液体流体力学基础

1、 总目录总目录 下一页上一页结束结束 液压传动是以液体作为工作液压传动是以液体作为工作 介质进行能量传递的，因而，了介质进行能量传递的，因而，了 解液体的物理性质，掌握液体在解液体的物理性质，掌握液体在 静止和运动过程中的基本力学规静止和运动过程中的基本力学规 律，对于正确理解液压传动的基律，对于正确理解液压传动的基 本原理，合理设计和使用液压系本原理，合理设计和使用液压系 统都非常必要。统都非常必要。 总目录总目录 返回本章返回本章 下一页上一页结束结束 教学要求教学要求 液压传动是以液体作为工作介质进行能量的传递。液压传动是以液体作为工作介质进行能量的传递。 1 1、了解液体的物理性质，静

2、压特性、方程、传递、了解液体的物理性质，静压特性、方程、传递 规律，掌握液体在静止和运动过程中的基本力学规规律，掌握液体在静止和运动过程中的基本力学规 律，掌握静力学基本方程、压力表达式和结论律，掌握静力学基本方程、压力表达式和结论 ； 2 2、了解流动液体特性、传递规律，掌握动力学三、了解流动液体特性、传递规律，掌握动力学三 大方程、流量和结论；大方程、流量和结论； 3 3、了解流量公式、特点、两种现象产生原因，掌、了解流量公式、特点、两种现象产生原因，掌 握薄壁孔流量公式及通用方程、两种现象的危害及握薄壁孔流量公式及通用方程、两种现象的危害及 消除。消除。 总目录总目录 返回本章返回本章

3、下一页上一页结束结束 重点、难点重点、难点 液压油的粘性和粘度液压油的粘性和粘度 粘温特性粘温特性 静压特性静压特性 压力形成压力形成 静力学基本方程静力学基本方程 流量与流速的关系，三大方程的流量与流速的关系，三大方程的 形式及物理意义形式及物理意义 总目录总目录 返回本章返回本章 下一页上一页结束结束 本章目录本章目录 第一节第一节 液体的物理性质液体的物理性质 第二节第二节 流体静力学基础流体静力学基础 第三节第三节 流体动力学基础流体动力学基础 第四节第四节 液体流动时的液力损失液体流动时的液力损失 第五节第五节 液体流经小孔和缝隙的流量液体流经小孔和缝隙的流量 第六节第六节 液压冲击

4、和空穴现象液压冲击和空穴现象 总目录总目录 返回本章返回本章 返回本节下一页上一页结束结束 第一节第一节 液体的物理性质液体的物理性质 流体的密度和重度流体的密度和重度 液体的可压缩性液体的可压缩性 液体的粘性和粘度液体的粘性和粘度 液压油的类型和选用液压油的类型和选用 液压油的污染和控制液压油的污染和控制 液压油的要求液压油的要求 主要内容：主要内容： 液体流体力学基础 总目录总目录 返回本章返回本章 返回本节下一页上一页结束结束 流体的密度和重度流体的密度和重度 液体的密度液体的密度 V M 液压油的密度为900kg/m3 n液体的重度液体的重度 V G 液压油的重度为液压油的重度为880

5、0N/m8800N/m3 3 n重度与密度的关系重度与密度的关系 g 液体流体力学基础 总目录总目录 返回本章返回本章 返回本节下一页上一页结束结束 液体的可压缩性液体的可压缩性 液体的弹性模量液体的弹性模量K K ll p lAlA AF VV p K / / / l液体产生单位体积相对压缩量所需的压力增量液体产生单位体积相对压缩量所需的压力增量 l液压油弹性模量为液压油弹性模量为K K=(1.42.0)X10=(1.42.0)X109 9PaPa l等效（常用）弹性模量为等效（常用）弹性模量为K K=(1.42.0)X10=(1.42.0)X109 9PaPa 液体流体力学基础 总目录总目

6、录 返回本章返回本章 返回本节下一页上一页结束结束 液体的粘性和粘度液体的粘性和粘度 液体的粘性液体的粘性 y u AF d d 液体在外力作用下流动液体在外力作用下流动 时，液体分子间的内聚力时，液体分子间的内聚力 （内摩擦力）阻碍其相对运（内摩擦力）阻碍其相对运 动的性质动的性质 y u d d 内摩擦力内摩擦力 内摩擦应力内摩擦应力 牛顿液体内摩擦定律牛顿液体内摩擦定律 液体流体力学基础 总目录总目录 返回本章返回本章 返回本节下一页上一页结束结束 液体的粘度液体的粘度 度量液体粘性大小的物理量度量液体粘性大小的物理量 l动力粘度动力粘度 单位速度梯度上的内摩擦单位速度梯度上的内摩擦 力

