

斷面1、2需順流向選?。ǚ駝thw為負(fù)值），且應(yīng)選在緩變的過流斷面上。（2）

斷面中心在基準(zhǔn)面以上時，z取正值；反之取負(fù)值。通常選取特殊位置的水平面作為基準(zhǔn)面。物流工程學(xué)院《液壓與氣動》電子課件第二章液壓傳動基礎(chǔ)知識首頁

網(wǎng)絡(luò)課件第十六頁，共四十六頁。2、3、4動量方程

動量定理在流體力學(xué)中的應(yīng)用

動量定理：作用在物體上的外力等于物體單位時間內(nèi)動量的變化量。即∑F=d（mv）/dt考慮動量修正問題，則有：∴∑F=ρq(β2v2-β1v1)層流β=1、33β<紊流β=1物流工程學(xué)院《液壓與氣動》電子課件第二章液壓傳動基礎(chǔ)知識首頁

網(wǎng)絡(luò)課件第十七頁，共四十六頁。動量方程X向動量方程：∑Fx=ρq(β2v2x-β1v1x)X向穩(wěn)態(tài)液動力：F'x=-∑Fx=ρq(β1v1x-β2v2x)

結(jié)論：作用在滑閥閥芯上的穩(wěn)態(tài)液動力總是力圖使閥口關(guān)閉。物流工程學(xué)院《液壓與氣動》電子課件第二章液壓傳動基礎(chǔ)知識首頁

網(wǎng)絡(luò)課件第十八頁，共四十六頁。物流工程學(xué)院《液壓與氣動》電子課件第二章液壓傳動基礎(chǔ)知識首頁

網(wǎng)絡(luò)課件第十九頁，共四十六頁。2、4管路中液體的壓力損失目的任務(wù)：了解損失的類型、原因

掌握損失定義減小措施

重點(diǎn)難點(diǎn)：兩種損失減小措施物流工程學(xué)院《液壓與氣動》電子課件第二章液壓傳動基礎(chǔ)知識首頁

網(wǎng)絡(luò)課件第二十頁，共四十六頁。管路中液體的壓力損失

∵實際液體具有粘性∴流動中必有阻力，為克服阻力，須消耗能量，造成能量損失(即壓力損失）分類：程壓力損失、局部壓力損失物流工程學(xué)院《液壓與氣動》電子課件第二章液壓傳動基礎(chǔ)知識首頁

網(wǎng)絡(luò)課件第二十一頁，共四十六頁。2、4、1液體的流動狀態(tài)層流和紊流層流：液體的流動是分層的，層與層之間互不干擾。紊流（湍流）：液體流動不分層，做混雜紊亂流動。物流工程學(xué)院《液壓與氣動》電子課件第二章液壓傳動基礎(chǔ)知識首頁

網(wǎng)絡(luò)課件第二十二頁，共四十六頁。物流工程學(xué)院《液壓與氣動》電子課件第二章液壓傳動基礎(chǔ)知識首頁

網(wǎng)絡(luò)課件第二十三頁，共四十六頁。雷諾數(shù)實驗物流工程學(xué)院《液壓與氣動》電子課件第二章液壓傳動基礎(chǔ)知識首頁

網(wǎng)絡(luò)課件第二十四頁，共四十六頁。物流工程學(xué)院《液壓與氣動》電子課件第二章液壓傳動基礎(chǔ)知識首頁

網(wǎng)絡(luò)課件第二十五頁，共四十六頁。雷諾數(shù)圓形管道雷諾數(shù)：Re=dv/ν

非圓管道截面雷諾數(shù)：Re=dHv/ν

過流斷面水力直徑：dH=4A/χ

水力直徑大，液流阻力小，通流能力大。Re<Rec為層流臨界雷諾數(shù)：判斷液體流態(tài)依據(jù)<（Rec見表2~41）Re>Rec為紊流雷諾數(shù)物理意義：液流的慣性力對粘性力的無因次比

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網(wǎng)絡(luò)課件第二十六頁，共四十六頁。2、4、2沿程壓力損失（粘性損失）定義:液體沿等徑直管流動時，由于液體的粘性摩擦和質(zhì)點(diǎn)的相互擾動作用，而產(chǎn)生的壓力損失。物流工程學(xué)院《液壓與氣動》電子課件第二章液壓傳動基礎(chǔ)知識首頁

網(wǎng)絡(luò)課件第二十七頁，共四十六頁。沿程壓力損失產(chǎn)生原因

內(nèi)摩擦—因粘性，液體分子間摩擦摩擦｛外摩擦—液體與管壁間

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網(wǎng)絡(luò)課件第二十八頁，共四十六頁。沿程壓力損失（粘性損失）流速分布規(guī)律

圓管層流的流量

圓管的平均流速

圓管沿程壓力損失

圓管紊流的壓力損失

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網(wǎng)絡(luò)課件第二十九頁，共四十六頁。流速分布規(guī)律液體在等徑水平直管中作層流運(yùn)動，沿管軸線取一半徑為r，長度為l的小圓柱體兩端面壓力為p1、p2，側(cè)面的內(nèi)摩擦力為F，勻速運(yùn)動時，其受力平衡方程為：(p1-p2)πr2=F∵F=-2πrlμdu/dr△p=p1-p2

