液压传动课件~第2－2章流体力学2

1、一、基本概念1.理想液体和实际液体理想液体：既无粘性，又无压缩性的假想液体。实际液体：既有粘性，又有压缩性的真实液体。2. 定常流动和非定常流动定常流动：液体的运动参数只随位置变化，与时 间无关。也称恒定流动。非定常流动：液体的运动参数不仅随位置变化，而且与时间有关。也称非恒定流动。3.一维流动 一维流动：液体整个地作线形流动。2.3 流体动力学举例：4. 流线、流束、过流截面流线：某一瞬时液流中标志其各处质点运动状态的曲线，在流线上各点的瞬时速度方向与该点的切线方向重合。流线的性质：稳定流动时，流线形状不随时间变化。流线不能相交，也不能转折。流线是连续光滑的曲线。通流截面：流束中与所有流线正

2、交的截面。 流线彼此平行的流动称为平行流动； 流线间的夹角很小，或流线的曲率半径很大的流 动称为缓变流动（相反情况便是急变流动）。 前两者的通流截面均认为是平面，急变流动的过流截面是曲面。流束：面积A上所有各点的流线的集合。 流束内外流线均不能穿越流束表面。 面积A无限小时的流束，称为微小流束。5.流量和平均流速流量：单位时间内通过流束过流截面的液体体积。平均流速：流量与通流截面之比。单位时间内流入控制体积的质量 ： 单位时间内流出控制体积的质量 ：二、液体流动的连续性方程连续性方程是质量守恒规律在流体力学中的表现。设：不可压缩流体在非断面管中作定常流动。对于稳定流动，不可压缩液体，为常数：

3、过流断面1和2的面积分别为A1和A2，平均流速分别为V1和V2，在定常流动中，流过各截面的不可压缩液体的流量是相等的，而且液体的平均流速与管道的过流截面积成反比。说明： 在一维流动的情况下， 根据牛顿第二定律，有： 三、液体流动的伯努利方程1. 理想液体一元定常流动的运动微分方程伯努利方程是能量守恒定律在流体力学中的表示定常流动 整理得理想液体一元定常流动的运动微分方程，也叫欧拉方程。将欧拉方程两边同乘以ds，并从截面1积分到截面2两边同除以g，移项整理得2.理想液体的伯努利方程对于稳定流动， 故上式变为理想液体微小流束的伯努利方程。Z:单位重量液体所具有的位能，称为比位能(位置水头)。P/g

4、 :单位重量液体所具有的压力能，称为比压能（压力水头）。u2/2g:单位重量液体所具有的动能，称为比动能（速度水头）。Z+ P/g + u2/2g :单位重量液体所具有的总能量，称为总比能（总水头）。方程的物理（能量）意义：能量意义： 管内作定常流动的理想液体，在任意截面上，液体的总比能保持不变，但比位能、比压能、比动能可以相互转换。 -单位重量实际液体在微小流束中从截面1流到截面2，因粘性而损耗的能量。3. 实际液体流速的伯努利方程若所选截面为缓变流截面，以平均流速v代替实际流速u， 动能修正系数实际动能/平均动能，即用平均能量损失代替实际能量损失，即令 实际液体总流的伯努利方程方程的适用条

5、件：定常流动，不可压缩液体；质量力只有重力；所取截面为缓变流截面；流量沿流程保持不变；层流时2，紊流时1；没有机械能加入。(1) 选水平基准面 管子轴心、已知数多、未知数少(2) 选缓变流断面 直管段、大容器自由表面、较小截面出口的管嘴、 已知数多、未知数少(3) 在缓变流断面上选点(4) 按照液体流动方向列写伯努利方程 方程两边压力基准要统一未知数多于方程个数时，应列其他辅助方程求解解题步骤：泵从油箱吸油，泵的输出流量Q25L/min ，吸油管直径d30mm，设滤网及管道内总的压降为，油液的密度880kg/m3，要保证泵的进口真空度不大于，试求泵的安装高度？例题：动量定律指出：作用在物体上的

6、力的大小等于物体在力作用方向上的动量变化率，即四、动量方程 由于液体做定常流动，控制体积内在dt时间内控制体积中液体质量的动量变化，为两微小单元II-II1和I-I1液体的动量之差，而在I1-II1之间所围液体的动量没有变化。用平均流速代替实际流速。动量修正系数平均动量/实际动量，即 层流时4/3，紊流时1。注：液体对壁面作用力的大小与F相同，但方向与F相反。1雷诺实验2.4 液体流动时的压力损失一、液体的流态2流态 液体质点互不干扰，流动呈线性或层状，平行于管道轴线，没有横向运动。 液体质点的运动杂乱无章，除沿管道轴线运动外，还有剧烈的横向运动。层流：紊流： 3雷诺数：液流由层流转变为紊流的

7、雷诺数称为临界雷诺数Rer ，光滑的金属圆管， Rer2320 Re Rer 紊流DH通流截面的水力直径，A通流截面积， 湿周4非圆形截面的管道的雷诺数液压油在光滑的钢管中流动，运动粘度30106 m2/s，钢管内径d20mm，临界雷诺数Re2000，求流态变为紊流时管内液流的流量？解：1通流截面上流速的分布规律 管内流速在半径方向上按抛物线规律分布，最大流速umax发生在轴心上二、直管中的层流2流量3平均流速 4动能修正系数和动量修正系数 层流时 2 , 1紊流的脉动现象2时均化原则时均紊流视为稳定流动或准稳定流动。3.通流截面上速度分布规律 水力光滑管、水力粗糙管4动能修正系数和动量修正系

8、数紊流运动 =1，=1三、直管中的紊流沿程压力损失：液体在等径直管中流动时，因摩擦而产 生的损失。局部压力损失：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而引起的损失。1沿程压力损失 或 沿程阻力系数四、压力损失沿程阻力系数的确定（与流态等因素有关） 层流时理论值，64/Re；层流时液压油在金属管道中流动，75/Re；紊流时， f（Re，/d) 3000 Re 4的孔。可以写成:比较(1)薄壁小孔常作为节流器，流量对油温变化 不敏感；细长孔流量对油温变化敏感，粘度变化。 (2)负载变化，引起压力变化，在相同的P时，薄壁小孔结构流量变化比细长孔小，从而速度稳定。2细长孔1平行平板缝隙 取一微元体积 pdy+(+d)dx=(p+dp)dy+dx二、缝隙液流特性整理并积分得:压差流动：平行平板间没有相对运动时，通过的液流纯由压差引起。剪切流动：平行平板两端不存在压差时，通过的液流纯由平板运动引起。2同心环形缝隙当h/r1时（相当于液压元件内配合间隙的情况），可以将环形缝隙间的流动近似地看作是平行平板缝隙间的流动，将b替换成d，得到流量偏心环形缝隙：一、液压冲击 在液压系统中，由于某种原因，液体压力在一瞬间突然升高，产生很高的压力峰值，这种现象称为液压冲击。 二、空穴现象 在流动的液体中，因某点处的压力低于空气分离压而使液体产生气泡的现象，称为空穴现象