液压流体力学基础精选PPT.ppt
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1、关于液压流体力学基础第1页,讲稿共48张,创作于星期二第一节 流体静力学一、静压力及其性质一、静压力及其性质二、静力学基本方程二、静力学基本方程三、压力的表示方法及单位三、压力的表示方法及单位四、帕斯卡原理四、帕斯卡原理五、液体静压力作用在固体壁面上的力五、液体静压力作用在固体壁面上的力第2页,讲稿共48张,创作于星期二一、静压力(强)及其性质一、静压力(强)及其性质静止液体静止液体在单位面积上所受的在单位面积上所受的法向力法向力称为静压力。称为静压力。(A0,趋于一点),趋于一点)若在液体的面积若在液体的面积A A上所受的上所受的法向作用力法向作用力F F为均匀分布为均匀分布时,静压力可表示
2、为时,静压力可表示为 p p=F F/A A 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。作用在一点的静压强在任意方向都是相等的,称为各向同性,所作用在一点的静压强在任意方向都是相等的,称为各向同性,所以压强是标量函数。以压强是标量函数。第3页,讲稿共48张,创作于星期二二、静力学基本方程压力随深度压力随深度线性增加,线性增加,等深等压等深等压重力作用下重力作用下静压力基本方程式静压力基本方程式 p p=p p0 0+ghgh 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
3、两部分组成:液面压力p p0 0,自重形成的压力,自重形成的压力ghgh。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。离液面深度相同处各点的压力相等,压力相等的所有点组成等压面,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。重力作用下静止液体的等压面为水平面。静止液体内部各点压力由质点所在的坐标决定。即静止液体内部各点压力由质点所在的坐标决定。即p p(x,y,z)(x,y,z)第4页,讲稿共48张,创作于星期二例例3-23-2:已知油液:已知油液=900kg/m=900kg/m2 2,F F=1000N=1000N,A A=1
4、10=110-3-3mm2 2 求求在在h h=0.5m=0.5m 处处p p=?=?解:表面压力解:表面压力p p0 0=F F/A A =1000/110 =1000/110-3-3 =10 =106 6N/mN/m2 2 h h处的压力处的压力 p p=p p0 0+ghgh10106 6PaPa第5页,讲稿共48张,创作于星期二三、压力的表示1 1)按测量基准不同表示)按测量基准不同表示 ppa p表压=p相对=p绝对pa ppa p真空度=pap绝对2 2)单位)单位1Pa=1N/m21bar=1105Pa1kPa=1103Pa1MPa=1106Pa1at=1公斤压力=1kgf/cm
5、2=1kg9.8N/kg/(10-2m)2=98KPa=0.98105Pa=0.98bar1 个标准大气压=0.101325 MPa=1.01325 bar=1.033227 at 1mH2O=gh=(1103kg/m3)9.8N/kg 1m=9.8103Pa第6页,讲稿共48张,创作于星期二例题3-3:某液压系统压力表的读数为0.49MPa,这是什么压力?它的绝对压力是多少?用油柱高度表示是多少?第7页,讲稿共48张,创作于星期二例题3-6:连通器中,存在两种液体,已知水的密度=1000kg/m3,h1=60cm,h2=75cm,求另一种液体的密度。第8页,讲稿共48张,创作于星期二 (1
6、1)在密闭容器内,施)在密闭容器内,施加于静止液体的压力可加于静止液体的压力可以等值地传递到液体各以等值地传递到液体各点,这就是帕斯卡原理,点,这就是帕斯卡原理,也称为静压传递原理。也称为静压传递原理。(2 2)如果忽略静止液体)如果忽略静止液体的自身重力,则液体内的自身重力,则液体内部压力处处相等。部压力处处相等。(3 3)压力取决于负载)压力取决于负载四、帕斯卡原理第9页,讲稿共48张,创作于星期二例题例题3-5已知:D=100mm,d=20mm,m=5000kg 求:F=?G=mg=5000kg9.8N/kg=49000N 由 p1=p2,则 F/(d 2/4)=G/(D 2/4)F=(
