第二章流体力学基础精选文档.ppt

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1、第二章流体力学基础本讲稿第一页，共二十三页运动粘度运动粘度液体的动力粘度与其密度的比值。液体的动力粘度与其密度的比值。=/,是工程实际中常用的物理量。是工程实际中常用的物理量。相对粘度又称条件粘度相对粘度又称条件粘度采用特定的粘度计在规定采用特定的粘度计在规定条件下测出的液体粘度。条件下测出的液体粘度。粘度随着温度升高而显著下降（粘温特性）。粘度随着温度升高而显著下降（粘温特性）。粘度随压力升高而变大（粘压特性）。粘度随压力升高而变大（粘压特性）。本讲稿第二页，共二十三页对液压油液的要求和分类对液压油液的要求和分类对液压油液的要求对液压油液的要求粘温特性好；粘温特性好；有良好的润滑性；有良好的

2、润滑性；成分要纯净；成分要纯净；有良好的化学稳定有良好的化学稳定性；性；抗泡沫性和抗乳化性抗泡沫性和抗乳化性好；好；材料相容性好；材料相容性好；无毒，价格便宜无毒，价格便宜l液压油液分类液压油液分类矿物性液压油：按照矿物性液压油：按照ISO规定，采用规定，采用40时油液的运动粘度时油液的运动粘度（mm2/s)作为油液作为油液粘度牌号，共分为粘度牌号，共分为10、15、22、32、46、68、100、150等等8个等级。个等级。本讲稿第三页，共二十三页液压油液的选用液压油液的选用l选用液压油液首先考虑的是粘度选用液压油液首先考虑的是粘度选择时要注意：选择时要注意：液压系统的工作压力液压系统的工作

3、压力 压力高，要选择粘度较大压力高，要选择粘度较大的液压油液。的液压油液。环境温度环境温度 温度高，选用粘度较大的液压油液。温度高，选用粘度较大的液压油液。运动速度运动速度 速度高，选用粘度较低的液压油液。速度高，选用粘度较低的液压油液。工程机械常用的液压油工程机械常用的液压油:机械油、汽轮机油、柴油机机械油、汽轮机油、柴油机油。油。本讲稿第四页，共二十三页2.2 液压油的污染与控制液压油的污染与控制l污染原因：新油污染、残留污染、侵入污染和污染原因：新油污染、残留污染、侵入污染和内部生成污染。内部生成污染。l油液污染的控制油液污染的控制l对元件和系统进行清洗对元件和系统进行清洗l防止污染物从

4、外界侵入防止污染物从外界侵入l定期清洗、检查或更换过滤器定期清洗、检查或更换过滤器l控制油液的温度控制油液的温度l定期检查和更换液压油定期检查和更换液压油本讲稿第五页，共二十三页2.3 流体静力学流体静力学液体静力学液体静力学研究液体在静止状态下的力学规律及其研究液体在静止状态下的力学规律及其应用的流体力学分支。应用的流体力学分支。l内容内容l静压力及其特性静压力及其特性l静压力基本方程式静压力基本方程式l帕斯卡原理帕斯卡原理l静压力对固体壁面的作用力静压力对固体壁面的作用力l静压力及其特性静压力及其特性l质量力：作用在每一质点上，并与液体质量成正质量力：作用在每一质点上，并与液体质量成正比的

5、力。比的力。l表面力：只作用在液体表面上，并与液体表面积表面力：只作用在液体表面上，并与液体表面积成正比的力。成正比的力。本讲稿第六页，共二十三页l液体的静压力液体的静压力静止液体在单位面积上所受的静止液体在单位面积上所受的法向力。法向力。若在液体的面积若在液体的面积A上所受的作用力上所受的作用力F为均匀分布时，为均匀分布时，静压力可表示为静压力可表示为 液体静压力在物理学上称为压强，工程实际应用中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。习惯称为压力。l液体静压力的特性液体静压力的特性:静压力垂直于承压面，方向为该面内法线方向。静压力垂直于承压面，方向为该面内法线方向。液体内