7、力; ;是表征液体粘性的内摩擦是表征液体粘性的内摩擦 系数系数 。 PaSPaS单位： /dydu = 运动粘度运动粘度 动力粘度与密度之比值，没动力粘度与密度之比值，没 有明确的物理意义有明确的物理意义, ,但是工程实但是工程实 际中常用的物理量。际中常用的物理量。 = cStcSt单位：单位：m m2 2/s/s, , cStcSt 6 6 1010 1 1 = =s s 2 2 / /m m 液体流体力学基础 总目录总目录 返回本章返回本章 返回本节下一页上一页结束结束 对同一种介质，其运动粘度新旧牌号对比如下表所对同一种介质，其运动粘度新旧牌号对比如下表所 示：示： 新新 N7 N10

8、 N15 N20 N32 N46 N65 N100 N150 旧旧 5710152030406080 一般地，同一种介质比较大小时常用运动粘度一般地，同一种介质比较大小时常用运动粘度,不是不是 同一种介质比较大小时一般用动力粘度。同一种介质比较大小时一般用动力粘度。 液体流体力学基础 总目录总目录 返回本章返回本章 返回本节下一页上一页结束结束 相对粘度相对粘度 雷式粘度雷式粘度R英国、欧洲英国、欧洲 赛式粘度赛式粘度SSU美国美国 恩式粘度恩式粘度o oE俄国、德国、中国俄国、德国、中国 单位：无量纲 t2 o E 200ml 200ml 温度为温度为T T 的被测液体的被测液体, ,流经恩

9、氏粘度计小流经恩氏粘度计小 孔（孔（2.8mm2.8mm）所用时间）所用时间t t1 1，与同体积与同体积2020摄氏度摄氏度 的水通过小孔所用时间的水通过小孔所用时间t t2 2之比。之比。 t1 液体流体力学基础 总目录总目录 返回本章返回本章 返回本节下一页上一页结束结束 液体流体力学基础 总目录总目录 返回本章返回本章 返回本节下一页上一页结束结束 液体流体力学基础 总目录总目录 返回本章返回本章 返回本节下一页上一页结束结束 . l 恩氏粘度与运动粘度关系：恩氏粘度与运动粘度关系： 6 10 31.6 31.7 E E l 影响粘度的因素影响粘度的因素 l 调和油的粘度调和油的粘度

10、新油掺配后组成（和由EbaEbEa EE EEcbEaE E )% )( 100 )( 21 21 2121 粘度随着温度升高而显著下降（粘温特性）粘度随着温度升高而显著下降（粘温特性） 粘度随压力升高而变大（粘压特性）粘度随压力升高而变大（粘压特性） 温度、压力温度、压力 液体流体力学基础 总目录总目录 返回本章返回本章 返回本节下一页上一页结束结束 液压油的要求液压油的要求 对液压油液的要求对液压油液的要求 粘温特性好粘温特性好 有良好的润滑性有良好的润滑性 成分要纯净成分要纯净 有良好的化学稳定性有良好的化学稳定性 抗泡沫性和抗乳化性好抗泡沫性和抗乳化性好 材料相容性好材料相容性好 无毒

11、，价格便宜无毒，价格便宜 液体流体力学基础 总目录总目录 返回本章返回本章 返回本节下一页上一页结束结束 液压油的类型和选用液压油的类型和选用 l液压油的类型液压油的类型 石油型液压油石油型液压油 合成型液压油合成型液压油 乳化型液压油乳化型液压油 l液压油的选用液压油的选用 合适的类型（油型）合适的类型（油型） 适当的粘度（油号）适当的粘度（油号） （参见教材中表（参见教材中表2-22-2油的类型及指标）油的类型及指标） 液压系统的工作压力液压系统的工作压力压力高，压力高， 要选择粘度较大的液压油液要选择粘度较大的液压油液 环境温度环境温度温度高，选用粘度较温度高，选用粘度较 大的液压油。大