7、d 2/D 2)G =(202/1002)49000=1960N第10页,讲稿共48张,创作于星期二 对于采用液压泵连续供油的液压传动系统,流动油液在某处的压力也是因为受到其后各种形式负载(如工作阻力、摩擦力、弹簧力等)的挤压而产生的。虽然流动油液存在动压力(因流动导致的压力变化),但相对于静压力来说很小,一般可以忽略不计。因此,液压传动系统中流动油液的压力,主要考虑静压力。液压传动系统中压力的建立液压传动系统中压力的建立第11页,讲稿共48张,创作于星期二五、液体压力作用在固体壁面上的力 液体和固体壁面接触时,液体和固体壁面接触时,固体壁面将受到液体静压固体壁面将受到液体静压力的作用。力的作
8、用。1.1.当固体壁面为平面,液体当固体壁面为平面,液体压力在该平面的总作用力压力在该平面的总作用力 F F=p Ap A,方向垂直于该平面。,方向垂直于该平面。2.2.当固体壁面为曲面时,液当固体壁面为曲面时,液体压力体压力在曲面某方向上的总在曲面某方向上的总作用力作用力F F=pApAx,A 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。第12页,讲稿共48张,创作于星期二例题3-4:图示为一圆锥阀,阀口直径为d,在锥阀的部分圆锥面上有油液作用,各处压力均为p。试求油液对锥阀的总作用力。第13页,讲稿共48张,创作于星期二第三节第三节 液体动力学基础液体动力学基础 流体动力学主
9、要研究液体流动时流速和压力流体动力学主要研究液体流动时流速和压力的变化规律。流动液体的的变化规律。流动液体的连续性方程、伯努利连续性方程、伯努利方程、动量方程方程、动量方程是描述流动液体力学规律的三是描述流动液体力学规律的三个基本方程式。前两个方程反映了液体的压力、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,动量方程用来解决流速与流量之间的关系,动量方程用来解决流动流动液体与固体壁面间的作用力液体与固体壁面间的作用力问题。问题。第14页,讲稿共48张,创作于星期二一、基本概念一、基本概念1.1.欧拉法描述流体运动、流场欧拉法描述流体运动、流场 在流体力学里,有两种描述流体运
10、动的方法:欧拉(在流体力学里,有两种描述流体运动的方法:欧拉(Euler)和拉格朗日(和拉格朗日(Lagrange)方法。拉格朗日法是去追踪每个粒方法。拉格朗日法是去追踪每个粒子从某一时刻起的运动轨迹,是理论力学的方法,例如某个子从某一时刻起的运动轨迹,是理论力学的方法,例如某个质点质点坐标为(坐标为(a,b,c)的轨迹。的轨迹。欧拉法描述的是欧拉法描述的是任何时刻流体中各种变量的分布任何时刻流体中各种变量的分布。例。例如坐在河岸边看河水流,不停地用仪器测所有位置点的速如坐在河岸边看河水流,不停地用仪器测所有位置点的速度、压力、温度等,由此得到每一时刻这一河流区域水流度、压力、温度等,由此得到
11、每一时刻这一河流区域水流各物理量的分布(各物理量的分布(流场流场)。所以欧拉法又称为观察站法。)。所以欧拉法又称为观察站法。第15页,讲稿共48张,创作于星期二一、基本概念一、基本概念1.1.欧拉法描述流体运动、流场欧拉法描述流体运动、流场 欧拉法用所有质点的空间坐标(欧拉法用所有质点的空间坐标(X,Y,Z)与时间变量)与时间变量t来表达流场中流体的运动规律。例如压力场:来表达流场中流体的运动规律。例如压力场:p=(X,Y,Z,t)(1)、)、t一定时,一定时,p=(X,Y,Z),得到某时刻压力在),得到某时刻压力在空间的分布规律。空间的分布规律。(2)、()、(X,Y,Z)坐标一定时,得到某
