1、第一章液壓油及液壓油及液壓流體力學基礎液壓流體力學基礎第一章 液壓油及液壓流體力學基礎 液壓傳動是以油液作為工作介質(zhì)來傳遞動力的，為此必須了解油液的物理性質(zhì)，研究油液的運動規(guī)律。 這一章主要介紹這兩方面的內(nèi)容，著重介紹液壓流體力學的一些基礎知識，即油液的物理性質(zhì)和運動規(guī)律。第一章 液壓油及液壓流體力學基礎 連續(xù)介質(zhì)假定：連續(xù)介質(zhì)假定： 假設流體是由無限多個一個緊挨著一個的流體質(zhì)點組成的，流體質(zhì)點間沒有任何間隙，即假設流體是連續(xù)的(研究問題的前提條件)。 依據(jù)這一假定就可以把油液的運動參數(shù)看作是時間和空間的連續(xù)函數(shù)，從而可用解析數(shù)學去描述這種流體的運動規(guī)律，以解決工程實際問題。 1-11-1液壓

2、油的物理性質(zhì)液壓油的物理性質(zhì)物理性質(zhì)：物理性質(zhì)： 流體的密度和比容 流體的壓縮性及液壓彈簧剛性系數(shù) 液體的粘性 1-11-1液壓油的物理性質(zhì)液壓油的物理性質(zhì)一、流體的密度和比容一、流體的密度和比容 1 1. . 密度密度： -單位體積所含有流體的質(zhì)量。 2 2. . 比容比容: -單位質(zhì)量流體所占體積。 由于、隨p、T變化很小，常令、為常數(shù)。 Vm1( , ), , ,pTx y z t( , ), , ,pTx y z t 1-11-1液壓油的物理性質(zhì)液壓油的物理性質(zhì)二、流體的壓縮性及液壓彈簧剛性系數(shù)、流體的壓縮性及液壓彈簧剛性系數(shù) 1 1. .液體的可壓縮性（液體的可壓縮性（圖圖1-11-

3、1） 液體受壓體積變小的性質(zhì)稱為液體的可壓縮性，其大小用體積壓縮系數(shù)表示： 含義是：單位壓力變化時，體積的相對變化量。dpdvVdpVdV111-11-1液壓油的物理性質(zhì)液壓油的物理性質(zhì) 體積彈性模量體積彈性模量：是指壓縮系數(shù)：是指壓縮系數(shù)的倒數(shù)，用的倒數(shù)，用表示，即表示，即 流體的壓縮性和體積彈性模量是隨壓力和溫度而變化的。對液體來說，它們的變化很小，可忽略。dVdpVkK11-11-1液壓油的物理性質(zhì)液壓油的物理性質(zhì) 2 2. .液壓彈簧剛性系數(shù)液壓彈簧剛性系數(shù) 液體的壓縮性在液壓機中會產(chǎn)生“液壓彈簧效應”，如下圖所示。 圖1-1 液壓彈簧的 剛性計算簡圖1-11-1液壓油的物理性質(zhì)液壓油

4、的物理性質(zhì)式中 A-活塞的有效面積； V-被壓縮的體積； K-體積彈性模量； Kh-液壓彈簧剛性系數(shù)；2dldFdpAKAV即2hKAKV所以KdVKAldpVVdFdp A液體彈簧剛性系數(shù)定義：hdFKdl而，1-11-1液壓油的物理性質(zhì)液壓油的物理性質(zhì)三、流體的粘性三、流體的粘性1 1. .粘性及其表示方法粘性及其表示方法：粘性粘性： 液體在外力作用下流動時，液體分子間的內(nèi)聚力阻礙分子間的相對運動而產(chǎn)生內(nèi)摩擦力的性質(zhì)。 圖1-2液體粘性示意圖1-11-1液壓油的物理性質(zhì)液壓油的物理性質(zhì) 表示方法表示方法：粘度 -表示液體粘性大小程度的參數(shù)稱為粘度。 流體粘度有三種表示方法： 動力粘度（又稱

