液压流体力学基础教学课件.ppt
第三章 液压流体力学基础,静止液体液体质点间没有相对运动 压力及其性质 压力液体在单位面积上所受的法向力（压强）性质静止液体内任意点处的压力在各个方向上都相等。,3-1液体静力学,一、重力作用下静止液体中的压力分布,pApoA+FG FGghA ppo+gh静止液体内任一点处的p由po和gh组成；pa：大气压（105Pa=0.1MPa）当popa（液面仅受大气压作用）则p pa+ghp随h呈直线规律分布；h相同则p相同；等压面,压力的表示方法及单位,1Pa 1Nm21MPa106Pa1bar 105Pa1at 1kgfcm2 9.8104Nm2,绝对压力：以式ppa+gh形式表示时叫做绝对压力，以绝对真空为基准来进行度量。相对压力：超出大气压的那部分压力gh叫做相对压力，仪表指示压力为相对压力。真 空 度：液体中某点的绝对压力小于大气压，此时绝对压力比大气压小的那部分数值叫做真空度。,例：某点表压力为2.7 105Pa，其绝对压力是（）；另一点的绝对压力为6.3 104Pa，其真空度为（）。,解:(1)所谓表压即为该点的相对压力gh 则绝对压力 ppa+gh=1.0 105+2.7 105=3.7 105 Pa(2)真空度=3.7 104 Pa=0.37 bar,解：oo为等压面 p1+g h=p2+Hg g h p1+h=p2+Hgh 即 p=p1 p1=h（Hg）=1.059 105 Pa,例：已知U形测压计中水银面高度为850mm（如图）。试求油液流经换向阀时造成的压力差值（即压力损失）。设油液的重度=g=8.8103Nm3，U形计中水银重度Hg=Hgg=133400N m3。,已知 F=1000N，A=110-3m2，=900kg/m3求：h=0.5m处的p=？,解：ppo+gh po=F/A=106N/m2 则 h=0.5m处的p为：ppo+gh 1MPa,结论：液体在受压情况下液柱高度所引起的那部分压力gh相当小，可以忽略不计。以后分析液压系统采用这种假定！,二、帕斯卡原理（静压传递原理）,在密封容器内，施加于静止液体上的压力将以等值同时传到液体各点。,p1=p2 F1A1=F2A2 F2=F1A2A1 即：如果垂直缸无负载，则在忽略活塞重量和阻力时不论怎样推动水平缸的活塞，也不能在液体中形成压力。基本概念（结论）：液压系统中的压力由外界负载决定。,液体静压力作用在固体壁面上的力,静止液体和固体壁面接触时，固体壁面上各点在某一方向上所受静压作用力的总和，便是液体在该方向上作用于固体壁面上的力。,例3-2（P18）,3-2 液体动力学,名词解释：理想液体既无粘性且不可压缩的假想液体。恒定流动（定常流动、非时变流动）液体中任一点压力、速度和密度都 不随时间而变化。流 量单位时间内流过管路的液体体积。q=vA 平均流速 v=q/A,三个方程：连续方程、能量方程、动量方程,一、连续方程,如果忽略液体的可压缩性，即=常量，则 v1A1=v2A2=常量 v1A1=v2A2=常量（即q为常量）结论：1、恒定流动中，流过各截面的不可压缩液体的流量是相 等的；2、速度v与截面积A成反比；,质量守恒定律（物质不灭定律）在流体力学中的数学表达式。即：单位时间内流过管道每个截面的液体质量一定是相等的。,二、伯努利方程(能量方程）,能量守恒定律在流体力学中的数学表达式。,理想液体的伯努利方程：,实际液体流束的伯努利方程：,例 推导文丘利流量计的流量公式（P23）,理想液体的伯努利方程应用,三、动量方程,F=q（2v2 1v1）Fx=q（2v2x 1v1x）,刚体动量定理在流体力学中的数学表达式。