第2章流体力学基.

1、第第2章章 流体力学基础流体力学基础液体动力学2.2液体流动时的压力损失2.3小孔和缝隙流量2.4液体静力学2.1液压冲击和气穴现象2.5 液体静力学液体静力学所研究的是静止液体的力学性质。所研究的是静止液体的力学性质。2.1 液体静力学基础液体静力学基础所谓所谓“静止静止”，是指液体内部质点之间没有相，是指液体内部质点之间没有相对运动，以至于液体整体完全可以像对运动，以至于液体整体完全可以像刚体刚体一样一样做各种运动。做各种运动。2.1 液体静力学 2.1.1 液体的压力液体的压力 （压强压强） 液体单位面积上所受的法向作用力称为压力液体单位面积上所受的法向作用力称为压力。液体的压力有如下特

2、性：液体的压力有如下特性： （1）液体的压力沿着内法线方向作用于承压面；液体的压力沿着内法线方向作用于承压面； （2）静止液体内任一点的压力在各个方向上都相等。静止液体内任一点的压力在各个方向上都相等。 即：静止液体总是处于受压状态，并且内部任何质即：静止液体总是处于受压状态，并且内部任何质点都是受平衡压力作用。点都是受平衡压力作用。AFp返回2.1.2 液体静力学基本方程液体静力学基本方程 （1）静止液体内任一点处的压力都由两部）静止液体内任一点处的压力都由两部分组成：分组成：液面上的压力和该点以上液体自重所液面上的压力和该点以上液体自重所形成的压力形成的压力； （2）静止液体内的压力随液体

3、深度呈线性静止液体内的压力随液体深度呈线性规律分布；规律分布； （3）离液面深度相同的各点组成了等压面，离液面深度相同的各点组成了等压面，此等压面为一水平面此等压面为一水平面 。 ghpp0返回 对于连通器中仅受重力作用的平衡液体，对于连通器中仅受重力作用的平衡液体，其其等压面具有以下特性等压面具有以下特性：（1）在连通器的同一液体中，任一水平面皆为在连通器的同一液体中，任一水平面皆为等压面等压面。（2）在连通器的两种不相混的液体中，通过两在连通器的两种不相混的液体中，通过两种液体分界面的水平面是等压面种液体分界面的水平面是等压面。 返回2.1.3 静压力的传递静压力的传递 在密闭容器内，由外

4、力作用所产生的压力将等值在密闭容器内，由外力作用所产生的压力将等值地传递到液体各点地传递到液体各点。这就是帕斯卡原理，或称静压传。这就是帕斯卡原理，或称静压传递原理。递原理。 在液压系统中，由外力产生的压力通常比由液体在液压系统中，由外力产生的压力通常比由液体自重产生的压力大得多，由液体重力引起的压力可忽自重产生的压力大得多，由液体重力引起的压力可忽略不计，因此，可以认为略不计，因此，可以认为液压系统中静止液体内的压液压系统中静止液体内的压力到处相等。力到处相等。 液压系统中液体内的压力主要是由外界负载作用液压系统中液体内的压力主要是由外界负载作用而形成的，即而形成的，即液压系统中的工作压力决

5、定于负载，这液压系统中的工作压力决定于负载，这是液压传动中的一个重要的基本概念是液压传动中的一个重要的基本概念。 返回 2.1.4 压力的测量压力的测量 1.液体压力的表示方法及单位 （1）用液体在单位面积上所受到的作用力的大小表示。法定计量单位为Pa、kPa、MPa。 （2）用大气压力表示。工程大气压（at）、标准大气压（atm）。 （3）用液柱高度表示，米水柱（mH2O）、毫米汞柱（mmHg）。 各种压力单位的换算关系见表2-1。返回 2.压力的测量 液压系统中的压力，绝大多数采用压力计测量。在实际的压力测试中，有两种基准，一是以绝对真空为基准，另一是以大气压力为基准。 （1）绝对压力。即

6、指以绝对真空为基准测得的压力。 （2）相对压力。即指以大气压力为基准测得的高出大气压力的那部分压力。 （3）真空度。绝对压力低于大气压力的数值称为真空度。返回 （4）绝对压力、相对压力、真空度的关系如图2-4所示。 它们的数值关系可用式（25）和（26）表示：返回 2.1.5 液体对固体壁面的作用力 1.当固体壁面为一平面时： 2. 当固体壁面为一曲面时： pAF xxpAF 返回2.2 液体动力学基础液体动力学：液体动力学：研究液体运动和引起运动的 原因。即研究液体流动时速度速度和压力压力的变化规律。2.2 液体动力学基础2.2.1 基本概念基本概念 1理想液体和实际液体 无黏性又不可压缩的