5、絕對粘度） 運動粘度 相對粘度1-11-1液壓油的物理性質(zhì)液壓油的物理性質(zhì) 動力粘度動力粘度：兩相鄰流體層以單位速度梯度流動時， 在單位接觸面積上所產(chǎn)生的內(nèi)摩擦力的 大小。dydu /則粘度為：Pa s 2/N s m單位：，dudy fduFAdy 即1-11-1液壓油的物理性質(zhì)液壓油的物理性質(zhì) 運動粘度運動粘度：它是動力粘度與密度的比值，沒有特 殊的物理意義。v單位：2/ms,v不易測量，只作理論推導用。1-11-1液壓油的物理性質(zhì)液壓油的物理性質(zhì) 相對粘度相對粘度：是一種以被測液體的粘度相對于同溫下 水的粘度之比值來表示粘度的大小。我 國習慣用恩氏粘度，以符號 表示。 （參看教材P9）t

6、E。21Ettt。測量方法1-11-1液壓油的物理性質(zhì)液壓油的物理性質(zhì) 2. 2. 溫度和壓力對粘度的影響溫度和壓力對粘度的影響Tp 原因：分子間的距離影響粘度。我國常用液壓油的粘度與溫度之間的關系可參閱圖1-3所示國產(chǎn)油的粘度溫度曲線距離作用力1-11-1液壓油的物理性質(zhì)液壓油的物理性質(zhì) 四、對液壓油的要求和選用四、對液壓油的要求和選用 要保證液壓系統(tǒng)工作可靠、性能優(yōu)良，對液壓油 必須提出以下幾點要求： 應具有合適的粘度，粘溫性要好； 可壓縮性要??； 潤滑性要好； 具有較好的化學穩(wěn)定性。 。1-11-1液壓油的物理性質(zhì)液壓油的物理性質(zhì)本節(jié)重點掌握內(nèi)容：本節(jié)重點掌握內(nèi)容：1.何謂流體的可壓縮性

7、？描述可壓縮性大小的參數(shù)是什么？2.何謂流體的粘性？粘性的大小用什么表示？3.粘度的表示方法有哪幾種？4.粘度隨溫度和壓力的變化關系？ 1-2 液體靜力學 討論問題：靜止液體的平衡規(guī)律及其應用。靜止液體：液體內(nèi)部質(zhì)點間無相對運動。 靜壓力及其性質(zhì) 在重力作用下靜止液體中的壓力分布 壓力的表示方法及單位 帕斯卡原理-靜壓傳遞原理 液體靜壓力作用在固體壁面上的力 1-2 液體靜力學AFp 一、靜壓力及其性質(zhì)1.壓力的定義：液體在單位面積上所受的作用力，即壓力強度，工程上習慣叫壓力。2.壓力的產(chǎn)生: 周圍液體對 的作用力為 FnFFA 分解為 和 AnFFFA1-2 液體靜力學 由于液體不能承受拉力

8、，所以 永遠指向內(nèi)法線方向。 由于是靜止液體，故 0FnF0lim()AFPA 3.靜壓力兩個性質(zhì) 靜壓力垂直于作用面，方向永遠沿著作用面的內(nèi) 法線方向； 靜止液體中任意一點的壓力在各個方向上均相等。，只有法向力nF1-2 液體靜力學二、重力場中靜止液體的壓力分布（二、重力場中靜止液體的壓力分布（圖圖1-41-4）研究對象研究對象：A點自由液面：向下沿重力方向取一微小圓柱體，高度h，底面積A，A點為中心點。受力分析（垂直方向）： 重力 外力 ，Ggh Ap A1-2 液體靜力學重力方向平衡方程重力方向平衡方程：0gh A pA p A ghpp0即靜壓力分布規(guī)律靜壓力分布規(guī)律：(1)靜壓力由兩

