液压流体力学.ppt

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1、流体力学基础工作介质密度可压缩性体积弹性模量单位体积的变化对应压力的变化可压缩率可压缩性与温度有关、与混入的气体的量有关粘性动力粘度单位面积上的内摩擦力牛顿内摩擦定律如果动力粘度仅和液体的种类有关，与速度梯度无关，这种液体称为牛顿液体运动粘度粘度-温度特性粘度指数90 流体静力学两个重要性质 静压力垂直于承压面，方向与内法线方向一致；静止液体内任意点所受的压力在各个方向上相等。ZhZ0AZhZ0A任意一点A，其压力：静力学方程的基本形式：能量有两种形式（位能+压力能），并满足能量守恒。压力表示法：绝对压力表压力，相对压力绝对压力真空度大气压力教材例题帕斯卡原理静压对固定壁面作用力第三节 流体运

2、动学与动力学 流体运动学：研究流体的运动规律 流体动力学：研究作用于流体上的力与流体运动之间的关系。F=ma（经典牛顿力学)常用的三个基本方程:流体连续方程 能量方程 动量方程V5m/s 气体和液体的三个基本方程相同基本概念理想流体：即无粘性又不可压缩的假想液体称为理想流体恒流动：流体流动时,其中任何一点的压力、速度、密度都不随时间变化，这种流动称为恒定流动。一维流动：整个液体作线形流动，称为一维流动（不常见，通常把封闭容器内的流动当一维流体处理）。作平面流动，称为二维流动。整个液体作空间流动，称为三维流动。流线、流管、流束流线：是流场中的一条曲线,在该曲线上的质点切线一致。流线代表某一时刻一

3、群流体质点的流速方向。非恒定流动,流线形状随时间变化。恒定流动,流线不随时间变化。流管：在流场中画不属于流线的封闭曲线,在该封闭曲线上的每一点作流线,则由这组流线组成的表面称为流管。流束：流管内的流线群称为流束。流线不会相交，故流管内的流线不能穿越流管到达外部。通流截面、流量、平均流速通流截面：流束中与所有流线正交的截面为通流截面。截面上每点处的流动速度都垂直于这个面。流量：单位时间内流过某通流截面的液体体积为 q q=L/min（升/分）平均流速 dq=udA (通过截面的方程求得平均速度)V=连续方程流量连续方程(物质守恒定律)即质量守恒转化为理想液体作恒定流动时的体积守恒。不可在缩 两边

4、积分 q=VA=constant能量方程受力分析理想流体流束能量方程推广到实际流体能量方程 理想流体 不可压缩 粘度为零 一维流动 u=u(s);p=p(s)gdsdAdsdzpdA(p+dp/ds)dA12理想流体流束一维流动压力重力惯性力能量方程能量方程又称伯努利方程，能量守恒定律微分方程 1)在流束两端截面上的压力 2)重力 3)小微元体的惯性力-dsdzpdA(p+dp/ds)dA12理想流体的运动微分方程根据牛顿第二定律：理想流体的伯努利方程dsdzpdA(p+dp/ds)dA12理想流体的能量方程沿流束从截面1到截面2积分：理想流体微小流束、作恒定流动的能量方程或伯努利方程物理意义

5、：理想流体作恒定流动时，总能量=压力能+位能+动能，且这三种能量可以互相转换，三者之和为常值。实际流体的能量方程粘性 微元流体，由于粘性产生摩擦阻力，实际流体作恒定流动时的能量方程为：实际流体的能量方程粘性通流截面不是流束，具有一定的面积，速度在整个截面上是变化的。把截面分成微形流束，并对整个截面积分得实际流体的能量方程。一般情况上述方程很难得到解析解，为此引入假设：缓变流动 在通流截面上除重力外无其他质量力；故可用静压力相同的分布规律用平均流速替代实际分布速度，并引入动能系数：用平均能耗替代分布能耗，等效计算：实际流体的能量方程为：公式中P和Z应为通流截面的同一点的参数，一般定义为在轴心处的