6、任一点所受的静压力在各个方向上都相等。液体内任一点所受的静压力在各个方向上都相等。本讲稿第七页，共二十三页静压力基本方程式静压力基本方程式l静压力基本方程式静压力基本方程式：l重力作用下静止液体压力分布特征重力作用下静止液体压力分布特征：压力由两部分组成：液面压力压力由两部分组成：液面压力p0，自重形成的压力，自重形成的压力gh。液体内的压力与液体深度成正比。液体内的压力与液体深度成正比。离液面深度相同各点的压力离液面深度相同各点的压力相等，压力相等的所有点组相等，压力相等的所有点组成等压面。成等压面。静止液体中任一质点的总能静止液体中任一质点的总能量量p/g+z 保持不变，即能保持不变，即能

7、量守恒。量守恒。本讲稿第八页，共二十三页l静压力基本方程式的物理含义静压力基本方程式的物理含义l对于与对于与A点等高的连通器上点等高的连通器上 P点（上端抽真空）点（上端抽真空）l说明说明A处液体的压力能转变成受到静压力作用而具有的处液体的压力能转变成受到静压力作用而具有的 势能势能mghP。静止液体中静止液体中压力能压力能和和位能位能可以可以互相转换互相转换，但各点总能量保，但各点总能量保持不变，即持不变，即能量守恒能量守恒。本讲稿第九页，共二十三页l在密闭容器内，施加于静止液体的压力可以等值在密闭容器内，施加于静止液体的压力可以等值地传递到液体各点，这就是帕斯卡原理。亦称静地传递到液体各点

8、，这就是帕斯卡原理。亦称静压传递原理。压传递原理。对于大活塞：对于大活塞：p=F1/A1对于小活塞：对于小活塞：F2=pA2=F1A2/A1帕斯卡原理帕斯卡原理由此可得由此可得l液压传动可使力放大，液压传动可使力放大，可使力缩小，也可以可使力缩小，也可以改变力的方向。改变力的方向。l液体内的压力是由负液体内的压力是由负载决定的载决定的。本讲稿第十页，共二十三页l压力的表示法及单位压力的表示法及单位l绝对压力绝对压力 以绝对真空为基准进行度量以绝对真空为基准进行度量l 相对压力或表压力相对压力或表压力 以大气压为基准进行度量以大气压为基准进行度量l 真空度真空度 绝对压力不足于大气压力的那部分压

9、力值绝对压力不足于大气压力的那部分压力值l单位单位 帕帕 Pa(N/m2)l以前所采用的压力单位：以前所采用的压力单位：本讲稿第十一页，共二十三页l静压力对固体壁面的作用力静压力对固体壁面的作用力l液体和固体壁面接触时，固体壁面将受到液体静液体和固体壁面接触时，固体壁面将受到液体静压力的作用压力的作用l当固体壁面为平面时，液体压力在该平面的总作当固体壁面为平面时，液体压力在该平面的总作用力用力 F=p A ，方向垂直于该平面。，方向垂直于该平面。l当固体壁面为曲面时，液体压力在曲面某方向上当固体壁面为曲面时，液体压力在曲面某方向上的总作用力的总作用力 F=p Ax，Ax 为曲面在该方向的投为曲

10、面在该方向的投影面积。影面积。本讲稿第十二页，共二十三页2.4 液体动力学液体动力学l液体力学规律的三个基本方程式：流动液体的液体力学规律的三个基本方程式：流动液体的连连续性方程、伯努利方程、动量方程续性方程、伯努利方程、动量方程。l前两个方程反映了液体的压力、流速与流量之间前两个方程反映了液体的压力、流速与流量之间的关系；动量方程用来解决流动液体与固体壁面的关系；动量方程用来解决流动液体与固体壁面间的作用力问题。间的作用力问题。l基本概念基本概念l流量连续性方程流量连续性方程l伯努利方程伯努利方程l动量方程动量方程本讲稿第十三页，共二十三页液体动力学基本概念液体动力学基本概念l理想液体理想液