9、部分組成靜壓力由兩部分組成: :液面上的壓力 和液柱重 量產(chǎn)生的壓力 。(2)靜止液體內(nèi)的壓力沿深度呈直線規(guī)律分布。(3)離液面深度相同處各點壓力相等。壓力相等的所有點組成的面叫做等壓面。在重力作用下靜止液體中的等壓面是一個水平面。0pgh1-2 液體靜力學三、壓力的表示方法及單位（三、壓力的表示方法及單位（圖圖1-51-5） 1. .表示方法：表示方法：絕對壓力測量基準為絕對真空； 相對壓力以大氣壓為測量基準； 真 空 度負的相對壓力。 2.2.相互關系相互關系： 絕對壓力=相對壓力+大氣壓力 真空度=絕對壓力-大氣壓力=-相對壓力 3. .單位：單位：牛/米2 ，稱為帕斯卡，簡稱帕(Pa)

10、。1-2 液體靜力學 例： 真空度為0.4個大氣壓，則 絕對壓力為0.6個大氣壓， 相對壓力為-0.4個大氣壓。 圖1-5 絕對壓力、相對壓力和真空度關系示意圖1-2 液體靜力學四、帕斯卡原理四、帕斯卡原理靜壓傳遞原理靜壓傳遞原理 1 1. .原理原理: :在密閉容器內(nèi)，施加于靜止液體上的壓力將 以等值同時傳遞到液體各點。這就是靜壓傳 遞原理或帕斯卡原理。 實質(zhì)實質(zhì): :在密閉容器內(nèi)的靜止液體中，若某點的壓力 發(fā)生了變化，則該變化值將等值同時地傳到 液體內(nèi)所有各點。1-2 液體靜力學2211AFAF2.推力與負載的關系 如圖1-6帕斯卡原理應用實例所示，由帕斯卡原理可知，缸內(nèi)壓力處處相等。即

11、1=2。即：1122FAAF 111FPA則222FPA因，由此可得：壓力取決于負載。 1-2 液體靜力學五、液體靜壓力作用在固體壁面上的力五、液體靜壓力作用在固體壁面上的力 例：取一圓柱管道dAl dSl r d dp l r dF cosxdFp l rd 則則d Fp dA因1-2 液體靜力學右半壁上x方向的總作用力為：2222cos2xxFdFp l rdl r p 結論： 曲面上液壓作用力在某一方向上的分力等于靜壓力與曲面在該方向投影面積的乘積。1 1-3 -3 流動液體的基本力學特性流動液體的基本力學特性 本節(jié)主要討論：液體在流動時的運動規(guī)律、能量轉(zhuǎn)換和流動液體對固體壁面的作用力。

12、 主要內(nèi)容是討論三個基本方程連續(xù)方程、能量方程和動量方程。這三個方程是剛體力學中質(zhì)量守恒、能量守恒及動量守恒在流體力學中的體現(xiàn)。前兩個用來解決壓力、流速及流量之間的關系問題，后一個則用來解決液體與固體壁面之間的相互作用力問題。 1 1-3 -3 流動液體的基本力學特性流動液體的基本力學特性基本概念 流體的流動狀態(tài)、雷諾數(shù)連續(xù)性方程伯努利方程流動液體的能量守恒定律動量方程1 1-3 -3 流動液體的基本力學特性流動液體的基本力學特性一、基本概念一、基本概念 1.1.理想液體、恒定流動和一維流動理想液體、恒定流動和一維流動是一種假想的沒有粘性、不可壓縮的液體。 按液體運動時液體中任意一點處的參數(shù)與

13、時間的關系來區(qū)分，可分為恒定流動和非恒定流動。1 1-3 -3 流動液體的基本力學特性流動液體的基本力學特性是指液體運動參數(shù)僅是空間坐標的函數(shù)，不隨時間變化，即在任何時間內(nèi)，通過空間某一固定點的各液體質(zhì)點的速度、壓力和密度等參數(shù)都保持某一常數(shù)。否則稱為非恒定流動。一般的說，流體的運動都是在三維空間內(nèi)進行的，運動參數(shù)是三個坐標的函數(shù)，稱這種流動為三維流動或三元流動。以此類推即有二維流動和一維流動。1 1-3 -3 流動液體的基本力學特性流動液體的基本力學特性 2.2.流線、流束和通流截面流線、流束和通流截面 是某一瞬間液流中一條條標志其質(zhì)點運動狀態(tài)的曲線，在流線上各點處的瞬時液流方向與該點的切線

