液压与气压传动教材课件(华中科技大学)流体力学A.ppt

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1、华中科技大学液体静力学液体静力学液体动力学液体动力学华中科技大学液压流体力学液压流体力学n液压流体力学是研究液体平衡和运动的力学规律的一门液压流体力学是研究液体平衡和运动的力学规律的一门学科。学科。n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应用n液体动力学液体动力学 研究液体流动时流速和压力的变化规律研究液体流动时流速和压力的变化规律n管道中液流的特性管道中液流的特性 用于计算液体在管路中流动时的用于计算液体在管路中流动时的压力损失压力损失n孔口及缝隙的压力流量特性孔口及缝隙的压力流量特性 是分析节流调速回路性是分析节流调速回路性能和计算元

2、件泄漏量的理论依据能和计算元件泄漏量的理论依据n液压冲击和气穴现象液压冲击和气穴现象华中科技大学液体静力学液体静力学n静压力及其特性静压力及其特性n静压力基本方程式静压力基本方程式n帕斯卡原理帕斯卡原理n静压力对固体壁面的作用力静压力对固体壁面的作用力华中科技大学静压力及其特性静压力及其特性n液体的静压力液体的静压力n静止液体在单位面积上所受的法向力称为静压静止液体在单位面积上所受的法向力称为静压力。力。p=limF/A （A0）n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为均匀分为均匀分布时，静压力可表示为布时，静压力可表示为 p=F/A n液体静压力在物理学上称为压强，工

3、程实际应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。用中习惯称为压力。n液体静压力的特性液体静压力的特性n 液体静压力垂直于承压面，方向为该面内法液体静压力垂直于承压面，方向为该面内法线方向。线方向。n液体内任一点所受的静压力在各个方向上都相液体内任一点所受的静压力在各个方向上都相等。等。华中科技大学静压力基本方程式静压力基本方程式n静压力基本方程式静压力基本方程式 p=p0+gh n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：n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。n液体内的压力与液体深度成正比。液体内的

4、压力与液体深度成正比。n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。等压面，重力作用下静止液体的等压面为水平面。n静止液体中任一质点的总能量静止液体中任一质点的总能量 p/g+h 保持不变，即能量守恒。保持不变，即能量守恒。n压力的表示法及单位压力的表示法及单位 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 相对压力或表压力相对压力或表压力 以大气压为基准进以大气压为基准进行度量行度量 真空度真空度 绝对压力不足于大气压力的那绝对压力不足于大气压力的那部分压力值部分压力

5、值单位单位 帕帕 Pa(N/m2)华中科技大学 帕斯卡原理帕斯卡原理n图示是应用帕斯卡原理的实例图示是应用帕斯卡原理的实例 作用在大活塞上的负载作用在大活塞上的负载F1形成液体压形成液体压力力 p=F1/A1 为防止大活塞下降，在小活塞上应施为防止大活塞下降，在小活塞上应施加的力加的力 F2=pA2=F1A2/A1 由此可得由此可得n液压传动可使力放大，可使力缩小，也可液压传动可使力放大，可使力缩小，也可以改变力的方向。以改变力的方向。n液体内的压力是由负载决定的液体内的压力是由负载决定的。在密闭容器内，施加于静止液体的压力可以等值地在密闭容器内，施加于静止液体的压力可以等值地传递到液体各点，

6、这就是帕斯卡原理。也称为静压传传递到液体各点，这就是帕斯卡原理。也称为静压传递原理。递原理。华中科技大学静压力对固体壁面的作用力静压力对固体壁面的作用力 液体和固体壁面接触时，固体壁面将受到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液体静压力的作用n当固体壁面为平面时，液体压力在该平面当固体壁面为平面时，液体压力在该平面的总作用力的总作用力 F=p A ，方向垂直于该平面。，方向垂直于该平面。n当固体壁面为曲面时，液体压力在曲面某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方向上的总作用力 F=p Ax，Ax 为曲面为曲面在该方向的投影面积。在该方向的投影面积。华中科技大学液

7、体动力学液体动力学 主要是研究液体流动时流速和压力的变化规律。流主要是研究液体流动时流速和压力的变化规律。流动液体的连续性方程、伯努利方程、动量方程是描述动液体的连续性方程、伯努利方程、动量方程是描述流动液体力学规律的三个基本方程式。前两个方程反流动液体力学规律的三个基本方程式。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间的作用力问题。用来解决流动液体与固体壁面间的作用力问题。n基本概念基本概念n流量连续性方程流量连续性方程n伯努利方程伯努利方程n动量方程动量方程华中科技大学液体动力学基本概念液体动力学基本

