第2章 流体力学基础

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1、第2章液压与气压传动流体力学基础§2.1流体静力学§2.2流体动力学§2.3流体流动时的压力损失§2.4孔口和缝隙流量§2.5气力静力学返回§2.6气体动力学§2.7空穴现象和液压冲击§2.1流体静力学1.液体的压力作用在液体上的力有两种，即质量力和表面力。与液体质量有关并且作用在质量中心上的力称为质量力，单位质量液体所受的力称为单位质量力，它在数值上就等于加速度；与液体表面面积有关并且作用在液体表面上的力称为表面力，单位面积上作用的表面力称为应力。液体在单位面积上所受的内法向力简称为压力。在物理学中它被称

2、为压强，但在液压与气压传动中则称为压力。它通常用p来表示。静止液体的压力有如下重要性质：（1）液体的压力沿着内法线方向作用于承压面；（2）静止液体内任一点处的压力在各个方向上都相等。由此可知，静止液体总是处于受压状态，并且其内部的任何质点都受平衡压力的作用。(短片)2.静止液体中的压力分布在重力作用下，密度为的液体在容器中处于静止状态，其外加压力为，在容器内任意深度h处的压力p的表达式为：（2.3）式（2.3）是液体静力学基本方程式。由此可知，在重力作用下的静止液体，其压力分布有如下特点：（1）静止液体内

3、任一点处的压力都由两部分组成：一部分是液面上的压力，另一部分是该点以上液体自重所形成的压力，即g与该点离液面深度h的乘积。当液面上只受大气压力作用时，则液体内任一点处的压力为。（2）静止液体内的压力p随液体深度h呈直线规律分布。（3）距液面深度h相同的各点组成了等压面，这个等压面为一水平面。3.压力的表示方法和单位压力有两种表示方法，即绝对压力和相对压力。以绝对真空为基准来进行度量的压力叫做绝对压力；以大气压为基准来进行度量的压力叫做相对压力。大多数测压仪表因受大气压的作用，所以，仪表指示的压力都是相对压

4、力。在液压与气压传动技术中，如不特别说明，所提到的压力均指相对压力。如果液体中某点处的绝对压力小于大气压力，这时，比大气压小的那部分数值叫做这点的真空度。压力的法定计量单位是Pa（帕），1Pa=1N/m，1106Pa=1MPa（兆帕）。以前沿用过的和有些部门惯用的一些压力单位还有bar（巴）、at（工程大气压，即kgf/cm）、atm（标准大气压）、mmH2O（约定毫米水柱）或mmHg（约定毫米汞柱）等。4.静止液体中的压力传递如图2.5所示密闭容器内的静止液体，当外力F变化引起外加压力发生变化时，则液体

5、内任一点的压力将发生同样大小的变化。即在密闭容器内，施加于静止液体上的压力可以等值传递到液体内各点。这就是静压传递原理，或称为帕斯卡原理。在图2.5中，活塞上的作用力F是外加负载，A为活塞横截面面积，根据静压传递原理，缸筒内的压力将随负载的变化而变化，并且各点处压力的变化值相等。在不考虑活塞和液体重力所引起压力变化的情况下，液体中的压力为：（2.4）由此可见，作用在活塞上的外负载越大，缸筒内的压力就越高。若负载恒定不变，则压力不再增高，这说明缸筒中的压力是由外界负载决定的，这是液压传动中的一个基本概念。(短

6、片)5.液体静压力作用在固体壁面上的力静止液体和固体壁面相接触时，固体壁面上各点在某一方向上所受静压作用力的总和，就是液体在该方向上作用于固体壁面上的力。固体壁面为一平面时，如不计重力作用（即忽略gh项），平面上各点处的静压力大小相等。作用在固体壁面上的力F等于静压力p与承压面积A的乘积，其作用力方向垂直于壁面，即：（2.5）当固体壁面为如图2.6中所示的曲面时，为求压力为p的液压油对液压缸右半部缸筒内壁在x方向上的作用力Fx，这时在内壁上取一微小面积dA=lds=lrd（其中l和r分别为缸筒的长度和半

7、径），则液压油作用在这块面积上的力dF的水平分量dFx为：由此得液压油对缸筒内璧在x方向上的作用力为：式中Ax为缸筒右半部内壁在x方向上的投影面积，Ax=2rl。由此可得曲面上液压作用力在某x方向上的总作用力Fx等于液体压力p和曲面在该方向投影面积Ax的乘积，即：（2.6）§2.2液体动力学1.基本概念(1)理想液体、定常流动和一维流动研究液体流动时必须考虑到粘性的影响，但由于这个问题相当复杂，所以在开始分析时，可以假设液体没有粘性，寻找出液体流动的基本规律后，再考虑粘性作用的影响，并通过实验验证的方法对理

8、想结论进行补充或修正。对液体的可压缩性问题也可以用这种方法处理。一般把既无粘性又不可压缩的假想液体称为理想液体。液体流动时，如果液体中任一空间点处的压力、速度或密度等都不随时间变化，则称这种流动为定常流动（或稳定流动、恒定流动）；反之，则称为非定常流动。当液体整个作线形流动时，称为一维流动；当作平面或空间流动时，称为二维或三维流动。一维流动最简单，但是从严格意义来讲，一维流动要求液流截面上各点处的速度矢量完全相同