14、方向重合如圖1-8。 對于恒定流動，流線形狀不隨時間變化。由于液流中每一點處每一瞬時只能有一個速度，因而流線不能相交，也不能轉(zhuǎn)折，它是一條條光滑的曲線。1 1-3 -3 流動液體的基本力學特性流動液體的基本力學特性如果通過某截面A上所有各點畫出流線，這些流線的集合就構成流束(圖1-9)。流束中與所有流線正交的截面稱為通流截面(如圖1-9的A面和B面)，截面上每點處的流動速度都垂直于這個面。 1 1-3 -3 流動液體的基本力學特性流動液體的基本力學特性3.3.流量及平均流速流量及平均流速單位時間內(nèi)流過某通流截面的液體體積。 對微小流束而言，通過截面dA上各點流速u認為是相等的，則通過dA的微小

15、流量為： AQu dAdQu dA對此進行積分，可得流經(jīng)通流截面A的總流量為： 1 1-3 -3 流動液體的基本力學特性流動液體的基本力學特性在液壓傳動中，常采用一個假想的平均流速來求流量。認為通流截面上所有各點的流速均等于平均流速，即: AQu dAA/Q A故平均流速:1 1-3 -3 流動液體的基本力學特性流動液體的基本力學特性二、流體的流動狀態(tài)、雷諾數(shù)（二、流體的流動狀態(tài)、雷諾數(shù)（圖圖1-101-10）實驗發(fā)現(xiàn)：液體在流動過程中存在著兩種不同的流動狀態(tài)，即層流和紊流。 1.1.層流和紊流層流和紊流本質(zhì)：層流時粘性力起主導作用，紊流時慣性力起主導作用。上臨界速度：層流紊流下臨界速度：紊流

16、層流1 1-3 -3 流動液體的基本力學特性流動液體的基本力學特性/dRed2.2.雷諾數(shù)雷諾數(shù) 實驗發(fā)現(xiàn)：不論平均流速、管徑d及液體粘度如何變化，流體狀態(tài)僅與無量綱組合數(shù) 有關，這組合數(shù)叫雷諾數(shù)，以Re表示，即Red4ReR表-為常見液流管道的臨界雷諾數(shù)。 圓管道： 非圓管道：其中R為通流截面的水力半徑，它等于液流的有效面積A和它的濕周x之比，即RAx1 1-3 -3 流動液體的基本力學特性流動液體的基本力學特性本節(jié)重點掌握內(nèi)容：本節(jié)重點掌握內(nèi)容：1.壓力的定義、單位、表示方法；2.壓力與負載的關系；3.理想液體、恒定流動、通流截面、流量、平均流速4.層流與紊流的本質(zhì)；練習題：1-11 1-

17、3 -3 流動液體的基本力學特性流動液體的基本力學特性三、連續(xù)性方程三、連續(xù)性方程 假設：液體是不可壓縮的且作恒定流動，沿流線取一流管，取一微小流束。在dt時間內(nèi)流入流出控制體的質(zhì)量為（圖1-11）：，2222dmudt dA1122AA1111dmu dt dA112212AAu dAu dA對整個流管積分1212dmdm由于不可壓縮，則，1122u dAu dA即引入平均流速，則1 1-3 -3 流動液體的基本力學特性流動液體的基本力學特性 上面兩式稱為流量連續(xù)方程，它表明：在不可壓縮的恒定流動的液流中，通過各通流截面的流量相等，或通流截面面積與平均流速成反比。1221AA因為 隨意截取，