8、概念n理想液体理想液体 假设的既无粘性假设的既无粘性又不可压缩的流体称为理想又不可压缩的流体称为理想流体。流体。n恒定流动恒定流动 液体流动时，液液体流动时，液体中任一点处的压力、速度体中任一点处的压力、速度和密度都不随时间而变化的和密度都不随时间而变化的流动，亦称为定常流动或非流动，亦称为定常流动或非时变流动。时变流动。通流截面通流截面 垂直于流动方向的截面，也称为过流截面。垂直于流动方向的截面，也称为过流截面。流量流量 单位时间内流过某一通流截面的液体体积，流量以单位时间内流过某一通流截面的液体体积，流量以q表示，单位为表示，单位为 m3/s 或或 L/min。平均流速平均流速 实际流体流

9、动时，速度的分布规律很复杂。假实际流体流动时，速度的分布规律很复杂。假设通流截面上各点的流速均匀分布，平均流速为设通流截面上各点的流速均匀分布，平均流速为v=q/A。华中科技大学流量连续性方程流量连续性方程流量连续性方程是质量守恒定律在流体力学中的表达方式。流量连续性方程是质量守恒定律在流体力学中的表达方式。液体在管内作恒定流液体在管内作恒定流动，任取动，任取1、2两个通流截两个通流截面，根据质量守恒定律，面，根据质量守恒定律，在单位时间内流过两个截在单位时间内流过两个截面的液体流量相等，即：面的液体流量相等，即：1v1 A1=2v2 A2 不考虑液体的压缩性则得不考虑液体的压缩性则得 q=v

10、 A=常量常量 流量连续性方程说明了恒定流动中流过各截面的不可压流量连续性方程说明了恒定流动中流过各截面的不可压缩流体的流量是不变的。因而流速与通流截面的面积成缩流体的流量是不变的。因而流速与通流截面的面积成反比。反比。华中科技大学伯努利方程伯努利方程 n理想流体的伯努利方程理想流体的伯努利方程 n p1/g+Z1+v12/2g=p2/g+Z2+v22/2gn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的能量，它们可以互相转换，但其总和不变，即能量守恒。的能量，它们可以互相转换，但其总和不变，即能量守恒。n实际流体的伯努利方程

11、实际流体的伯努利方程 n p1/g+Z1+1v12/2g=p2/g+Z2+2 v22/2g+hwn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 hw 为单位质量液体在为单位质量液体在两截面之间流动的能量损失。两截面之间流动的能量损失。n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。伯努利方程是能量守恒定伯努利方程是能量守恒定律在流体力学中的表达方式。律在流体力学中的表达方式。液体在管内作恒定流动，任取液体在管内作恒定流动，任取两个截面两个截面1、2，有：，有：华中科技大学伯努利方程应用举例伯努利方程应用举例n如图示简易热水器，

12、左端接冷水管，右端接淋浴莲蓬头。已知如图示简易热水器，左端接冷水管，右端接淋浴莲蓬头。已知 A1=A2/4和和A1、h值，问冷水管内流量达到多少时才能抽吸热水值，问冷水管内流量达到多少时才能抽吸热水？解：沿冷水流动方向列解：沿冷水流动方向列A1、A2截面的伯努截面的伯努利方程利方程 p1/g+v12/2g=p2/g+v22/2g补充辅助方程补充辅助方程 p1=pagh p2=pa v1A1=v2A2代入得代入得 h+v12/2g=(v1/4)2/2g v1=(32gh/15)1/2 q=v1A1=(32gh/15)1/2 A1华中科技大学动量方程动量方程n动量方程是动量定理在流体力学中的具体应

13、用，用来计算流动液体作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。用在限制其流动的固体壁面上的总作用力。nF=（m u）/t=q（u2-u1）n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。控制表面的液体的动量之差。n应用动量方程注意：应用动量方程注意：F、u是矢量；流动液体作用在固体壁面上的力与作是矢量；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等、方向相反。用在液体上的力大小相等、方向相反。n例：求液流通过滑阀时，对阀芯的轴向作用力的大小例：求液流通过滑阀时，对阀芯的轴向作用力的大小。F=q（v2 cos2-v1cos1）液流有一个力图使阀口关闭的力，液流有一个力图使阀口关闭的力，这个力称为液动力。这个力称为液动力。F=-F=qv1cos