7、假想液体无黏性又不可压缩的假想液体称为理想液体。 事实上存在的具有黏性和可压缩存在的具有黏性和可压缩的液体称为实际液体。 返回2. 恒定流动和非恒定流动恒定流动和非恒定流动 液体流动时，若液体中任一点处的压压力、速度和密度力、速度和密度都不随时间变化，则这种流动称为恒定流动 。 液体流动时，若液体中任一点处的压压力、速度和密度力、速度和密度有一个随时间变化，则这种流动称为非恒定流动 。过流断面过流断面垂直于液体流动方向的截面称为过流断面。单位时间内流过过流断面的液体体积称为流量。 为使计算和分析简便，可假想假想的认为液流通过过流断面的流速分布是均匀的。流量流量平均流速平均流速返回 2.2.2

8、2.2.2 液体流动的连续性方程液体流动的连续性方程 连续性方程是连续性方程是质量守恒质量守恒定律在流体力学中的一种定律在流体力学中的一种表达形式。表达形式。 在单位时间内流过两个断面的液体质量相等，即在单位时间内流过两个断面的液体质量相等，即 当忽略液体的可压缩性时，得当忽略液体的可压缩性时，得 它说明它说明液体在管道中流动时，流过各个断面的流液体在管道中流动时，流过各个断面的流量是相等的，流速和过流断面积成反比量是相等的，流速和过流断面积成反比。 222111AA2211AA返回 2.2.3伯努利方程 1.理想液体的伯努利方程 返回2222121122gqhqqpgqhqqp或： 2.实际

9、液体的伯努利方程 常数2222121122hggphggpw222221211122hhggphggpPwghpghp22222211112121返回2222121122ghpghp2.3 液体流动时的压力损失 2.3.1液体的流态和雷诺数 雷诺实验:如图2-12（a）所示。 1溢流管 2进水管 3水杯 4开关 5细导管 6水箱 7玻璃管 8阀门返回返回 液体在管中的流动状态用雷诺数描述，即： 1.如果液流的雷诺数相同，则它的流动状态也相同 2.实验证明：流体从层流变为紊流时的雷诺数大于由紊流变为层流时的雷诺数，前者称上临界雷诺数，后者称下临界雷诺数。 工程中是以下临界雷诺数作为液流状态判断依

10、据，简称临界雷诺数。 若 液流为层流； 液流为紊流。常见管道的液流的临界雷诺数，见表2-2。vdHReReRecRccRe返回2.3.2 沿程压力损失 液体在等径直管中等径直管中流动时因黏性摩擦而产生的压力损失，称为沿程压力损失 。 式中 为沿程阻力系数，既可用于层流也可用于紊流，只是选取的数值不同。 紊流时， 除与雷诺数有关外，还与管壁的表面粗糙度有关。圆管紊流时的 值见表2-3。 在计算沿程压力损失时，先判断流态，取正确的沿程阻力系数值，后按式（2-20）进行计算。 22dlp返回2.3.3 局部压力损失 液体流经如阀口、弯管、突变截面等局部阻力处所引起的压力损失,称为局部压力损失。 式中

11、， 局部阻力系数。各种局部装置结构的值可查有关手册。 阀类元件局部压力损失用下面公式计算较方便 ： 22 p2vnvv)(qqppn返回2.3.4 管路系统的总压力损失 系统的总压力损失应为所有沿程压力损失和所有局部压力损失之和，即 为减少液压系统的压力损失，常采取以下措施： （1）将油液的流速限制在适当的范围内。 （2）使管道内壁应光滑。 （3）选择适当的油液黏度。 （4）尽量缩短管道长度，减少管道弯曲和突变。2vnvn22v)(22qqpdlpppp返回2.4 小孔和缝隙流量 2.4.1 小孔流量 小孔的分类：薄壁孔；细长孔；短孔。 1薄壁孔流量 2短孔的流量 同上式，但流量系数不同一般为

12、 =0.82。 3细长孔的流量 通用公式 ： pACq2TqqC)128/(4lpdqpKAqT返回2.4.2 缝隙流量 缝隙流动有两种状况：一种压差流动；另一种是剪切流动。两种流动常同时存在。 1.平行平板缝隙的流量 2.圆环缝隙的流量 2.4.3 小孔和缝隙的利用 虽然液体流经小孔和缝隙时会产生压力损失和泄漏，但可以利用小孔的流量来调速，利用缝隙产生压力降来控制系统的压力。 buplbq212032)5 . 11 (12023udlpdq返回2.5 液压冲击和气穴现象 2.5.1液压冲击 1.产生液压冲击的原因 2.减少液压冲击的措施 2.5.2 气穴现象 1.油液的空气分离压和饱和蒸汽压 2.气穴现象的危害 3.减少气穴和气蚀现象的措施 返回小 结 本章主要介绍了：液体静力学基础、液体动力学基础、液体流动时的压力损失、孔口和缝隙流量、液压冲击和气穴现象等液压传动基础知识。 通过学习，应重点掌握液压传动的两个重要特性；静力学基本方程；液体动力学的两个基本方程；液体流动时的两种压力损失；小孔流量计算的通用公式。 在学习本章内容时，要注意以下几个问题： （1）液体的压力在物理学中称为压强，但在液压传动中习惯称为压力，要与液体对固体壁面的总作用力区别开来。返回 （2）在