18、故 =常數(shù)1 12 2AA12,A A即 =常數(shù)12QQ或1 1-3 -3 流動液體的基本力學特性流動液體的基本力學特性 【例1-1】某液壓系統(tǒng)，兩液壓缸串聯(lián)，缸1的活塞是主運動，缸2的活塞對外克服負載(從動運動)，如圖1-12所示。已知小活塞大面積A1=14cm2，大活塞大面積A2=40cm2，連接兩液壓缸管路的流量Q =25L/min，試求兩液壓缸運動速度及速比。 1 1-3 -3 流動液體的基本力學特性流動液體的基本力學特性解:由式流量連續(xù)方程求得小活塞運動速度 流進大缸的流量仍為25 L/min，故為兩活塞速比1125 100030/14 60Qcm sA2225 100010/40

19、60Qcm sA1221402.8614AiA1 1-3 -3 流動液體的基本力學特性流動液體的基本力學特性 四、伯努利方程四、伯努利方程流動液體的能量守恒定律流動液體的能量守恒定律 要研究能量守恒定律在流動液體中的表現(xiàn)形式，必須先研究液體的受力平衡方程，即它的運動微分方程。 前提假設：理想液體。1 1-3 -3 流動液體的基本力學特性流動液體的基本力學特性1.1.理想流體的運動微分方程理想流體的運動微分方程 研究對象（圖1-13）：瞬時t，取一微小流束中一微元體,dA ds dz)()(tusuudAdstudtdssudAdsdtdudAdsma()ppp dApds dAds dAss

20、微元體受力分析：液壓力：慣性力：重力：g dA ds1 1-3 -3 流動液體的基本力學特性流動液體的基本力學特性這就是理想流體一維流動的運動微分方程或稱歐拉方程。cos()puuds dAgdA dsdA ds ussttusuuspg1cos0coslimdsZdZsds01suutuspsZg由牛頓第二定律知化簡得由于則1 1-3 -3 流動液體的基本力學特性流動液體的基本力學特性 2.2.理想流體的伯努利方程理想流體的伯努利方程 0;,up Z ut0ududpgdZ恒定流動時：只是軸向距離s的函數(shù)。于是有：上式表達的是沿任一根流線液體質(zhì)點的壓力、密度、速度和位移之間的微分關系。將上式

21、沿流線積分：常數(shù)2211udpgZ1 1-3 -3 流動液體的基本力學特性流動液體的基本力學特性常數(shù)gugpZ22對于不可壓縮的理想液體= 常數(shù)，則：這就是著名的伯努利方程。伯努利方程的物理意義是：理想液體在重力場中作恒定流動時，沿流線上各點的位能、壓力能和動能之和是常數(shù)。 水頭的定義：方程中各項都具有長度量綱，工程中常用液柱高度即水頭來表示這三部分能量（圖1-14）。1 1-3 -3 流動液體的基本力學特性流動液體的基本力學特性 3.3.實際液體的伯努利方程實際液體的伯努利方程 實際液體在流動時存在粘性，產(chǎn)生內(nèi)摩擦力，所以液體總的能量沿流動方向逐漸減小。又由于液體在密閉的容器或管道中流動時，

22、還會遇到一些其它局部裝置引起液體運動的擾動，同樣也要損失一部分能量。這樣，實際液體沿流線各點的總機械能不再保持為常數(shù)。如任取兩個點，則伯努利方程應為： 2211221222wpupuZZhgggg 式中 表示微小流束上從點1到點2單位重量液體的損失水頭。wh1 1-3 -3 流動液體的基本力學特性流動液體的基本力學特性 總流是由通過其通流截面全部微小流束所組成的。若求總流的伯努力方程，只要將上式乘以微小流束上的液體重量 ，然后對總流通流截面A1和A2進行積分，即可求得， 即 111222122111222222AAAwAAAAApuZgdQgdQgdQggpuZgdQgdQgdQhgdQggg