12、的液压油。 运动速度运动速度速度高，选用粘度速度高，选用粘度 较低的液压油。较低的液压油。 液压泵的类型液压泵的类型各类泵适用的各类泵适用的 粘度范围见教材中表粘度范围见教材中表2-32-3。 环境因素环境因素 运动性能运动性能 设备种类设备种类 液体流体力学基础 总目录总目录 返回本章返回本章 返回本节下一页上一页结束结束 液压油的污染及控制液压油的污染及控制 l 液压油污染的危害液压油污染的危害造成系统故障造成系统故障 降低元件寿命降低元件寿命 使液压油变质使液压油变质 影响工作性能影响工作性能 l 液压油的污染源液压油的污染源系统残留物系统残留物 外界侵入物外界侵入物 内部生成物内部生成

13、物 l 污染的控制污染的控制彻底清洗系统彻底清洗系统 保持系统清洁保持系统清洁 定期清除污物定期清除污物 定期换油定期换油 液体流体力学基础 总目录总目录 返回本章返回本章 返回本节下一页上一页结束结束 第二节第二节 液体静力学基础液体静力学基础 n 压力的概念压力的概念 n 压力的分布压力的分布 n 压力的表示压力的表示 n 压力的传递压力的传递 n 压力的计算压力的计算 总目录总目录 返回本章返回本章 返回本节下一页上一页结束结束 压力的概念压力的概念 A F p A lim 0 静止液体在单位面积上所受的法向力称为静压力。静止液体在单位面积上所受的法向力称为静压力。 （A0） 若在液体的

14、面积若在液体的面积A A上所上所 受的作用力受的作用力F F 为均匀分布为均匀分布 时，静压力可表示为：时，静压力可表示为： p p = = F F / / A A 液体静压力在物理学上液体静压力在物理学上 称为压强，工程实际应用称为压强，工程实际应用 中习惯称为压力。中习惯称为压力。 液体静压力的特性：液体静压力的特性： 液体静压力垂直液体静压力垂直 于承压面，方向为于承压面，方向为 该面内法线方向。该面内法线方向。 液体内任一点液体内任一点 所受的静压力在各所受的静压力在各 个方向上都相等。个方向上都相等。 总目录总目录 返回本章返回本章 返回本节下一页上一页结束结束 压力的分布压力的分布

15、 )(AghApAp o （压力随深（压力随深 度线性增加；度线性增加； 等深等压。）等深等压。） 静压力基本方程式静压力基本方程式 p p =p p0 0+ +ghgh 重力作用下静止液体压力分布特征：重力作用下静止液体压力分布特征： 压力由两部分组成：液面压力压力由两部分组成：液面压力p p0 0，自重形成的压力，自重形成的压力ghgh； 液体内的压力与液体深度成正比；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；等压面，重力作用下静止液体的等压面为水平面

16、； 静止液体中任一质点的总能量静止液体中任一质点的总能量p/gp/g+ +h h 保持不变，即能量守保持不变，即能量守 恒。恒。 总目录总目录 返回本章返回本章 返回本节下一页上一页结束结束 压力的表示压力的表示 1 1）按测量方式表示）按测量方式表示 水柱高度（水柱高度（m) )、水银柱高度、水银柱高度 （mm) ) 单位面积受力值（帕单位面积受力值（帕Pa、兆帕、兆帕 MPa、工程大气压、工程大气压atat） 2 2）按测量基准不同表示）按测量基准不同表示 p pp pa a p p表压 表压= =p p相对 相对= = p p绝对 绝对 p pa a p pp pa a p p真空度=

17、p p相对=p pa p p绝对绝对 总目录总目录 返回本章返回本章 返回本节下一页上一页结束结束 例2-1 图2-3所示的容器内充有油液。已知油液的密度 900kg/m3，活 塞上受到的重物作用力W10000N ，活塞直径d ，忽略活塞的重 量，比较活塞下方深度h1 = 1m和h2处的压力。 w 2 a1 b2 1wa 2wb 318310 Pa (0.2) 4 Pa (3183108820)Pa (318310882)Pa 10000 9009.8 18820 9009.80.1882Pa 327130Pa 319192Pa W p A g g ph ph ppp ppp 图2-3 液体内

18、压力计算图 结论：当外加在液体上的力比液体重力作用所产生的压力大结论：当外加在液体上的力比液体重力作用所产生的压力大 很多时，重力的作用可以忽略不计很多时，重力的作用可以忽略不计 总目录总目录 返回本章返回本章 返回本节下一页上一页结束结束 第一节 静止液体力学 总目录总目录 返回本章返回本章 返回本节下一页上一页结束结束 压力的传递压力的传递 静止液体静止液体密闭容器内压力等值传递。密闭容器内压力等值传递。 流动液体流动液体压力传递时考虑压力损失。压力传递时考虑压力损失。 例例 已知：已知：=900kg/m=900kg/m2 2 F F=10001000NN, A, A=1X101X10-3

