液压流体力学

1、第二章 液压流体力学,液压流体力学属工程流体力学范畴,应用流体力学的理论结果研究液体在液压系统内的运动和平衡以及液体与液压元件间的相互作用的规律。 液体静力学 研究液体在静止状态下的力学规律及其应用 液体动力学 研究液体流动时流速和压力的变化规律 管道中液流的特性 用于计算液体在管路中流动时的压力损失 孔口及缝隙的压力流量特性 是分析节流调速回路性能和计算元件泄漏量的理论依据 液压冲击和气穴现象,2-2 流体静力学,静压力及其特性 静压力基本方程式 帕斯卡原理 静压力对固体壁面的作用力 压力的表示方法,静压力及其特性,液体的静压力 静止液体在单位面积上所受的法向力称为静压力。p=limF/A

2、（A0） 若在液体的面积A上所受的作用力F为均匀分布时，静压力可表示为 p = F / A 液体静压力在物理学上称为压强，工程实际应用中习惯称为压力。 液体静压力的两个特性 液体静压力垂直于承压面，方向为该面内法线方向。 液体内任一点所受的静压力在各个方向上都相等。,静压力基本方程式,重力场中静压力基本方程式 p=p0+gh 重力场中静止液体压力分布特征： 压力由两部分组成：液面压力p0，自重形成的压力gh。 液体内的压力与液体深度成正比。 离液面深度相同处各点的压力相等，压力相等的所有点组成等压面，重力作用下静止液体的等压面为水平面。 静止液体中任一质点的总能量 （p/g）+h 保持不变，即

3、能量守恒。,2-2 流体静力学,压力的表示方法 （1）压力单位 国际单位：帕（Pa=N/m2）、千帕（kPa）、兆帕（MPa） 工程单位: 公斤力/厘米2 (kgf.cm-2)、巴（bar）或工程大气压(atm) 1atm= 1 kgf.cm-2 =9.81X104 Pa 1bar=105Pa=0.1MPa 1bar=1.02kgf/cm2 液柱高: 米水柱（mH2O）、毫米汞柱（mmHg）,（2）绝对压力、相对压力（表压力）和真空度,绝对压力=相对压力+大气压 真空度（负的相对压力）=绝对压力-大气压,2-3 流体动力学,基本概念 理想流体 不可压缩流体 定常流动 过流断面 流量 平均流速

4、缓变流（均匀流、非 均匀流、急变流）,基本原理 （流量）连续性方程 伯努利方程 动量方程,一、流体运动的基本概念,理想流体： 没有粘性的流体 不可压缩流体： 不考虑流体的压缩性（即密度为常量） 定常流动： 流体流动过程中任意点上的运动参数（速度、压力等）不随时间变化的流动状态,一、流体运动的基本概念,过流断面： 与流动方向相垂直的液体横截面积（有平面也有曲面） 流量：（不可压缩流体用体积流量） 单位时间内流过过流截面的液体体积，用q 表示 平均流速： 一种假想流速，等于流量除以过流截面面积,一、流体运动的基本概念,均匀流：流线为直线且相互平行 非均匀流 缓变流：流线之间的夹角较小、流线虽然变曲

5、但曲率较小而接近直线的流动 急变流：流线之间的夹角较大、流线弯曲的曲率较大的流动,二、流量连续性方程（质量守恒）,液压流体力学：不可压缩定常流动的流量连续性方程 液压应用：分支流、合并流,三、伯努利方程（能量守恒）,重力场中理想流体不可压缩定常流动的某一条流线上（单位质量）的伯努利方程 上式中： 单位质量液体的位能； 单位质量液体的压力能； 单位质量液体的动能。,三、伯努利方程,重力场中粘性不可压缩定常流流线上伯努利方程 或,伯努利方程,重力场中粘性不可压缩定常流总流的伯努利方程,三、伯努利方程,伯努利方程 位置水头（位能） 压力水头（压力能） 流速水头（动能） 水头损失,液压领域应用特点：

6、(1)液压油是粘性流体 (2)流体不可压缩（油的体积弹性模量约为 (1.22）103 MPa） (3) 定常流动 （4）选取缓变流动的截面作研究对象,三、伯努利方程,伯努利方程应用举例,如图示简易热水器，左端接冷水管，右端接淋浴莲蓬头。已知 A1=A2/4和A1、h值，问冷水管内流量达到多少时才能抽吸热水？,解：沿冷水流动方向列A1、A2截面的伯努利方程 p1/g + v12/2g = p2/g + v22/2g 补充辅助方程 p1 = pagh p2=pa v1A1=v2A2 代入得 h+v12/2g = (v1/4)2/2g v1 = (32gh/15)1/2 q = v1A1= (32gh/15)1/2 A1,四、动量方程,从刚体动力学中引用 流体所受外力由动量（定理）方程求得：作用于控制体积内的液体的外力等于该控制体积内液体的动量变化率。,四、动量方程,应用条件:不可压缩定常流动