23、dQ1 1-3 -3 流動液體的基本力學特性流動液體的基本力學特性2)動能修正系數(shù):用平均速度計算的動能代替用實際速度u計算的動能，二者比值為動能修正系數(shù)。常數(shù)gpZ1)緩變流動:在每一通流截面上壓力的分布即可以按靜壓處理，即為簡化上式需引入兩個概念：22322322AAAAudQu dQu dAQAdQ層流時約為=2；紊流時約為=1。1 1-3 -3 流動液體的基本力學特性流動液體的基本力學特性 在引入兩個概念的前提下，又有流量連續(xù)方程，得總流上單位重量液體的伯努利方程：221112221222wppZZhgggg 伯努利方程在液壓傳動和液力傳動中是很重要的一個公式，常與連續(xù)方程一起來求解系

24、統(tǒng)中的壓力和速度等問題。 式中hw表示單位重量液體從截面A1流到截面A2過程中的能量損失，一般通過計算或?qū)嶒灤_定，寫成gQgdQhhAAww211 1-3 -3 流動液體的基本力學特性流動液體的基本力學特性 4.4.伯努利方程的應用舉例伯努利方程的應用舉例【例1-2】 計算從容器側壁小孔噴射出來的射流速度。 如圖1-15所示的水箱側壁開一小孔，水箱自由液面1-1與小孔2-2處的壓力分別為p1和p2， 小孔中心到水箱自由液面的距離為h，且h基本不變，如果不計損失，求水從小孔流出的速度。 1 1-3 -3 流動液體的基本力學特性流動液體的基本力學特性 又因(小孔截面積)(水箱截面積),故v1v2,

25、令v1=0,設1=2=1，則上式可簡化為221112221222wppZZhgggg 21222pphggg122122 ()22()g ppghppg12,0,0wZh Zh解:以小孔中心線為基準，列截面1-1和2-2的伯努利方程 按給定的條件， 則1 1-3 -3 流動液體的基本力學特性流動液體的基本力學特性【例1-3】 推導文丘利流量計的流量公式。 1 1-3 -3 流動液體的基本力學特性流動液體的基本力學特性 解: 圖1-16為文丘利流量計，1-1和2-2兩通流截面處直徑分別為D1和D2，現(xiàn)以管軸心線為基準，且取1=2=1，不計能量損失，列出兩截面的伯努利方程，即 由連續(xù)方程 代入上式

26、并加以整理得22112222ppgggg1122AAQ12141422 ()1ppDD1 1-3 -3 流動液體的基本力學特性流動液體的基本力學特性 由上式可以看出，文丘利流量計參數(shù)確定之后，通過流量計的流量只與測壓管汞柱高度差h有關。因此可以用測h值的辦法測流量。 ) 1() 1()()(21汞汞汞ghggghgghppp1)1(2442412111DDghDAvQ汞 由靜力學方程可推出 式中h為測壓管高度差；汞為水銀的密度；為被測液體密度。 所通過的流量由下式確定，即1 1-3 -3 流動液體的基本力學特性流動液體的基本力學特性五、動量方程五、動量方程 研研 究：究：液流作用在固體壁上的力

27、。動量定理：動量定理：作用在物體上的力的大小等于物體在力作用方向上動量的變化率，即dtmuddtdNF)(將動量定理應用到流動液體上可推導出流體的動量方程。1 1-3 -3 流動液體的基本力學特性流動液體的基本力學特性 研究對象：在總流中沿流線取一段固定空間,如圖1-17中-區(qū)域,稱為控制體。經(jīng)dt時間后運動到-至-位置。 1 1-3 -3 流動液體的基本力學特性流動液體的基本力學特性111111dtdQdtdAum111uuu-段動量：-段動量：222222dtdQdtdAum222uuu恒定流動時:流入、流出控制體的流體-至-段和-至-段的總動量為：dtdQdtdAudtdAumQAuuu