19、 -3m m2 2 求：在 求：在h h=m=m 处处p p=?=? 解解 表面压力：表面压力： p p0 0=F/AF/A=1000/1x101000/1x10-3 -3= =10106 6 N/m N/m2 2 h h处的压力： 处的压力： p p=p p0 0+ +ghgh=10106 6 Pa Pa 帕斯卡原理帕斯卡原理 总目录总目录 返回本章返回本章 返回本节下一页上一页结束结束 帕斯卡原理帕斯卡原理 在密闭容器内，施加于静止液体的在密闭容器内，施加于静止液体的 压力可以等值地传递到液体各点。压力可以等值地传递到液体各点。 这就是帕斯卡原理，也称为静压传这就是帕斯卡原理，也称为静压传

20、 递原理。递原理。图示是应用帕斯卡原理的图示是应用帕斯卡原理的 实例，作用在大活塞上的负载实例，作用在大活塞上的负载F1形形 成液体压力成液体压力p= F1/A1 。 。为防止大活塞 为防止大活塞 下降，在小活塞上应施加的力下降，在小活塞上应施加的力 F2= pA2= F1A2/A1。 。由此可得： 由此可得： 液压传动可使力放大，可使力缩液压传动可使力放大，可使力缩 小，也可以改变力的方向。小，也可以改变力的方向。 液体内的压力是由负载决定的。液体内的压力是由负载决定的。 总目录总目录 返回本章返回本章 返回本节下一页上一页结束结束 帕斯卡原理应用帕斯卡原理应用 已知：D=100mm, d=

21、20mm, G=5000kg 求： F=？ G=mg=50005000kgxm/s2 =49000 =49000N 由p1=p2 则F/ /(d2/4/4)=G/（D2/4/4) F=(d2/ /D2)G =(20=(202 2/100/1002 2)49000=1960N)49000=1960N 总目录总目录 返回本章返回本章 返回本节下一页上一页结束结束 压力的计算压力的计算 液体和固体壁面接触时，固液体和固体壁面接触时，固 体壁面将受到液体静压力的作体壁面将受到液体静压力的作 用。用。 X xx pAplr plr FF 2 dcos d 2/ 2/ 2/ 2/ F=pAx 当固体壁面为

22、平面时，液体当固体壁面为平面时，液体 压力在该平面的总作用力压力在该平面的总作用力 F F = = p Ap A ，方向垂直于该平面。，方向垂直于该平面。 当固体壁面为曲面时，液体当固体壁面为曲面时，液体 压力在曲面某方向上的总作用压力在曲面某方向上的总作用 力力 F F = = p Ap Ax x ， A Ax x 为曲面在该为曲面在该 方向的投影面积。方向的投影面积。 总目录总目录 返回本章返回本章 返回本节下一页上一页结束结束 第三节第三节 液体动力学基础液体动力学基础 液体的流态与流速液体的流态与流速 流体的动量方程流体的动量方程 流体的伯努利方程流体的伯努利方程 流体的连续方程流体的

23、连续方程 流体动力学主要研究液体流动时流速和压力的变化流体动力学主要研究液体流动时流速和压力的变化 规律。流动液体的连续性方程、伯努利方程、动量方规律。流动液体的连续性方程、伯努利方程、动量方 程是描述流动液体力学规律的三个基本方程式。前两程是描述流动液体力学规律的三个基本方程式。前两 个方程反映了液体的压力、流速与流量之间的关系，个方程反映了液体的压力、流速与流量之间的关系， 动量方程用来解决流动液体与固体壁面间的作用力问动量方程用来解决流动液体与固体壁面间的作用力问 题。主要内容：题。主要内容： 液体流体力学基础 总目录总目录 返回本章返回本章 返回本节下一页上一页结束结束 液体的流态和流

24、速液体的流态和流速 1. 1.理想液体、稳定流动理想液体、稳定流动 理想液体：理想液体：假设的既无粘性又不可压缩的流假设的既无粘性又不可压缩的流 体称为理想流体。体称为理想流体。 实际液体：有粘度、可压缩的液体实际液体：有粘度、可压缩的液体 稳定流动：稳定流动：液体流动时，液体中任一点处的液体流动时，液体中任一点处的 压力、速度和密度都不随时间而变化的流动，压力、速度和密度都不随时间而变化的流动， 称为定常流动或非时变流动。（实验）称为定常流动或非时变流动。（实验） 非稳定流动：非稳定流动： 压力、速度、密度随时间变化压力、速度、密度随时间变化 的流动。的流动。 液体流体力学基础 总目录总目录