∴du=-rdr△p/2μl對上式積分，并應(yīng)用邊界條件r=R時，u=0,得u=(R2-r2)△p/4μl物流工程學(xué)院《液壓與氣動》電子課件第二章液壓傳動基礎(chǔ)知識首頁

網(wǎng)絡(luò)課件第三十頁，共四十六頁。流速分布規(guī)律

結(jié)論：液體在圓管中作層流運(yùn)動時，速度對稱于圓管中心線并按拋物線規(guī)律分布。umin=0(r=R)umē=R2△p/4μl=d2△p/16μl(r=0)物流工程學(xué)院《液壓與氣動》電子課件第二章液壓傳動基礎(chǔ)知識首頁

網(wǎng)絡(luò)課件第三十一頁，共四十六頁。圓管層流的流量

∵dA=2πrdr∴dq

=udA=2πurdr=2π(R2-r2)△p/4μl故q

=∫0R2π△p/4μl·(R2-r2)rdr=△pπR4/8μl=△pπd4/128μl

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網(wǎng)絡(luò)課件第三十二頁，共四十六頁。圓管的平均流速

v=q

/A=pπd4/128μl)πd2/4=△pd2/32μlv=umax/2物流工程學(xué)院《液壓與氣動》電子課件第二章液壓傳動基礎(chǔ)知識首頁

網(wǎng)絡(luò)課件第三十三頁，共四十六頁。圓管沿程壓力損失

△pf=128μlq/πd4=8μlq/πR4

將q=πR2v，μ=ρν代入上式并簡化得：△pf=△p=32μlv/d2結(jié)論：液流沿圓管作層流運(yùn)動時，其沿程壓力損失與管長、流速、粘度成正比，而與管徑的平方成反比。物流工程學(xué)院《液壓與氣動》電子課件第二章液壓傳動基礎(chǔ)知識首頁

網(wǎng)絡(luò)課件第三十四頁，共四十六頁。圓管沿程壓力損失∵μ=ρνRe=dv/ν

λ=64/Re∴△pf=64ν/dv·l/d·ρv2/2=64/Re··l/d·ρv2/2故△pf=λ·l/d·ρv2/2理論值64/Reλ<實際值75/Re物流工程學(xué)院《液壓與氣動》電子課件第二章液壓傳動基礎(chǔ)知識首頁

網(wǎng)絡(luò)課件第三十五頁，共四十六頁。圓管紊流的壓力損失△pλ

=λ·l/d·ρv2/2λ=0.3164Re-0.25（105>Re>4000）λ=0、032+0.221Re-0.237（3*106>Re>105）λ=[1、74+2lg（d/△）]-2（Re>3*106或Re>900d/△）

∵紊流運(yùn)動時，△pλ比層流大∴液壓系統(tǒng)中液體在管道內(nèi)應(yīng)盡量作層流運(yùn)動物流工程學(xué)院《液壓與氣動》電子課件第二章液壓傳動基礎(chǔ)知識首頁

網(wǎng)絡(luò)課件第三十六頁，共四十六頁。2、4、3局部壓力損失定義:液體流經(jīng)管道的彎頭、接頭、突變截面以及閥口濾網(wǎng)等局部裝置時，液流會產(chǎn)生旋渦，并發(fā)生強(qiáng)烈的紊動現(xiàn)象，由此而產(chǎn)生的損失稱為局部損失。物流工程學(xué)院《液壓與氣動》電子課件第二章液壓傳動基礎(chǔ)知識首頁

網(wǎng)絡(luò)課件第三十七頁，共四十六頁。局部壓力損失產(chǎn)生原因

產(chǎn)生原因：碰撞、旋渦（突變管、彎管)產(chǎn)生附加摩擦

附加摩擦：只有紊流時才有，是由于分子作橫向運(yùn)動時產(chǎn)生的摩擦，即速度分布規(guī)律改變，造成液體的附加摩擦。物流工程學(xué)院《液壓與氣動》電子課件第二章液壓傳動基礎(chǔ)知識首頁

網(wǎng)絡(luò)課件第三十八頁，共四十六頁。局部壓力損失公式△pv=ζ·ρv2/2

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網(wǎng)絡(luò)課件第三十九頁，共四十六頁。標(biāo)準(zhǔn)閥類元件局部壓力損失△pv=△pn(qv/qvn)2

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網(wǎng)絡(luò)課件第四十頁，共四十六頁。2、4、4管路系統(tǒng)的總壓力損失∑△p=∑△pλ+∑△pv

=∑λ·l/d·ρv/2+∑ζρv2/2

△p→熱能→T↑→△q↑→η↓

↓

↓散逸污染

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網(wǎng)絡(luò)課件第四十一頁，共四十六頁。物流工程學(xué)院《液壓與氣動》電子課件第二章液壓傳動基礎(chǔ)知識首頁

網(wǎng)絡(luò)課件第四十二頁，共四十六頁。物流工程學(xué)院