28、u111111111111111dtdQdtdAudtdAumQAuuuu222222222222222取微小流束1 1-3 -3 流動液體的基本力學特性流動液體的基本力學特性 控制體內(nèi)動量的增加就是-至-段和-至- 段流體的動量差，即12, dtdQdQdNQQC11221212uu21222111uuCQQdNFdQdQdt 則作用在流體上的外力合力為引入兩通流截面上的平均流速 乘以動量修正系數(shù) 來代替 。12u ,u12, 212222111122221111QQFdQdQQQ 1 1-3 -3 流動液體的基本力學特性流動液體的基本力學特性 對于不可壓縮流體，則有Q1=Q2=Q，1=2=

29、，于是上式可改寫成221 1x()xxFQ 2211()FQ 在x方向的分量則為結論：P23公式中1 1和2 2是動量修正系數(shù)，它是實際動量與采用平均流速計算的動量之比，即22Au dAA可以推出也是大于1的數(shù)。工程上常取為11.33，紊流時取=1，層流時取=1.33。1 1-3 -3 流動液體的基本力學特性流動液體的基本力學特性 式中 dV -控制體內(nèi)任取的流體的微元體； uC -微元體dV的速度； CV -控制體體積； 其余參數(shù)含義同前。dtdQdQdVdumumdVuddNQQCVCC)()(112211221212Cuuu對于非恒定流動，由于控制體內(nèi)各點的參數(shù)隨時間變化，因此在dt時間

30、內(nèi)，控制體內(nèi)的動量增量就不僅僅是流出流入控制體的動量差，且還要加上控制體內(nèi)部的動量增量，即1 1-3 -3 流動液體的基本力學特性流動液體的基本力學特性222211 11 ()CCCVdNdFu dVQQdtdt 2211()CCVdFu dVQdt 2211()xCxxCVxdFu dVQdt 則此時的作用力為對于不可壓縮的液體，則有在x方向投影為瞬態(tài)液動力穩(wěn)態(tài)液動力1 1-3 -3 流動液體的基本力學特性流動液體的基本力學特性 由上式可見，當液體作非恒定流動時，作用在控制體上的力由兩部分組成：一部分由于流體流入流出的動量變化引起的(式中第二項)，稱為穩(wěn)態(tài)液動力。另一部分則是由于流體作非恒定

31、流動時，在控制體內(nèi)流體產(chǎn)生加速度運動而引起的(式中第一項)，稱為瞬態(tài)液動力。 必須注意，液體對壁面作用力的大小和F 相同，但方向相反。 1 1-3 -3 流動液體的基本力學特性流動液體的基本力學特性本節(jié)重點掌握：本節(jié)重點掌握：1.流量連續(xù)方程的應用。2.理想流體伯努利方程的物理意義。3.水頭的概念。4.實際流體伯努利方程的物理意義及方程的實際應用.5.動量方程主要解決的問題。習題：習題：1-61-61-41-4流動液體的流量流動液體的流量- -壓力特性壓力特性本節(jié)討論問題：本節(jié)討論問題： 具體裝置中液體運動的物理本質(zhì)。具體裝置中液體運動的物理本質(zhì)。 壓力損失壓力損失 1 1）沿程壓力損失）沿程

32、壓力損失 2 2）局部壓力損失）局部壓力損失 流量公式流量公式 1) 1)孔口流量公式孔口流量公式 2) 2)縫隙流量公式縫隙流量公式 1-41-4流動液體的流量流動液體的流量- -壓力特性壓力特性在密封管道中流動的液體存在兩種損失： 沿程損失：因粘性而產(chǎn)生； 局部損失：因加速度而產(chǎn)生。1.1.沿程損失沿程損失研究對象：等徑R圓管道(圖1-21)前提假設：水平放置， 恒定層流分析對象：半徑r，長度，與管軸重合的微小圓柱體一、壓力損失一、壓力損失壓力損失大小與流動狀態(tài)有關。1-41-4流動液體的流量流動液體的流量- -壓力特性壓力特性管道中的速度分布規(guī)律管道中的速度分布規(guī)律受力分析：平衡方程：1