25、 返回本章返回本章 返回本节下一页上一页结束结束 实验实验 液体流体力学基础 总目录总目录 返回本章返回本章 返回本节下一页上一页结束结束 2.2.迹线、流线、流束、流管、通流截面：迹线、流线、流束、流管、通流截面： 迹线：液流中某一质点运动过程中所划过的空间轨迹线：液流中某一质点运动过程中所划过的空间轨 迹。迹。 流线：液流中各质点的速度方向相切的曲线。流线：液流中各质点的速度方向相切的曲线。 流束：许多流线组成的一束曲线。流束：许多流线组成的一束曲线。 流管：通过一条封闭曲线的密集流线束。流管：通过一条封闭曲线的密集流线束。 通流截面：通流截面：垂直于流动方向的截面，也称为过流截垂直于流动

26、方向的截面，也称为过流截 面。面。 液体流体力学基础 总目录总目录 返回本章返回本章 返回本节下一页上一页结束结束 3.流速、流量 流量：单位时间内流经某通流截面流体的体积，流量 以q表示，单位为 m3 / s 或 L/min。 流速：流体质点单位时间内流过的距离，实际流体内 各质点流速不等。 平均流速：通过流体某截面流速的平均值。 A Auqd A q A Au v d A q v 液体流体力学基础 总目录总目录 返回本章返回本章 返回本节下一页上一页结束结束 1 1）实验）实验 2 2）流态）流态 层流：层流： 分层、稳定、分层、稳定、 无横向流动。无横向流动。 湍流：不分层、不稳定、有横

27、向流动。湍流：不分层、不稳定、有横向流动。 3 3）判定流态）判定流态 雷诺数雷诺数ReRe 临界雷诺数临界雷诺数ReRec c 判定方法判定方法 Re Re ReRec c湍流湍流 4 4、液体的流态、液体的流态 vd Re 液体流体力学基础 总目录总目录 返回本章返回本章 返回本节下一页上一页结束结束 vd Re 物理意义物理意义 ReRe无量纲 非圆管截面非圆管截面 e Rv R 液体流体力学基础 总目录总目录 返回本章返回本章 返回本节下一页上一页结束结束 液体在管内作恒定流动，液体在管内作恒定流动， 任取任取1 1、2 2两个通流截面，两个通流截面， 根据质量守恒定律，在单根据质量守

28、恒定律，在单 位时间内流过两个截面的位时间内流过两个截面的 液体流量相等，即：液体流量相等，即： 流体的连续方程流体的连续方程 依据：质量守恒定律依据：质量守恒定律 结论：流量连续性方程说明了恒定流动中流过各截面结论：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。面的面积成反比。 1 1v v1 1 A A1 1 = = 2 2v v2 2 A A2 2 不考虑液体的压缩性，则得不考虑液体的压缩性，则得 q q = =v Av A = =常量常量 液体流体力学基础 总目录总目录 返回本章返

29、回本章 返回本节下一页上一页结束结束 流体的伯努利方程流体的伯努利方程 1 1、 理想液体微小流束伯努利方程理想液体微小流束伯努利方程 假设：理想液体作恒定流动假设：理想液体作恒定流动 依据：能量守恒定律依据：能量守恒定律 推导：研究流束段推导：研究流束段abab在时间在时间d dt t内流到内流到abab 外力对流束段外力对流束段abab所做的功所做的功W 流束段流束段aa-bbaa-bb能量的变化能量的变化E E 动能 位能 外力做功外力做功=能量变化能量变化W=E E gg 2 2 2 21 2 1 h 2 u p h 2 u p 1 )pt(pqW quAuA tuAptuApsAps

30、ApW 212211 22221111222111 dd dd而d dddddddd thqthqE 2 u tq 2 u tqE 122 2 1 2 2 1 dgddgd dddd 所以所以 液体流体力学基础 总目录总目录 返回本章返回本章 返回本节下一页上一页结束结束 2 2、实际液体伯努利方程、实际液体伯努利方程 pghpghp vv 2 2 222 2 1 111 2 1 2 1 实际液体：实际液体： 有粘性、可压缩、有粘性、可压缩、 非稳定流动。非稳定流动。 速度修正速度修正: : 动能修正系数动能修正系数 平均流速代替实际流速，考虑能量损失平均流速代替实际流速，考虑能量损失h hw

