液压与气动技术任务三流体力学基础课件.ppt

Jiang Xi Ji Dian Zhi Ye Ji Shu Xue Yuan知识回顾知识回顾液压油的作用：传递运动和动力、润滑、密封、冷却。液压油的种类：石油型、乳化型、合成型。液压油的性质:密度、黏性、压缩性等。黏度的表示方法：动力黏度、运动黏度、恩氏黏度。选择液压油考虑几点：液压泵的类型、工作压力、运动速度、环境温度。机械工程系机械工程系1Jiang Xi Ji Dian Zhi Ye Ji Shu Xue Yuan任务三任务三 流体力学基础流体力学基础本次课教学目标1掌握液体静力学基础知识2掌握流体力学基础知识本次课教学内容1压力单位及表示方法 2静力学方程3流量和平均流速的概念4连续性方程5伯努利方程机械工程系机械工程系2Jiang Xi Ji Dian Zhi Ye Ji Shu Xue Yuan一、静力学基础一、静力学基础1.液体的静压力及其特性2.液体静力学基本方程3.压力的表示方法4.帕斯卡原理机械工程系机械工程系3Jiang Xi Ji Dian Zhi Ye Ji Shu Xue Yuan1.1.液体的静压力及其特性液体的静压力及其特性作用于静止液体上的力有两类：质量力和表面力。质量力质量力，作用微粒中心，其大小与微团质量成正比。（如重力和惯性力）表面力表面力，作用于在所研究液体液体表面上，其大小与表面积成正比，称静压力（或压应力）。其表达式：p=F/A(平均值)机械工程系机械工程系4Jiang Xi Ji Dian Zhi Ye Ji Shu Xue YuanJiang Xi Ji Dian Zhi Ye Ji Shu Xue Yuan2.2.液体静力学基本方程液体静力学基本方程小液柱（左图所示）平衡状态受力方程式：pdA=p0dA+ghdA 上式简化后为：P=P0+gh 此式即是静力学基本方程式机械工程系机械工程系6Jiang Xi Ji Dian Zhi Ye Ji Shu Xue Yuan结论：结论：(1）静压力由两部分组成 一部分来自表面P0，另一部分是液体自重产生的gh（2）p与h成线性关系。某点的静压力与其深度成正比（3）等压面=水平面。在同一深度下各点压力相等，压力相等的面叫等压面。机械工程系机械工程系7Jiang Xi Ji Dian Zhi Ye Ji Shu Xue Yuan例题例题【例1-1】如图1-7所示，容器内盛有油液。已知油的密度=900kg/m3，活塞上的作用力F=1kN，活塞的面积A=110-3m2，假设活塞的重量忽略不计。问活塞下方深度为h=0.4 m处的压力等于多少？机械工程系机械工程系8Jiang Xi Ji Dian Zhi Ye Ji Shu Xue YuanJiang Xi Ji Dian Zhi Ye Ji Shu Xue Yuan3.3.压力的表示方法压力的表示方法绝对压力：以绝对真空为基准进行度量的压力相对压力（表压力）：以大气压为基准进行度量的压力真空度：当绝对压力低于大气压力时，习惯称为具有真空，而绝对压力不足于大气压力的那部分压力值，称为真空度。机械工程系机械工程系10Jiang Xi Ji Dian Zhi Ye Ji Shu Xue Yuan绝对压力、相对压力和真空度绝对压力=大气压力相对压力；相对压力=绝对压力大气压力；真空度=大气压力绝对压力。机械工程系机械工程系11Jiang Xi Ji Dian Zhi Ye Ji Shu Xue YuanJiang Xi Ji Dian Zhi Ye Ji Shu Xue Yuan二、二、液体动力学液体动力学1.基本概念2.连续方程3.伯努利方程机械工程系机械工程系13Jiang Xi Ji Dian Zhi Ye Ji Shu Xue YuanJiang Xi Ji Dian Zhi Ye Ji Shu Xue Yuan流量Q：单位时间内流过某一通流截面液体体积国际单位：m3/s常用单位：L/min平均流速：通流截面上各点均匀分布假想流速=Q/A 单位：m/min或m/s1.1.基本概念基本概念实际速度和平均速度实际速度和平均速度机械工程系机械工程系15Jiang Xi Ji Dian Zhi Ye Ji Shu Xue Yuan1.1.