33、2,p dA p dA Ff12p dAp dAFf12()22pp dAdup rprdrAr ll 2dAr2Ar lduFfAdr 24purCl 1-41-4流動液體的流量流動液體的流量- -壓力特性壓力特性2222()4rpdQudAur drRrdrl22()4puRrl代入邊界條件：r=R，u=0 得則拋物面方程最大速度在r=0處，22max416ppuRdll 管道中流量的計算管道中流量的計算（流量-壓力特性）取微小環(huán)形面積：2dAr dr,r dr1-41-4流動液體的流量流動液體的流量- -壓力特性壓力特性422max1182 42RQplpRuRAl 4422440011

34、()22248128RRppRdQdQr RrdrRRppllll 液流通過長度為液流通過長度為L L的圓管時，流量達到的圓管時，流量達到Q Q，則壓降必為則壓降必為p p。則：即：4128dQpl4128dQpl平均流速：由可知流量與壓力的關系，通俗的說：1-41-4流動液體的流量流動液體的流量- -壓力特性壓力特性gph4212832llpQdd222326422plllhudggddgdg 沿程損失沿程損失由伯努利方程得： 而 則 Re1-41-4流動液體的流量流動液體的流量- -壓力特性壓力特性層層流時動能修正系數(shù)和動量修正系數(shù)的計算流時動能修正系數(shù)和動量修正系數(shù)的計算75Re3223

35、03322222202222()2428()2441.3338RARAp Rrr dru dAlApRRlp Rrr dru dAlApRRl式中，稱為沿程阻力系數(shù)。流體為油時，液壓技術中取64Re80Re，橡膠軟管取 。Red1-41-4流動液體的流量流動液體的流量- -壓力特性壓力特性2.2.局部損失局部損失產(chǎn)生原因：通流截面突變，產(chǎn)生加速度研究對象：截面突然擴大時的損失， 水平放置前提假設：理想液體，恒定流動 =1，=1（紊流）伯努利方程伯努利方程: : 22112222pphgggg:局部能量損失.h1-41-4流動液體的流量流動液體的流量- -壓力特性壓力特性1-41-4流動液體的流

36、量流動液體的流量- -壓力特性壓力特性動量方程動量方程: :221 1()xxxFQ 12221()pp1222121222pphggg110212221()()p ApAAp AQ01pp依據(jù):實驗知:代入伯努利方程：1-41-4流動液體的流量流動液體的流量- -壓力特性壓力特性連續(xù)方程連續(xù)方程: :212(1)AA212hg22p 代入得:則壓力損失：令-突然擴大局部損失系數(shù)常見的局部損失系數(shù)，參書P30.22112(1)2AhAg1212AA將1-41-4流動液體的流量流動液體的流量- -壓力特性壓力特性 3.3.管路系統(tǒng)總能量損失管路系統(tǒng)總能量損失 管路系統(tǒng)中總能量損失等于系統(tǒng)中所有直

37、管沿程能量損失之和與局部能量損失之和的疊加，即 2222wlhdgg2222lpd 為了減少系統(tǒng)中的壓力損失，管道中液體的流速不應過高。還應盡量減少截面變化和管道彎曲，管道內(nèi)壁力求光滑，油液粘度適當。 能量損失壓力損失1-41-4流動液體的流量流動液體的流量- -壓力特性壓力特性二、流量公式二、流量公式1.1.孔口流量公式孔口流量公式 節(jié)流裝置：斷面突然收縮的裝置，能實現(xiàn)對壓力和流量的控制。節(jié) 流：突然收縮處的流動叫節(jié)流。一般均采用各種形式的 孔口來實現(xiàn)節(jié)流。三種形式：薄壁小孔(l/d0.5),細長小孔(l/d4) 厚壁小孔(或短孔) (0.5l/d4) 它們的流量計算和流量壓力特性有相同之處，又有區(qū)別。下面將分別進行分析： 1)薄壁小孔的流量公式 2)細長小孔的流量公式 1-41-4流