31、w ghgh p gh u p w u 2 2 2 2 2 1 1 1 22 2 1 液体流体力学基础 总目录总目录 返回本章返回本章 返回本节下一页上一页结束结束 m2v2 动量方程动量方程 )(1122vvqF 依据：动量定理依据：动量定理 m1v1 F t 12 12 1122 vvq vv t V V m t vmvm F 1 12 2- -动量修正系数，湍流动量修正系数，湍流=1=1，层流，层流=4/3=4/3 t (mv) F d d 用来计算流动液体作用在限制用来计算流动液体作用在限制 其流动的固体壁面上的总作用力。其流动的固体壁面上的总作用力。 推导：推导： 液体流体力学基础

32、总目录总目录 返回本章返回本章 返回本节下一页上一页结束结束 例题：阀芯打开时受力分析例题：阀芯打开时受力分析 1. 1.液体受力液体受力 F Fx x=q(q(2 2v v2 2coscos90901 1v v1 1coscos) ) 取取1 1=1=1 则则 F Fx x=qq1 1v v1 1coscos 2 2.阀芯受力阀芯受力 F Fx x=F Fx x=qq1 1v v1 1coscos 指向使阀芯关闭的方向指向使阀芯关闭的方向 液体流体力学基础 总目录总目录 返回本章返回本章 返回本节下一页上一页结束结束 第四节第四节 液体流动时的压力损失液体流动时的压力损失 由于流动液体具有粘

33、性，以及流动时突然转弯或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。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压力损失即是伯努利方程中的h hw w项。 项。 压力损失由沿程压力损失和局部压力损失两部压力损失由沿程压力损失和局部压力损失两部 分组成。液流在管道中流动时的压力损失和液流运分组成。液流在管道中流动时的压力损失和液流运 动状态有关

34、。动状态有关。 流态、雷诺数流态、雷诺数 沿程压力损失沿程压力损失 局部压力损失局部压力损失 总压力损失总压力损失 总目录总目录 返回本章返回本章 返回本节下一页上一页结束结束 1）实验）实验 2）流态）流态 层流：层流： 分层、稳定、分层、稳定、 无横向流动。无横向流动。 湍流：不分层、不稳定、有横向流动。湍流：不分层、不稳定、有横向流动。 3）判定流态）判定流态 雷诺数雷诺数Re 临界雷诺数临界雷诺数Recr 判定方法判定方法 Re Recr湍流湍流 vd Re 总目录总目录 返回本章返回本章 返回本节下一页上一页结束结束 流态，雷诺数流态，雷诺数 n雷诺实验装置雷诺实验装置 总目录总目录

35、 返回本章返回本章 返回本节下一页上一页结束结束 实验装置实验装置 通过实验发现液体在管道中流动时存通过实验发现液体在管道中流动时存 在两种流动状态：在两种流动状态： 层流层流粘性力起主导作用粘性力起主导作用 湍流湍流惯性力起主导作用惯性力起主导作用 液体的流动状态用雷诺数判断。液体的流动状态用雷诺数判断。 如果液流的雷诺数相同，它的流动状态如果液流的雷诺数相同，它的流动状态 也相同。也相同。 一般以液体由紊流转变为层流的雷诺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，称为临界数作为判断液体流态的依据，称为临界 雷诺数，记为雷诺数，记为ReRecr cr。 当当ReReReRe

36、cr cr为层流；为层流；ReReReRecr cr为湍流。为湍流。 总目录总目录 返回本章返回本章 返回本节下一页上一页结束结束 由牛顿内摩擦定律 由液柱受力平衡 t u 2 r u AF d d r d d Frpp 2 21 22 max 22 r R d 16 p R 4 p u0r )r(R 4 p rr 2 p u rr 2 p u l l 时 l d l d l d则 沿程压力损失沿程压力损失 液体在等直径管中流动时因摩擦而产生的损失，液体在等直径管中流动时因摩擦而产生的损失， 称为沿程压力损失。因液体的流动状态不同沿程压力称为沿程压力损失。因液体的流动状态不同沿程压力 损失的计