12、点压力随时间变化)坐标一定时,得到某点压力随时间变化的规律。的规律。(3)、在确定的时间,确定的位置上有确定的压力。)、在确定的时间,确定的位置上有确定的压力。(4)、当)、当p不随不随t变化时,变化时,p=(X,Y,Z),即),即p只是空只是空间位置的函数。间位置的函数。恒定流动恒定流动 恒定流动恒定流动:液体流动时,液体中液体流动时,液体中任一点处任一点处的压力、速度和密度都不的压力、速度和密度都不随时间而变化,故也称为定常流动或非时变流动随时间而变化,故也称为定常流动或非时变流动第16页,讲稿共48张,创作于星期二恒定流动和非恒定流动恒定流动和非恒定流动(欧拉法观察欧拉法观察)(1)p=
13、(X,Y,Z,t),当(),当(X,Y,Z)一定时,压力随)一定时,压力随时间变化的规律?时间变化的规律?第17页,讲稿共48张,创作于星期二2.2.理想液体、一维流动理想液体、一维流动 理想液体:理想液体: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 一维流动一维流动:压力、速度和密度等流动物理量沿:压力、速度和密度等流动物理量沿一个坐标变化。如液体在管道内流动,流动物理一个坐标变化。如液体在管道内流动,流动物理量随一个曲线坐标变化,故属于一元流动。量随一个曲线坐标变化,故属于一元流动。第18页,讲稿共48张,创作于星期二3.3.流线、流束、通流截面:
14、流线、流束、通流截面:流线:流线:是流场中的瞬时光滑曲线(如是流场中的瞬时光滑曲线(如t t时刻的流线),曲线上各点时刻的流线),曲线上各点的切线方向与各该点的瞬时速度方向一致,它是各点的速度包的切线方向与各该点的瞬时速度方向一致,它是各点的速度包络线。络线。流线的性质:流线的性质:(1 1)恒定流动时,流线也就是某质点的运动轨迹线;非恒定流动,速度)恒定流动时,流线也就是某质点的运动轨迹线;非恒定流动,速度是变化的(如方向发生了变化),流线也随时间变化。是变化的(如方向发生了变化),流线也随时间变化。(2)流线不能相交,也不能突然转折。)流线不能相交,也不能突然转折。第19页,讲稿共48张,
15、创作于星期二流束:流束:通过流体通过流体某截面某截面A A上所有各点画出流线,这些流线的集合就上所有各点画出流线,这些流线的集合就构成了流束。构成了流束。微元流束:微元流束:当截面当截面A A趋于趋于0 0时的流束,即面积取时的流束,即面积取dAdA。(1 1)微元流束的极限是流线;)微元流束的极限是流线;(2 2)沿微元流束变化的速度、压强等参数是流线坐标的函数)沿微元流束变化的速度、压强等参数是流线坐标的函数(3 3)微元流束截面上各点运动速度、压强等参数相等,便于写)微元流束截面上各点运动速度、压强等参数相等,便于写出积分方程式。如用于出积分方程式。如用于“流量计算流量计算”、“伯努利方
16、程的推导伯努利方程的推导”。第20页,讲稿共48张,创作于星期二 通流截面:通流截面:为了便于计算,截面通常选择与为了便于计算,截面通常选择与通过截面通过截面上各点流线垂直上各点流线垂直的的面,也称为过流断面。例如管的的面,也称为过流断面。例如管道的截面。道的截面。当通流截面是平面时,流体做平行流动,否则做缓变当通流截面是平面时,流体做平行流动,否则做缓变流动或急变流动。流动或急变流动。第21页,讲稿共48张,创作于星期二4.4.流速、流量流速、流量流速流速:流体质点单位时间内流过的距离流量流量:单位时间内流经某通流截面流体的体积,流量以q表示,单位为 或 L/min。质量流量质量流量:单位时
17、间内流经某通流截面流体的质量。流量以qm表示,单位为kg/s 或 kg/min。第22页,讲稿共48张,创作于星期二4.4.流速、流量流速、流量平均流速平均流速:通过流体某截面流速的平均值:质点流速质点流速:由于粘性力,实际流体内各质点流速不等,实际流速和平均流速的关系:平均流速比实际流速大平均流速比实际流速小第23页,讲稿共48张,创作于星期二液体在管内作液体在管内作恒定流动恒定流动,任取任取1 1、2 2两个通流截面,两个通流截面,根据质量守恒定律,在根据质量守恒定律,在单单位时间内流过两个截面的位时间内流过两个截面的液体质量液体质量相等,即:相等,即:二、流体的连续方程依据:质量守恒定律
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