它一般用来计算流动液体对管道（管壁、阀芯、缸体）的作用力。,例：如图示一针尖阀，锥阀的锥角为2。当液体在压力p下以流量q流经锥阀时，如通过阀口处的流速为v2，求作用在阀芯上的力。(P25),正确选择“控制体”,3-3 管道中液流的特性,流态、雷诺数 19世纪末，雷诺首先通过实验观察了水在园管内的流动情况，发现液体有两种流态：层流、紊流。层流和紊流 层流：质点互不干扰、v低、粘性力主导 紊流：质点运动杂乱、v高、惯性力主导,讨论液体的流动情况,分析流动时的能量损失,当流速较低时，染液的流动是一条与管轴线平行的红色细直线（b），若将小管5的出口上下移动，则可见红色细线也上下移动，这种流态称之为层流；当流速增至某一值（称为上临界速度），染液红线开始曲折（c），表示层流开始被破坏，继续增大流速，红线上下波动并出现断裂（d），表示流动开始趋于紊乱，若流速再增加则红线消失（e），说明运动已经杂乱无章。此时，反过来由紊流转向层流，通过调节阀8实现，临界点速度为下临界速度。,雷诺数：实验证明，液体在园管中的流态不仅与平均流速v有关，还和管径d、液体的运动粘度有关。采用三者结合的无量纲纯数表示，这就是雷诺数Re。,临界雷诺数Recr，当Re Recr时-层流 当Re Recr时-紊流,水力半径R,圆管,非圆管,液流有效截面积A和其湿周（有效截面的周界长度）之比。R的大小对管道通流影响很大。,P27图3-16,常见液流管道的临界雷诺数,园管层流,通流截面上流速的分布规律：（式3-29，图3-17），按抛物线规律分布。流量：（式3-30、式3-31），管径对流量及压力损失的影响很大。平均流速：（式3-32），由式3-15、3-22可求出实际液体中的修正系数=2、=4/3。,园管紊流,通流截面上流速的分布规律：（式3-33，图3-19），围绕某平均值脉动。,-沿程阻力系数（表面粗糙度有关，流态）（层流时理论为64/Re、金属直管实际取75/Re，橡胶软管取80/Re；紊流）,沿程压力损失,压力损失（层流、紊流）,液体在流动时产生的压力损失有两种：一种是液体在等径直管中流动时因摩擦而产生的压力损失，叫沿程压力损失；另一种是由于管道的截面突然变化，液流方向改变或其它形式的液流阻力（如控制阀阀口）而引起的压力损失，称为局部压力损失。,3-4 孔口和缝隙液流（P35自学20分钟）,薄壁小孔,短孔和细长孔,缝隙液流（P38）：平行平板缝隙、同心环形缝隙、偏心环形缝隙、圆环平面缝隙（自学）,长度直径之比l/d0.5的孔。,长度直径之比l/d10以上的孔为细长孔。界于两者之间的为短孔。,在液压系统中，液流流经小孔或缝隙的现象是普遍存在的，有的是用来调节流量，有的造成泄漏，但都涉及到流量问题。,3-5 气穴现象,危害：产生噪声和振动 金属表面收到腐蚀（气蚀）,因流速变化引起压降使气泡产生的现象。（在流动液体中，因某点处的压力低于空气分离压而使气泡产生的现象。）,空气分离压和饱和蒸气压（P42）节流口处的气穴现象（伯努利方程）减少气穴现象的措施（P43）,3-6 液压冲击,直接液压冲击：阀门突然开、闭引起的冲击。间接液压冲击：阀门不是突然关闭，即缓慢关闭t。危害：噪声、振动、温升、损坏元件或密封、产生误动作液流突然停止运动的液压冲击运动部件制动时产生的液压冲击措施（三点）：1、缓慢关闭阀门；2、在容易发生冲击的地方设置蓄能器；3、对管中的液流速度加以控制。,管内流动的液体因阀门关闭突然停止流动而在管内形成一个很大的峰值，这种现象称之为。,