37、算有所区别。损失的计算有所区别。 总目录总目录 返回本章返回本章 返回本节下一页上一页结束结束 . p l32 d p l128 d /4d 1 A q v p l128 d R l8 p r)rr(R l4 p 2q r)rr(R l4 p 2rdru2Auq 24 2 4 4 R 0 22 22 流速 d d d流量d 22/ 6432 22 2 v d lv d l dd lv p 总目录总目录 返回本章返回本章 返回本节下一页上一页结束结束 对于层流对于层流 理论值理论值=64/=64/ReRe；金属管；金属管=75/=75/ReRe; ; 橡胶管橡胶管=80/=80/ReRe 对于湍

38、流对于湍流 光滑管光滑管ReRe 粗糙管局 粗糙管局ReRe和和/d d从手册上查取从手册上查取 2 2 v d l p 总目录总目录 返回本章返回本章 返回本节下一页上一页结束结束 液体流经管道的弯头、接头、阀口等处时，液体流经管道的弯头、接头、阀口等处时， 液体流速的大小和方向发生变化，会产生漩液体流速的大小和方向发生变化，会产生漩 涡并发生紊动现象，由此造成的压力损失称涡并发生紊动现象，由此造成的压力损失称 为局部压力损失。为局部压力损失。 p= v 2 / 2 为局部阻力系数，其数值可查有关手册。为局部阻力系数，其数值可查有关手册。 液流流过各种阀的局部压力损失可由阀在额液流流过各种阀

39、的局部压力损失可由阀在额 定压力下的压力损失定压力下的压力损失p pn n来换算：来换算： pv= pn（q / qn ）2 局部压力损失局部压力损失 总目录总目录 返回本章返回本章 返回本节下一页上一页结束结束 总压力损失总压力损失 整个液压系统的总压力损失，应为所有沿程整个液压系统的总压力损失，应为所有沿程 压力损失和所有的局部压力损失之和压力损失和所有的局部压力损失之和（通过所有（通过所有 阀、直管、弯管所产生的压力损失之和）。阀、直管、弯管所产生的压力损失之和）。 v pppp 2 2 v d l 2 2 v 2 n n q q p + + 总目录总目录 返回本章返回本章 返回本节下一

40、页上一页结束结束 第五节第五节 液体流经小孔和缝隙的流量液体流经小孔和缝隙的流量 小孔：薄壁孔薄壁孔( (l/dl/d0.5) 0.5) 细长孔细长孔 ( (l/dl/d44） 短孔（短孔（0.50.5l/dl/d44) ( (l/dl/d0.5)0.5) 水平放置水平放置 h h1 1=h h2 2 ; ;管径变化大管径变化大 v v1 110 10 5 5时，可以认为是不变的常数，计算时按时，可以认为是不变的常数，计算时按C Cq q=选取；不选取；不 完全收缩完全收缩( (d d1 1/ /d d7)7)，C Cq q=0.70.8=0.70.8。 薄壁小孔因沿程阻力损失小，薄壁小孔因沿

41、程阻力损失小，流量流量对油温变化不敏感，因此多对油温变化不敏感，因此多 被用作调节流量的节流器。被用作调节流量的节流器。 1 1 2 T CVq A A CCC plA3 128 pd q T 4 2 l (l/d4） 液流经过细长孔的流量和孔前后压差成正比，和液体粘液流经过细长孔的流量和孔前后压差成正比，和液体粘 度成反比，流量受液体温度影响较大。度成反比，流量受液体温度影响较大。 液体流体力学基础 总目录总目录 返回本章返回本章 返回本节下一页上一页结束结束 pKAqT m 细长孔细长孔 薄壁孔短孔薄壁孔短孔 l Km d 32 1 2 （0.5l/d4) P 2 CAq qT C Cq

42、q应按曲线查得，雷诺数较大时，应按曲线查得，雷诺数较大时， C Cq q基本稳定在基本稳定在 左右。短管常左右。短管常 用作固定节流器用作固定节流器 2 5 . 0CqKm 液体流体力学基础 总目录总目录 返回本章返回本章 返回本节下一页上一页结束结束 p 12 b y)ydy( 2 p byubqy)y( 2 p u l p l pp x p 0;u时y；0u时0y CyCy x p 2 1 u x p 1 y u y u 而 x dp y xbyp)b(px)b(ypb 3 0 0 12 21 2 2 2 ll d l d d d d 积分后得 d d d d 因此 d d dd d 整理