6、压力和位置能量方程的应用 文丘利流量计流量传感器-差压传感器伯努利方程：连续方程压力平衡方程：联立求解得:油泵的吸入压力动量方程取微小的控制体，考察流入、流出控制及控制体本身动量的变化。内部变化 流出 流入该方程的积分很困难，近似解引入动量修正系数对恒定流动：动量方程的应用计算射流对挡板的作用力在水平方向的外力在水平方向的外力:在稳态下的动量公式在稳态下的动量公式:速度速度V2在水平方向的在水平方向的分量为零分量为零这个公式的重要意义在于：在油泵设计时，吸入高度、流体运动速度、管路损失之是一个定值，既不出现孔穴现象的最大真空度限制。油泵吸入口及连接管路的设计应考虑3种情况：1）最大吸入高度 2

7、）最大流量（管路直径）3）降低吸入阻力（无纺布过滤器）第六节 管道流动层流 流体质点互不干扰 受粘性制约紊流 流体质点杂乱无章，惯性力起主导作用雷诺数 园管水力直径最大由层流转化为紊流的雷诺数称为临界雷诺数。园管层流动力粘度实验公式园管层流流量计算公式，通过某一长度L 的管道的流量与压力损失之间的关系 平均速度层流 能量公式修正系数=2 动量公式修正系数=4/3紊流 能量公式修正系数=1.05 动量公式修正系数=1.04 靠管壁处 有极薄的一层，惯性力不足以克服粘性力的流体作层流流动，称为层流边界层，其层流层厚度随雷诺数的增加而减小。雷诺数在 管道流动主要是研究流量与压力损失之间的关系,液压气

8、压传动,压力损失并不重要,主要是针对下列情形，如；供水系统；集中供热系统；石油输送系统。液体气体远距离传输与调度，管道压力损失是重点。四、压力损失粘性 沿程损失管内流动 局部损失 沿程阻力系数理论值 实际上由于温度变化，液体在金属管流动中取 橡胶管中紊流 水力光滑管紊流 水力粗糙管 阻力平方区局部压力损失局部压力损失 弯头 接头 阀口 管径突变的任何场合液压管路的总压力损失液压管路的总压力损失已学流体力学的重点液体的动力粘度(粘性实验)3 个基本方程 伯努利能量方程 连续方程 动量方程 第七节 孔口流动 薄壁小孔 注意区别文丘利流量计的流体模型孔口管道内壁对流体进入小孔有导向作用，这时称流体为

9、不完全收缩。LD Cv-小孔速度系数-截面积收缩系数 细长孔孔口流动的应用计算阀口的流量，在液压系统分析与设计中常用。参看教材的例子，例1-11xvhphixvcr实际开口第八节 缝隙流动1、平行平板缝隙 受力平衡方程代入边界条件:y=0;u=0 y=h;求解得：得：方程两边积分得平行板的流量：差压流动差压流动；剪切流动（相对运动产生的）。二、环形缝隙圆柱与圆孔之间无相对运动时;同心圆（小缝隙）对于很小的间隙量，由于 很小，则上式可以写成：因为间隙小，可把微小圆弧 近似地看成是平行平板缝隙的流动，则流量为：式中：偏心环也可近似从缝隙公式推导，由图中几何关系可知：图2-28偏心环形缝隙 （2-5

10、3）（2-54）（2-55）将（2-54）代入（2-55）得：积分：（2-56）（2-57）得:或：（2-58）当偏心量e=h0时，其通过的流量是同心环形缝隙流量的2.5倍。在积分时，用到的数学公式：三、流经圆环平面缝隙流量对该方程积分得：圆心角是 2 pi 时，公式的系数为pi，是圆心角的1/2 倍。展开的圆锥的圆心角是：例题1-14，课后阅读第九节 瞬变流动液压冲击：运动能转化为液体的压力能 空穴现象：噪声、系统的使用寿命 （弹性势能，液体可压缩性）可压缩性的倒数，教材公式1-2。C流动液体在管道内形成压力冲击波的传递速度。运动部突然制动，由动量定律：上式计算段没有考虑泄漏。计算值比实际值偏大，因而是安全的。气穴现象气穴现象 流速很高，造成在节流口的喉部位置压力降低。当压力低于空气分离压，就出现气穴现象，产生气泡。气泡使流动特性变坏，进入高压区，气泡被挤破，在局部造成压力冲点，产生高温。