液体流动的力学规律.ppt

第一章流体力学基础 流体传动介质的特性静止液体的力学规律流动液体的力学规律管路系统流动分析液压系统的气穴与液压冲击现象 1 3流动液体的力学规律 基本概念连续性方程伯努利方程 1 3 1基本概念 理想液体 既不可压缩又无粘性的液体理想气体 可压缩但没有粘性的气体一维定常流动 即流场中速度与压力只是空间点的位置的函数而与时间无关 则称流场中的流动为定常流动 在定常流动条件下 如果通过适当选择坐标 包括曲线坐标 后 使流速与压力只是一个坐标的函数 则称这样的流动为一维定常流动 图1 图2 1 3 1基本概念 通流截面 在流场中作一面 若该面与通过面上的每一条流线都垂直 则称该面为通流截面流量 单位时间内流过某通流截面的流体体积法定单位 米3 秒 m3 s 工程中常用升 分 L min 通流截面上的平均流速 图2 7流线 流束与通流截面 1 3 1基本概念 流动液体中的压力和能量 由于存在运动 所以理想流体流动时除了具有压力能与位能外 还具有动能 即流动理想流体具有压力能 位能和动能三种能量形式单位重量的压力能 单位重量的位能 Z单位重量的动能 1 3 2连续性方程 质量守恒定律在流动液体情况下的具体应用 q A 常数不可压缩流体作定常流动时 通过流束 或管道 的任一通流截面的流量相等通过通流截面的流速则与通流截面的面积成反比图3 1 3 3伯努利方程 能量方程 能量守恒定律在流动液体中的表达形式 理想液体的伯努利方程实际液体的伯努利方程伯努利方程应用实例 理想液体的伯努利方程 图4 图2 8伯努利方程推导简图 理想液体定常流动时 液体的任一通流截面上的总比能 单位重量液体的总能量 保持为定值 总比能由比压能 比位能 Z 和比动能 组成 可以相互转化 由于方程中的每一项均以长度为量纲 所以亦分别称为压力水头 位置水头和速度水头静压力基本方程是伯努利方程的特例 实际液体的伯努利方程 动能修正系数 为截面上单位时间内流过液体所具有的实际动能 与按截面上平均流速计算的动能之比 层流时 2 紊流时 1 单位重量液体所消耗的能量 伯努利方程应用实例 液压泵吸油口处的真空度是油箱液面压力与吸油口处压力p2之差 液压泵吸油口处的真空度却不能太大 实践中一般要求液压泵的吸油口的高度h不超过0 5米 图2 10液压泵从油箱吸油 1 4管路系统流动分析 两种流动状态定常管流的压力损失通过小孔的流动通过间隙的流动 1 4 1两种流动状态图5 层流紊流雷诺数 液体在圆管中的流动状态决定于由管道中流体的平均流速 管道直径d和液体运动粘度这三个参数所组成的无量纲数的大小 流动液体的雷诺数低于临界雷诺数 由紊流转变为层流 时 流动状态为层流 反之液流的状态为紊流雷诺数的物理意义 流动液体的惯性力与粘性力之比 1 4 2定常管流的压力损失 层流时管截面上的速度分布 图2 14圆管中的层流 1 4 2定常管流的压力损失 流量式中d 管道内径 m l 管道长度 m 流体的动力粘度 N S m2 p1 p2 管道两端的压力差 N m2 1 4 2定常管流的压力损失 沿程压力损失 这种沿等直径管流动时的压力损失 沿程压力损失系数 其理论值为 当流动液体为液压油时 1 4 2定常管流的压力损失 局部压力损失 p 在流经阀口 管道截面变化 弯曲等处时 由于流动方向和速度变化及复杂的流动现象 旋涡 二次流等 而造成局部能量损失 称为局部压力损失系数 1 4 2定常管流的压力损失 管路系统的压力损失和压力效率 整个管路系统的总压力损失是系统中所有直管的沿程压力损失和所有局部压力损失之和使用条件 管路系统中两相邻局部压力损失之间距离足够大 相连管径的10 20倍 系统动力元件所供的工作压力 管路系统的压力效率 1 4 3通过小孔的流动图6 在液压与气压传动中常用通过改变阀口通流截面积或通过通流通道的长短来控制流量的节流装置来实现流量控制 这种节流装置的通流截面一般为不同形式的小孔 通过薄壁小孔 孔的通流长度l与孔径d之比l d 0 5 的流动通过细长小孔 小孔的长径比l d 4 的流动 通过薄壁小孔的流动 称为小孔流量系数通过薄壁小孔的流量与液体粘度无关 因而流量受液体温度影响较小 但流量与孔口前后压差的关系是非线性的 图2 15液体在薄壁小孔中的流动 通过细长小孔的流动 是细长小孔的通流截面积液体流经细长小孔的流量将随液体温度的变化而变化 但细长小孔的流量与孔前后的压差关系是线性的 1 4 3通过小孔的流动 统一的经过小孔的流量公式式中A 孔的通流截面积 p 孔前后压差 m 由孔结构形式决定的指数 0 5 m 1k 由孔口形式有关的系数当孔为薄壁小孔时 m 0 5 为细长小孔时m 1 1 4 4通过间隙的流动 配合间隙泄漏 当流体流经这些间隙时就会发生从压力高处经过间隙流到系统中压力低处或直接进入大气的现象 前者称为内泄漏 后者称为外泄漏 泄漏主要是由压力差与间隙造成的油液在间隙中的流动状态一般是层