液压流体力学基础教学课件.ppt

第三章 液压流体力学基础,静止液体液体质点间没有相对运动 压力及其性质 压力液体在单位面积上所受的法向力（压强） 性质静止液体内任意点处的压力在各个方向上都相等。,3-1液体静力学,一、重力作用下静止液体中的压力分布,papoa+fg fggha ppo+gh 静止液体内任一点处的p由po和gh组成； pa ：大气压（ 105pa=0.1mpa） 当popa （液面仅受大气压作用） 则p pa +gh p随h呈直线规律分布； h相同则p相同；等压面,压力的表示方法及单位,1pa 1nm2 1mpa106pa 1bar 105pa 1at 1kgfcm2 9.8104nm2,绝对压力：以式ppa+gh形式表示时叫做绝对压力，以绝对真空为基准来进行度量。 相对压力：超出大气压的那部分压力gh叫做相对压力，仪表指示压力为相对压力。 真 空 度： 液体中某点的绝对压力小于大气压，此时绝对压力比大气压小的那部分数值叫做真空度。,例：某点表压力为2.7 105pa，其绝对压力是（ ）；另一点的绝对压力为6 .3 104pa，其真空度为（ ）。,解 :(1)所谓表压即为该点的相对压力gh 则绝对压力 ppa+gh =1.0 105 + 2.7 105 =3.7 105 pa (2) 真空度=3.7 104 pa=0.37 bar,解： oo为等压面 p1+ g h = p2+ hg g h p1+ h = p2+ hgh 即 p= p1 p1 =h（hg ） =1.059 105 pa,例：已知u形测压计中水银面高度为850mm（如图）。试求油液流经换向阀时造成的压力差值（即压力损失）。设油液的重度=g=8.8103nm3， u形计中水银重度hg=hgg=133400n m3。,已知 f=1000n ， a=110-3m2， =900kg/m3 求 ： h=0.5m处的p=？,解： ppo+gh po=f/a=106n/m2 则 h=0.5m处的p为： ppo+gh 1mpa,结论：液体在受压情况下液柱高度所引起的那部分压力gh相当小，可以忽略不计。以后分析液压系统采用这种假定！,二、帕斯卡原理（静压传递原理）,在密封容器内，施加于静止液体上的压力将以等值同时传到液体各点。, p1=p2 f1a1 = f2a2 f2=f1a2a1 即：如果垂直缸无负载，则在忽略活塞重量和阻力时不论怎样推动水平缸的活塞，也不能在液体中形成压力。 基本概念（结论）： 液压系统中的压力由外界负载决定。,液体静压力作用在固体壁面上的力,静止液体和固体壁面接触时，固体壁面上各点在某一方向上所受静压作用力的总和，便是液体在该方向上作用于固体壁面上的力。,例3-2（p18）,3-2 液体动力学,名词解释： 理想液体既无粘性且不可压缩的假想液体。 恒定流动（定常流动、非时变流动） 液体中任一点压力、速度和密度都 不随时间而变化。 流 量单位时间内流过管路的液体体积。 q = va 平均流速 v=q/a,三个方程：连续方程、能量方程、动量方程,一、连续方程,如果忽略液体的可压缩性，即=常量，则 v1a1= v2a2=常量 v1a1= v2a2 =常量（即q为常量） 结论：1、恒定流动中，流过各截面的不可压缩液体的流量是相 等的； 2、速度v与截面积a成反比；,质量守恒定律（物质不灭定律）在流体力学中的数学表达式。 即： 单位时间内流过管道每个截面的液体质量一定是相等的。,二、伯努利方程(能量方程）,能量守恒定律在流体力学中的数学表达式。,理想液体的伯努利方程：,实际液体流束的伯努利方程：,例 推导文丘利流量计的流量公式（p23）,理想液体的伯努利方程应用,三、动量方程,f =q（2v2 1v1） fx=q（2v2x 1v1x）,刚体动量定理在流体力学中的数学表达式。 它一般用来计算流动液体对管道（管壁、阀芯、缸体）的作用力。,例：如图示一针尖阀，锥阀的锥角为2。当液体在压力p下以流量q流经锥阀时，如通过阀口处的流速为v2，求作用在阀芯上的力。( p25 ),正确选择“控制体”,3-3 管道中液流的特性,流态、雷诺数 19世纪末，雷诺首先通过实验观察了水在园管内的流动情况，发现液体有两种流态：层流、紊流。 层流和紊流 层流：质点互不干扰、 v低、粘性力主导 紊流：质点运动杂乱、 v高、惯性力主导,讨论液体的流动情况,分析流动时的能量损失,当流速较低时，染液的流动是一条与管轴线平行的红色细直线（b），若将小管5的出口上下移动，则可见红色细线也上下移动，这种流态称之为层流；当流速增至某一值（称为上临界速度），染液红线开始曲折（c），表示层流开始被破坏，继续增大流速，红线上下波动并出现断裂（d），表示流动开始趋于紊乱，若流速再增加则红线消失（e），说明运动已经杂乱无章。此时，反过来由紊流转向层流，通过调节阀8实现，临界点速度为下临界速度。,雷诺数： 实验证明，液体在园管中的流态不仅与平均流速v有关，还和管径d、液体的运动粘度有关。采用三者结合的无量纲纯数表示，这就是雷诺数re。,临界雷诺数recr，当re recr时-层流 当re recr时-紊流,水力半径r,圆管,非圆管,液流有效截面积a和其湿周（有效截面的周界长度）之比。r的大小对管道通流影响很大。,p27图3-16,常见液流管道的临界雷诺数,园管层流,通流截面上流速的分布规律： （式3-29，图3-17），按抛物线规律分布。 流量： （式3-30、式3-31），管径对流量及压力损失的影响很大。 平均流速： （式3-32），由式3-15、3-22可求出实际液体中的修正系数=2、=4/3。,园管紊流,通流截面上流速的分布规律： （式3-33，图3-19），围绕某平均值脉动。,-沿程阻力系数（表面粗糙度有关，流态） （层流时理论为64/re、金属直管实际取75/re，橡胶软管取80/re；紊流）,沿程压力损失,压力损失（层流、紊流）,液体在流动时产生的压力损失有两种：一种是液体在等径直管中流动时因摩擦而产生的压力损失，叫沿程压力损失；另一种是由于管道的截面突然变化，液流方向改变或其它形式的液流阻力（如控制阀阀口）而引起的压力损失，称为局部压力损失。,3-4 孔口和缝隙液流（p35自学20分钟）,薄壁小孔,短孔和细长孔,缝隙液流（p38）：平行平板缝隙、同心环形缝隙、偏心环形缝隙、圆环平面缝隙（自学）,长度直径之比l/d0.5的孔。,长度直径之比l/d10以上的孔为细长孔。界于两者之间的为短孔。,在液压系统中，液流流经小孔或缝隙的现象是普遍存在的，有的是用来调节流量，有的造成泄漏，但都涉及到流量问题。,3-5 气穴现象,危害：产生噪声和振动 金属表面收到腐蚀（气蚀）,因流速变化引起压降使气泡产生的现象。 （在流动液体中，因某点处的压力低于空气分离压而使 气泡产生的现象。）,空气分离压和饱和蒸气压（p42） 节流口处的气穴现象（伯努利方程） 减少气穴现象的措施（p43）,3-6 液压冲击,直接液压冲击：阀门突然开、闭引起的冲击。 间接液压冲击：阀门不是突然关闭，即缓慢