液体动力学基础讲课教案.ppt

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1、2.3液体动力学基础2.3.1基本概念1.理想液体和恒定流动理想液体一般把既无黏性且不可压缩的假想液体称为理想液体。恒定流动液体流动时，任意点处的压力、速度和密度都不随时间而变化，则称为恒定流动（定常流动或非时变流动）；反之，只要压力、速度或密度中有一个随时间变化，液体就是在作非恒定流动（非定常流动或时变流动）。动画演示图2-7恒定流动和非恒定流动2.3液体动力学基础2.流量和平均流速流量和平均流速是描述液体流动的两个基本参数。液体在管道内流动时，常将垂直于液体流动方向的截面称为通流截面或过流断面。（1）流量流量的法定单位为m3/s，工程上常用的

2、单位为L/min。二者的换算关系为1m3/s=6×104L/min。（2-15）单位时间内流过某一过流断面的液体体积称为体积流量，简称流量，用q表示。假设理想液体在一直管内做恒定流动，如图2-8所示。液流的过流断面面积即为管道截面面积A，液流在过流断面上各点的流速（指液流质点在单位时间内流过的距离）皆相等，以u表示（），流过截面1-1的液体经时间t后到达截面2-2处，所流过的距离为l，即2.3液体动力学基础在实际工程中，平均流速才具有应用价值。液压缸工作时，活塞的运动速度与液压缸中的平均流速相同，活塞运动速度v等于进入液压缸的流量q与液压缸的有效

3、作用面积A的比值。当液压缸的有效作用面积一定时，活塞运动速度的大小取决于进入液压缸流量的多少。这是液压传动中又一个重要的基本概念。3.层流、紊流和雷诺数液压流动有两种基本状态：层流和紊流。两种流动状态的物理现象可以通过雷诺实验来观察，实验装置如图2-10(a)所示。在层流时，液体质点互干扰，液体的流动呈线性或层状，且平行于管道轴线；在紊流时，液体质点的运动杂乱无章，除了平行于管道轴线的运动外，还存在着剧烈的横向运动。层流时，液体流速较低，黏性力起主导作用；紊流时，液体流速较高，惯性力起主导作用。动画演示2.3液体动力学基础图2-10雷诺实验1—隔

4、板;2—水杯;3、7—开关;4—水箱;5—细导管;6—玻璃管动画演示返回2.3液体动力学基础液体流动时究竟是层流还是紊流，须用雷诺数来判别。实验证明，液体在圆管中的流动状态不仅与管内的平均流速v有关，还和管径d、液体的运动黏度υ有关。但是真正决定液流状态的，却是这三个参数所组成的一个称为雷诺数Re的无量纲纯数液流由层流转变为紊流时的雷诺数和由紊流转变为层流时的雷诺数是不同的，后者数值小，所以一般都用后者作为判别液流状态的依据，称为临界雷诺数，记作ReL。当液流的雷诺数Re小于临界雷诺数ReL时，液流为层流；反之，液流大多为紊流。常见的液流的管道临

5、界雷诺数由实验测得，列于表2-8中。（2-18）2.3液体动力学基础雷诺数的物理意义:雷诺数是液流的惯性力对黏性力的无因次比。当雷诺数较大时，说明惯性力起主导作用，这时液体处于紊流状态;当雷诺数较小时，说明黏性力起主导作用，这时液体处于层流状态。液体在管道中流动时，若为层流，则其能量损失较小;若为紊流，则其能量损失较大。所以，在液压传动系统设计时，应考虑尽可能使液体在管道中为层流状态。表2-8常见管道的临界雷诺数管道的形状临界雷诺数ReL管道的形状临界雷诺数ReL光滑金属管2300带沉割槽的同心环状缝隙700橡胶软管1600～2000带沉割槽的偏

6、心环状缝隙400光滑的同心环状缝隙1100圆柱形滑阀阀口260光滑的偏心环状缝隙1000锥阀阀口20～1002.3液体动力学基础2.3.2液流连续方程液流连续性方程是质量守恒定律在流体力学中的一种表达形式。如图2-11所示，理想液体在管道中恒定流动时，由于它不可压缩（密度ρ不变），在压力作用下，液体中间也不可能有空隙，则在单位时间内流过截面1和截面2处的液体质量应相等，故有ρA1v1=ρA2v2，即A1v1=A2v2（2-19）或写成q=vA=常数式中A1、A2—截面1、2处的截面积；v1、v2—截面1、2处的平均流速。图2-11液流的连续性原理

7、2.3液体动力学基础式（2-19）即为液流连续性方程，它说明液体在管道中流动时，流经管道每一个截面的流量是相等的，并且同一管道中各个截面的平均流速与过流断面面积成反比，管径细的地方流速大，管径粗的地方流速小。式（2-19）表明：液体在管道中流动时，流经管道每一个截面的流量是相等的（这就是液流连续性原理）并且同一管道中各个截面的平均流速与过流断面面积成反比，管子细的地方流速大，管子粗的地方流速小。在液压传动系统中，液压缸内的流速最低，而与其连通的进、出油管由于其直径要小得多，故管内液体的流速也就比缸内液体的流速快得多。2.3液体动力学基础2.3.3

8、伯努利方程伯努利方程是能量守恒定律在流体力学中的一种表达形式。1.理想液体的伯努利方程假定理想液体在图2-12所示的管道中作恒定流动。质