基本概念基本概念层 流：液体的流动是分层的，层与层之间互不干扰。紊流（湍流）：液体流动不分层，做混杂紊乱流动。机械工程系机械工程系16Jiang Xi Ji Dian Zhi Ye Ji Shu Xue YuanJiang Xi Ji Dian Zhi Ye Ji Shu Xue Yuan层流和湍流的判别层流和湍流的判别临界雷诺数：判断液体流态依据(见下表）Re Rec为紊流 管道的材料与形状管道的材料与形状 Rec管道的材料与形状管道的材料与形状 Rec 光滑金属圆管光滑金属圆管 20002320 带沉割槽的同心带沉割槽的同心 环状缝隙环状缝隙 700 橡胶软管橡胶软管 16002000 带沉割槽的偏心带沉割槽的偏心 环状缝隙环状缝隙 400 光滑的同心环状光滑的同心环状 缝隙缝隙 1100 园柱形阀阀口园柱形阀阀口 260光滑的偏心环状缝隙光滑的偏心环状缝隙 1000 锥形阀口锥形阀口 20100机械工程系机械工程系18Jiang Xi Ji Dian Zhi Ye Ji Shu Xue Yuanv=Q/A v=Q/A Q=0 =0Q=0 =0Q Q Q Q 结论：结论：当液压缸的运动速度只取决于进入液压缸的流量，并且随着流量的变化而变化。运动速度运动速度机械工程系机械工程系19Jiang Xi Ji Dian Zhi Ye Ji Shu Xue Yuan2.2.连续性方程连续性方程 连续性原理：理想液体在管道中恒定流动时，根据质量守恒定律，液体在管道内既不能增多，也不能减少，因此单位时间内流入液体的质量应等于流出液体的质量,即 m1/t=m2/t，m1=m2机械工程系机械工程系20Jiang Xi Ji Dian Zhi Ye Ji Shu Xue Yuan 连续性方程连续性方程2 2，连续性方程：，连续性方程：m m1 1=m=m2 2 1 11 1A A1 1=2 22 2A A2 2 若忽略液体可压缩性，若忽略液体可压缩性，即即1 1=2 2=1 1A A1 1=2 2A A2 2=常量常量 机械工程系机械工程系21Jiang Xi Ji Dian Zhi Ye Ji Shu Xue Yuan 连续性方程连续性方程结论结论：液体在管道中流动时，流过各个断面的是相等的，因而流速和过流断面成反比管粗流速低，管细流速高。即即1 1/2 2=A=A2 2/A/A1 1机械工程系机械工程系22Jiang Xi Ji Dian Zhi Ye Ji Shu Xue YuanJiang Xi Ji Dian Zhi Ye Ji Shu Xue Yuan理想液体伯努利方程理想液体伯努利方程对于静止液体，其基本方程式为（P=P0+gh），若将各项同除以密度得知静止液体具有两种能量，即单位质量压力能和单位质量位能:（P/）=（P0/）+gh 对于流动的液体，除了单位质量液体的压力能P0/和单位质量液体的位能gh之外，还有单位质量液体的动能，m2/2m=2/2。因此，液体流经管道某一截面时具有三种能量，即压力能动、位能和动能，其表达式为 （P/）+gh+（2/2）机械工程系机械工程系24Jiang Xi Ji Dian Zhi Ye Ji Shu Xue Yuan理想液体伯努利方程理想液体伯努利方程 当液体在图示的管中流动时，取两过流截面和，其离基准线的距离分别为h1和h2，流速分别为1和2，压力分别为p1和p2，根据能量守恒定律则有：（P P1 1/）+gh+gh1 1+（2 21 1/2/2）=（P P2 2/）+gh+gh2 2+（2 22 2/2/2）=常量常量机械工程系机械工程系25Jiang Xi Ji Dian Zhi Ye Ji Shu Xue Yuan实际液体伯努利方程实际液体伯努利方程因为，实际液体具有粘性，所以，液体流动时会产生内摩擦力，从而损耗能量，因此必须考虑能量损失（ghw）和动能的修正系数（)实际液体伯努利方程为：（P1/）+gh1+（121/2）=（P2/）+gh2+（222/2）+ghw 层流时=2;紊流时=1机械工程系机械工程系26Jiang Xi Ji Dian Zhi Ye Ji Shu Xue YuanJiang Xi Ji Dian Zhi Ye Ji Shu Xue Yuan作业：作业：课本思考与练习第四题机械工程系机械工程系28