11、体 假设的既无粘性又不可压缩的流体称假设的既无粘性又不可压缩的流体称为理想流体。为理想流体。l恒定流动恒定流动 液体流动时，液体中任一点处的压力、液体流动时，液体中任一点处的压力、速度和密度都不随时间而变化的流动，亦称为定速度和密度都不随时间而变化的流动，亦称为定常流动或非时变流动。常流动或非时变流动。l通流截面通流截面 垂直于流动方向的截面，也称为过流垂直于流动方向的截面，也称为过流截面。截面。本讲稿第十四页，共二十三页流量连续性方程流量连续性方程质量守恒定律质量守恒定律l流量流量 单位时间单位时间内流过某一内流过某一通流截面通流截面的液体的液体体积体积，流量以，流量以q表表示，单位为示，单

12、位为m3/s 或或 L/min。l 平均流速平均流速 假设通流截面上各点的流速均匀分布，平均流假设通流截面上各点的流速均匀分布，平均流速为速为l液体在管内作恒定流动，任取液体在管内作恒定流动，任取1、2两个通流两个通流截面，根据质量守恒定律，在单位时间内流截面，根据质量守恒定律，在单位时间内流过两个截面的液体质量相等。过两个截面的液体质量相等。l结论：在恒定流动中流过各通流截面的不可压结论：在恒定流动中流过各通流截面的不可压缩流体的缩流体的流量相等流量相等。流速与通流截面的面。流速与通流截面的面积成反比。积成反比。本讲稿第十五页，共二十三页运动微分方程运动微分方程力平衡方程力平衡方程l微元体四

13、力平衡：重力、惯性力、两端压力。微元体四力平衡：重力、惯性力、两端压力。l定常流动速度是流线长定常流动速度是流线长s的函数，的函数，u=f(s)欧拉方程（力平衡方程）欧拉方程（力平衡方程）重力场中理想液体定常流动重力场中理想液体定常流动时的运动微分方程时的运动微分方程本讲稿第十六页，共二十三页伯努利方程伯努利方程能量守恒定律能量守恒定律l理想流体的伯努利方程理想流体的伯努利方程 l在管内作稳定流动的理想流体具在管内作稳定流动的理想流体具有压力能，势能和动能三种形式有压力能，势能和动能三种形式的能量，它们可以互相转换，但的能量，它们可以互相转换，但其总和不变，即能量守恒。其总和不变，即能量守恒。

14、l 忽略重力，则忽略重力，则l液体流速增大将导致压力减少。液体流速增大将导致压力减少。l速度头、压力头、位势头、动压、静压、总压。速度头、压力头、位势头、动压、静压、总压。本讲稿第十七页，共二十三页l实际流体的伯努利方程实际流体的伯努利方程l l实际流体存在粘性，流动时存在能量损失，实际流体存在粘性，流动时存在能量损失，h hs 为为单位质量液体在两截面之间流动的能量损失。单位质量液体在两截面之间流动的能量损失。用平均流速替代实际流速，用平均流速替代实际流速，为动能修正系数。为动能修正系数。本讲稿第十八页，共二十三页动量方程动量方程l动量方程是动量定理在流体力学中的具体应用，动量方程是动量定理

15、在流体力学中的具体应用，用来计算流动液体作用在限制其流动的固体壁面用来计算流动液体作用在限制其流动的固体壁面上的总作用力。上的总作用力。l作用在液体控制体积上的外力总和等于单位时间作用在液体控制体积上的外力总和等于单位时间内流出控制表面与流入控制表面的液体的动量之内流出控制表面与流入控制表面的液体的动量之差。差。l应用动量方程注意：应用动量方程注意：F、u是矢量；流动液体作是矢量；流动液体作用在固体壁面上的力与作用在液体上的力大小相用在固体壁面上的力与作用在液体上的力大小相等、方向相反。等、方向相反。本讲稿第十九页，共二十三页动量方程动量方程l动量方程是动量定理在流体力学中的具体应用，用来计算动量方程是动量定理在流体力学中的具体应用，用来计算流动液体作用在限制其流动的固体壁面上的总作用力。流动液体作用在限制其流动的固体壁面上的总作用力。l作用在液体控制体积上的外力总和等于单位时间内流出控制表面作用在液体控制体积上的外力总和等于单位时间内流出控制表面与流入控制表面的液体的动量之差。与流入控制表面的液体的动量之差。本讲稿第二十页，共二十三页本讲稿第二十一页，共二十三页本讲稿第二十二页，共二十三页本讲稿第二十三页，共二十三页