43、后得 dddddd bup l b q 0 3 2 1 12 流体流过缝隙流量流体流过缝隙流量 液体流体力学基础 总目录总目录 返回本章返回本章 返回本节下一页上一页结束结束 du 2 1 )1.5p(1 12 d q 0 2 3 l du 2 1 p 12 d q 0 3 l 液体流体力学基础 总目录总目录 返回本章返回本章 返回本节下一页上一页结束结束 第六节、液压冲击与空穴现象第六节、液压冲击与空穴现象 一、液压冲击一、液压冲击 1 1、含义、含义：由于某种原因致使压力突然增高的现象。 pmax=p+p 2 2、原因、原因： 管道阀门关闭p=cv 运动部件制动 c=900900 1400

44、m/s1400m/s 3 3、后果、后果：产生噪声，影响元件和系统寿命。 4 4、措施、措施：延长流体换向时间；缩短管长，加大管径 限制管道液体流速；设置缓冲元件。 tA vm p )( 1 vvcp 总目录总目录 返回本章返回本章 返回本节下一页上一页结束结束 二、空穴现象二、空穴现象 原因：因为系统内某点的压力突然降低， 致使液体中析出气泡的现象。 后果：气泡压破产生噪声， 元件表面产生点蚀。 措施：避免压力突降。减小压力降，降低吸油高度 h h，加大管径d d，限制液体流速v v，防止空气进入。 总目录总目录 返回本章返回本章 返回本节下一页上一页结束结束 四、动量方程四、动量方程 21

45、 2211 d d dd d VAA FVuAu A t 21 uuu 1 取控制体作为研究对象 2 经过dt时间控制体内液体的动量变化 3 应用动量定理 4 动量修正系数 2 2 ddd mAA u mu u AuA mvvAvv A 5 整理后的动量方程 221 1 d d () d V Fu Vqvv t 总目录总目录 返回本章返回本章 返回本节下一页上一页结束结束 四、动量方程 6 作恒定流动的液体 7 与其接触的固体壁面上的作用力F 221 1 ()Fqvv FF 总目录总目录 返回本章返回本章 返回本节下一页上一页结束结束 第二节 流动液体力学 总目录总目录 返回本章返回本章 返回

46、本节下一页上一页结束结束 第二节 流动液体力学 例2-8 总目录总目录 返回本章返回本章 返回本节下一页上一页结束结束 第三节 流动液体的能量损失 一、液体的流动状态一、液体的流动状态 1 雷诺实验 层流 紊流 2 雷诺数 vd Re 4vR Re A R 非圆截面管道 水力半径 圆管 总目录总目录 返回本章返回本章 返回本节下一页上一页结束结束 第三节 流动液体的能量损失 二、流动液体的沿程压力损失二、流动液体的沿程压力损失 （一）层流流动时的运动规律和沿程压力损失 22 12 20r pr prl 12 ppp 22 () 4 p uRr l 1 取研究对象 2 受力分析 3 应用牛顿定理

47、 令 4 积分 dd 2 p ur r l 由液体内摩擦定理 图2-16 圆管中的层流 总目录总目录 返回本章返回本章 返回本节下一页上一页结束结束 第三节 流动液体的能量损失 5 圆管中的流量 6 圆管通流截面上的平均速度 7 沿程压力损失公式 4 0 d()2 d 4128 R A dp qu ARrr rp ll 2 32 dq vp Al 2 2 32 2 vll pv d d 结论：层流时沿程压力损失与速度的一次方成正比结论：层流时沿程压力损失与速度的一次方成正比 总目录总目录 返回本章返回本章 返回本节下一页上一页结束结束 第三节 流动液体的能量损失 （二）紊流状态下的沿程压力损失

48、 三、流动液体的局部压力损失三、流动液体的局部压力损失 1 局部的概念 2 损失的机理 3 计算公式 2 2 v p 2 2 vl p d 结论：局部压力损失与速度的二次方成正比结论：局部压力损失与速度的二次方成正比 总目录总目录 返回本章返回本章 返回本节下一页上一页结束结束 第三节 流动液体的能量损失 四、管路系统中总的压力损失四、管路系统中总的压力损失 注意问题：应用上式时，只有在两个相邻局部障碍之间的长度大于管道直注意问题：应用上式时，只有在两个相邻局部障碍之间的长度大于管道直 径的径的1020倍时，该式才是正确的。倍时，该式才是正确的。 22 22 lvv p d 总目录总目录 返回本章返回本章 返回本节下一页上一页结束结束 第三节 流动液体的能量损失 五、串联和并联管路的特点五、串联和并联管路的特点 串联： 并联： 123 123 qq