流体力学A全解课件.ppt

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1、液压流体力学液体静力学研究液体在静止状态下的力学规律及其应用液体动力学研究液体流动时流速和压力的变化规律管道中液流的特性用于计算液体在管路中流动时的压力损失孔口及缝隙的压力流量特性是分析节流调速回路性能和计算元件泄漏量的理论依据液压冲击和气穴现象静压力及其特性液体的静压力静止液体在单位面积上所受的法向力称为静压力。p=limΔF/ΔA（ΔA→0）若在液体的面积A上所受的作用力F为均匀分布时，静压力可表示为p=F/A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。液体静压力的特性液体静压力垂直于承压面，方向为该面内法线方向。液体内任一点所受的静压力在各个方向上都相等。静压力基本方程式静

2、压力基本方程式p=p0+ρgh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p0，自重形成的压力ρgh。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，重力作用下静止液体的等压面为水平面。静止液体中任一质点的总能量p/ρg+h保持不变，即能量守恒。压力的表示法及单位绝对压力以绝对真空为基准进行度量相对压力或表压力以大气压为基准进行度量真空度绝对压力不足于大气压力的那部分压力值单位帕Pa(N/m2)帕斯卡原理图示是应用帕斯卡原理的实例作用在大活塞上的负载F1形成液体压力p=F1/A1为防止大活塞下降，在小活塞上应施加的力F2=pA2=F1A2

3、/A1由此可得液压传动可使力放大，可使力缩小，也可以改变力的方向。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传递到液体各点，这就是帕斯卡原理。也称为静压传递原理。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静压力的作用当固体壁面为平面时，液体压力在该平面的总作用力F=pA，方向垂直于该平面。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F=pAx，Ax为曲面在该方向的投影面积。液体动力学基本概念通流截面垂直于流动方向的截面，也称为过流截面。流量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m3/s或L/min。平均流速实际流体

4、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v=q/A。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。液体在管内作恒定流动，任取1、2两个通流截面，根据质量守恒定律，在单位时间内流过两个截面的液体流量相等，即：ρ1v1A1=ρ2v2A2不考虑液体的压缩性则得q=vA=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。伯努利方程理想流体的伯努利方程p1/ρg+Z1+v12/2g=p2/ρg+Z2+v22/2g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

5、其总和不变，即能量守恒。实际流体的伯努利方程p1/ρg+Z1+α1v12/2g=p2/ρg+Z2+α2v22/2g+hw实际流体存在粘性，流动时存在能量损失，hw为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，α为动能修正系数。伯努利方程是能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动，任取两个截面1、2，有：管道流动由于流动液体具有粘性，以及流动时突然转弯或通过阀口会产生撞击和旋涡，因此液体流动时必然会产生阻力。为了克服阻力，流动液体会损耗一部分能量，这种能量损失可用液体的压力损失来表示。压力损失即是伯努利方程中的hw项。压力损失由沿程压力损失和局部压力损失两部分

6、组成。液流在管道中流动时的压力损失和液流运动状态有关。流态、雷诺数沿程压力损失局部压力损失流态，雷诺数雷诺实验装置通过实验发现液体在管道中流动时存在两种流动状态。层流——粘性力起主导作用紊流——惯性力起主导作用液体的流动状态用雷诺数来判断。雷诺数——Re=vd/υ，v为管内的平均流速d为管道内径υ为液体的运动粘度雷诺数为无量纲数。如果液流的雷诺数相同，它的流动状态亦相同。一般以液体由紊流转变为层流的雷诺数作为判断液体流态的依据，称为临界雷诺数，记为Recr。当Re＜Recr，为层流；当Re＞Recr，为紊流。常见液流管道的临界雷诺数见书中表格。沿程压力损失液体在等直径管中流动时因摩擦而产生的损

7、失，称为沿程压力损失。因液体的流动状态不同沿程压力损失的计算有所区别。层流时的沿程压力损失：通流截面上的流速在半径方向按抛物线规律分布。通过管道的流量q=（πd4/128μl）Δp管道内的平均流速v=(d2/32μl)Δp沿程压力损失Δpλ=（64/Re)(l/d)ρv2/2=λ（l/d）ρv2/2λ为沿程阻力系数，实际计算时对金属管取λ=75/Re。紊流时的沿程压力损失：Δpλ=λ（l/d）ρv