液压与液力传动课件：液压流体力学基础 (2)-

《液压与液力传动》2024年1月6日上堂课内容回顾油液如何分类？油液的运动粘度，动力粘度和恩氏粘度以及它们之间的换算关系？温度、压力对粘度的影响？其表达式？油液的选择、使用应注意那些？。2024年1月6日液体静力学基础

液体静力学主要是讨论液体静止时的平衡规律以及这些规律的应用。所谓“液体静止”指的是液体内部质点间没有相对运动，不呈现粘性。

一、液体的压力作用在液体上的力有两种，即质量力和表面力。

质量力：单位质量液体受到的质量力称为单位质量力，在数值上等于加速度。

表面力：是与液体相接触的其它物体（如容器或其它液体）作用在液体上的力，这是外力；也可以是一部分液体作用在另一部分液体上的力，这是内力。2024年1月6日

单位面积上作用的表面力称为应力，它有法向应力和切向应力之分。当液体静止时，液体质点间没有相对运动，不存在摩擦力，所以静止液体的表面力只有法向力。液体内某点处单位面积△A上所受到的法向力△F之比，称为压力p（静压力），即

由于液体质点间的凝聚力很小，不能受拉，只能受压，所以液体的静压力具有两个重要特性：

1.液体静压力的方向总是作用在内法线方向上；

2.静止液体内任一点的液体静压力在各个方向上都相等。2024年1月6日

有一垂直小液柱，在平衡状态下，有p△A=p0△A+FG，这里的FG即为液柱的重量FG=ρgh△A,所以有

p=p0+ρgh

二、液体静压力基本方程

2024年1月6日(b)同一容器中同一液体内的静压力随液体深度h的增加而线性地增加。

(c)连通器内同一液体中深度h相同的各点压力都相等。由压力相等的组成的面称为等压面。在重力作用下静止液体中的等压面是一个水平面。液体静压力分布特征：

(a)一部分是液面上的压力p0;另一部分是ρg与该点离液面深度h的乘积。2024年1月6日

三、压力表示方法

压力的表示法有两种：绝对压力和相对压力。

绝对压力－是以绝对真空作为基准所表示的压力；

相对压力－是以大气压力作为基准所表示的压力。由于大多数测压仪表所测得的压力都是相对压力，故相对压力也称表压力。绝对压力与相对压力的关系为绝对压力＝相对压力＋大气压力如果液体中某点处的绝对压力小于大气压,这时在这个点上的绝对压力比大气压小的部分数值称为真空度。即真空度＝大气压－绝对压力2024年1月6日绝对压力p=0(绝对真空)大气压力相对压力绝对压力真空度p<

pa

pap>

pa表压力绝对压力、相对压力和真空度的相对关系压力的单位:

我国法定压力单位为帕斯卡，简称帕，符号为Pa，1Pa=1N/m2。由于Pa太小，工程上常用其倍数单位兆帕（MPa）来表示：1MPa=106Pa2024年1月6日例题：2024年1月6日四、静止液体内压力的传递帕斯卡定律根据静压力基本方程(p=p0+ρgh)，盛放在密闭容器内的液体，其外加压力p0发生变化时，只要液体仍保持其原来的静止状态不变，液体中任一点的压力均将发生同样大小的变化。

这就是说，在密闭容器内，施加于静止液体上的压力将以等值同时传到各点。这就是静压传递原理或称帕斯卡原理。2024年1月6日五、液体对容器壁面的作用力

曲面上液压作用力在某一方向上的分力，等于静压力与曲面在该方向的垂直面内投影面积的乘积。

2024年1月6日

例题思考：为什么油罐容器一般是圆形的？2024年1月6日第四节液体动力学基础一、基本概念理想液体：既无粘性又不可压缩的液体称为理想液体。定常流动：液体流动时，若液体中任何一点的压力、速度和密度都不随时间而变化，则这种流动就称为定常流动。否则，只要压力、速度和密度有一个量随时间变化，则这种流动就称为非定常流动。

一维流动：当液体整个作线形流动时，称为一维流动。

迹线：流动液体的某一质点在某一时间间隔内在空间的运动轨迹。2024年1月6日流线：表示某一瞬时，液流中各处质点运动状态的一条条曲线。在此瞬时，流线上各质点速度方向与该线相切。在定常流动时，流线不随时间而变化，这样流线就与迹线重合。由于流动液体中任一质点在其一瞬时只能有一个速度，所以流线之间不可能相交，也不可能突然转折。2024年1月6日流管：在流动空间中，任意画一不属流线的封闭曲线，沿经过此封闭曲线上的每一点作流线，由这些流线组合的表面称为流管。流束：流管内的流线群称为流束。流管和流束2024年1月6日通流截面：流束中与所有流线正交的截面称为通流截面。截面上每点处的流动速度都垂直于这个面。平行流动：流线彼此平行的流动。缓变流动：流线夹角很小或流线曲率半径很大的流动。平行流动和缓变流动都可算是一维流动。2024年1月6日

流量：单位时间内通过某通流截面的液体的体积称为流量。流量用q表示，单位m3/s或L/min。由于流动液体粘性的作用，在通流截面上各点的流速u是不相等的。因此，在计算流过整个通流截面A的流量时，可在通流截面上取微小截面dA，并认为在该微小断面上各点的速度u相等，流过该微小断面的流量为dq=udA，则积分可求得流经整个通流截面A的流量为平均流速：对于实际液体的流动，速度u的分布规律很复杂，故按上式计算流量是困难的。因此，提出一个平均流速的概念，即假设通流截面上各点的流速均匀分布，液体以此均布流速v流过通流截面的流量等于以实际流速流过的流量，由此得出通流面积上的平均流速为

在实际工程计算中，平均流速才具有应用价值。2024年1月6日层流、湍流、雷诺数

层流：液体质点互不干扰，液体流动呈线性或层状，且平行于管道轴线；层流开始破坏湍（紊）流：液体质点的运动杂乱无章，除了平行于管道轴线的运动以外，还存在着剧烈的横向运动。2024年1月6日

层流和紊流是两种不同性质的流态。

层流时，液体流速较低，质点受粘性制约，不能随意运动，粘性力起主导作用；

紊流时，液体流速较高，粘性的制约作用减弱，惯性力起主导作用。液体流动时，究竟是层流还是紊流，要用雷诺数来判定。流动趋于紊流紊流2024年1月6日雷诺数：实验表明，真正决定液流流动状态的是用管内的平均流速v、液体的运动粘度ν、管径d三个数所组成的一个称为雷诺数Re的无量纲数，即临界雷诺数：当液流在实际流动时的雷诺数小于临界雷诺数时，液流为层流，反之液流则为紊流。常见的液流管道的临界雷诺数可由实验求得。雷诺数物理意义：

影响液体流动的力主要有惯性力和粘性力，雷诺数就是惯性力对粘性力的无因次比值。运动粘度运动速度2024年1月6日

对于非圆截面管道来说，Re可用下式来计算：Re＝4vR/ν

式中R为通流截面的水力半径。它等于液流的有效截面积A和它的湿周χ（通流截面上与液体接触的固体壁面的周长）之比，即R＝A/χ

水力半径对管道通流能力影响很大，水力半径大，表明液流与管壁接触少，通流能力大；水利半径小，表明液流与管壁接触多，通流能力小，易堵塞。思考：请按照此公式，计算一下圆管的水力半径等于多少？2024年1月6日二、连续性方程假设液体作定常流动，且不可压缩。任取一流管，两端通流截面面积为A1、A2，在流管中取一微小流束，流束两端的截面积分别为dA1和dA2，在微小截面上各点的速度可以认为是相等的，且分别为u1和u2。根据质量守恒定律，在dt时间内流入此微小流束的质量，应等于此微小流束流出的质量ρu1dA1dt＝ρu2dA2dtu1dA1＝u2dA2积分得：q＝v1A1＝v2A2常数结论：a.通过流管任一通流截面的流量相等。

b.液体流速与管道通流截面积成反比。

c.在具有多分支管路中，总流量等于各分支流量之和，即q1=q2+q3的关系。2024年1月6日三、能量守恒定律（1）理想伯努利方程根据能量守恒定律，同一管道各截面的总能量都是相等的。对静止液体，单位质量液体总能量为单位质量液体的压力能p/(ρg)和势能hg之和；而对于流动液体，还有单位质量的动能v2/(2g)。任取两个截面A1和A2，距基准水平面距离分别h1和h2，断面平均流速分别为v1和v2，压力分别为p1和p2，根据能量守恒定律:

因两个截面是任意的，因此上式可写为：2024年1月6日物理意义：第一项为单位重量液体的压力能称为比压能（p/ρ）；第二项为单位重量液体的动能称为比动能（v2/2）；第三项为单位重量液体的位能称为比位能（hg）。由于上述三种能量都具有长度单位，故又分别称为压力水头、速度水头和位置水头。三者之间可以互相转换，但总和（H，称为总水头）为一定值。或2024年1月6日（2）实际液体总流的伯努利方程将微小流束扩大到总流，由于在通流截面上速度u是一个变量，若用平均流速代替，则必然引起动能偏差，故必须引入动能修正系数。于是实际液体总流的伯努利方程为式中，hw---由液体粘性引起的能量损失；，---动能修正系数，一般在紊流时取＝1.1，层流时取＝2。实际计算时，常取＝1.02024年1月6日例题＋h2024年1月6日

作用在物体上的力，大小等于物体在力作用方向上的动量的变化率，即

取分离体:微元的动量变化是

将微小流束扩大到总流，则对液体的作用力合力为

即，动量方程：