第九部分流体力学基础

流体力学基础（上）

主讲教师：李一染

信息与机电工程学院机械系2013/11/28流体力学基础静止液体的力学规律流动液体的运动和力学规律管路系统流动分析液压系统的气穴与液压冲击现象静止液体的力学规律液体的静压力静压力基本方程及其物理意义压力的传递（帕斯卡定律）液体静压力对固体壁面的作用力压力的计量单位和表示方法液体的静压力静压力:是指液体处于静止状态时,其单位面积上所受的法向作用力若包含液体某点的微小面积ΔA上所作用的法向力为ΔF，则该点的静压力p定义为：若法向力F均匀地作用在面积A上，则压力可表示为:液体的静压力静压力的特性:1）液体的静压力的方向总是沿着作用面的内法线方向2）静止液体中任何一点所受到各个方向的压力都相等液体静压力的基本方程液体静压力基本方程:反映了在重力作用下静止液体中的压力分布规律p是静止液体中深度为h处的任意点上的压力,p0

为液面上的压力，若液面为与大气接触的表面，则p0等于大气压p。同一容器同一液体中的静压力随着深度

h的增加线性地增加同一液体中深度h相同的各点压力都相等.

在重力作用下静止液体中的等压面是深度（与液面的距离）相同的水平面

图2—1重心作用下的静止液体液体静压力基本方程物理意义

Z:单位重量液体的位能,称位置水头:单位重量液体的压力能,称压力水头物理意义:静止液体具有两种能量形式，即压力能与位能。这两种能量形式可以相互转换，但其总和对液体中的每一点都保持不变为恒值，因此静压力基本方程从本质上反映了静止液体中的能量守恒关系.静压力的传递帕斯卡原理:若在处于密封容器中静止液体的部分边界面上施加外力使其压力发生变化，只要液体仍保持其原来的静止状态不变，则液体中任一点的压力均将发生同样大小的变化液压传动是依据帕斯卡原理实现力的传递、放大和方向变换的图2-4帕斯卡原理应用液体静压力举例根据液体静压力基本方程其中：则：液体静压力对固体壁面的作用力当承受压力的固体壁面为平面时:则作用在其上的总作用力等于压力与该壁面面积之积

如果承受压力的固体壁面是曲面时:曲面上总作用力在某一方向上的分力等于曲面在与该方向垂直平面内的投影面积与静压力的乘积。若已知曲面上总作用力在三个坐标轴方向的分量分别为Fx、Fy和Fz时，总作用力的大小为：压力的计量单位法定单位

:牛顿/米2(N/m2)即帕（Pa）

1MPa=106Pa单位换算:

1bar=1×105Pa=0.1MPa1工程大气压（at）=1公斤力/厘米2（kgf/m2）≈105帕

=0.1MPa1米水柱（mH20）=9.8×103Pa1毫米汞柱（mmHg）=1.33×102Pa

压力的表示方法相对压力（表压力）:

以大气压力为基准，测量所得的压力是高于大气压的部分

绝对压力:

以绝对零压为基准测得的压力绝对压力=相对压力+大气压力真空度:如果液体中某点的绝对压力小于大气压力，则称该点出现真空。此时相对压力为负值，常将这一负相对压力的绝对值称为该点的真空度

真空度=|负的相对压力|=|绝对压力-大气压力|回顾作业：1-5、1-6、1-7流动液体的运动和力学规律基本概念连续性方程伯努利方程动量方程基本概念理想液体:

既不可压缩又无粘性的液体。一维定常流动:

即流场中速度与压力只是空间点的位置的函数而与时间无关，则称流场中的流动为定常流动。在定常流动条件下，如果通过适当选择坐标（包括曲线坐标）后，使流速与压力只是一个坐标的函数，则称这样的流动为一维定常流动。通常把密封在容器内液体的流动按一维流动来处理，再用实验数据来修正实验结果。

基本燃概念1）流赶线是肚流场品中的夏一条板条曲精线，泡它表畏示在谅同一输瞬时遥流场威中各热质点牙的运捞动状呆态；2）在标流场出中画糖一个页不属年于流弱线的讽任意趁封闭观曲线出，沿危该封部闭曲蠢线上问的每调一点奸做流雕线，魔有这挤些流疫线组星成的填表面涉称为凯流管棋；3）流累管内鲜流线挽群称随为流便束；基本吴概念通流臭截面丧：在流掉场中朽作一初面。记若该款面与浸通过携面上敌的每洞一条悲流线赏都垂脊直，要则称瞒该面桶为通雀流截欺面流量:单位薪时间动内流平过某阁通流肯截面贵的流查体体询积法定僵单位:米3/秒(m3/s肆)工程遗中常获用升/分（L/惧mi防n）通流驾截面吐上的略平均污流速:图2—7流线、流束与通流截面连续毫性方全程（繁运动栗方程必）不可井压缩东流体麻作定亮常流无动时皮，通爷过流瓶束（针或管掌道）杏的任敞一通誉流截棉面的刑流量寻相等通过忽通流现截面询的流耗速则亲与通庸流截赏面的暗面积吩成反赏比质量街守恒辫定律糠在流第动液坡体情煤况下洞的具奏体应香用连续罩性方粥程应削用举增例根据赌连续伐性方嗽程可韵知：则：基本改概念流动兼液体霞中的拜压力滨和能晋量:由于给存在绍运动体，所轻以理它想流旗体流粱动时趴除了拉具有倦压力梢能与怀位能扔外，撒还具蝇有动星能。盲即流忆动理激想流讽体具码有压详力能冶，位增能和染动能慢三种凶能量且形式系。单位食重量卷的压滩力能:单位御重量弯的位导能:Z单位铸重量椅的动顾能:伯努挥利方贵程（获能量驴方程烤）理想缸液体滚的伯加努利遭方程实际戴液体丑的伯喘努利惑方程伯努薯利方怖程应欺用实虎例能量何守恒穗定律禁在流脖动液织体中上的表稀达形陆式理想幅液体乏的伯滋努利鬼方程图2-8伯努利方程推导简图理想摇液体进定常慕流动敏时，垦液体蹄的任袍一通流母截面紧上的标总比慢能（支单位花重量这液体的凭总能优量）裁保持刘为定尝值。总比皮能由偿比压卷能（余）微、比适位能岔（Z）和敬比动色能（男）胖组成惯，可海以相羊互转议化。由于恰方程释中的计每一录项均梢以长载度为跌量纲蔽，所慈以亦纳分别提称为即压力视水头钞，位犁置水围头和婶速度五水头静压广力基晴本方钱程是妥伯努配利方垄程的畅特例实际川液体赠的伯船努利肥方程α:动能留修正刮系数,为截豆面上砌单位涝时间盖内流怀过液油体所岩具有慎的实洋际动屑能，胁与按便截面膜上平择均流霸速计物算的腿动能昌之比（层象流时α=柱2，紊羞流时α=朽1）:单位柔重量暑液体倒所消根耗的执能量伯努课利方励程的读应用图中廊所示说的水骑箱侧围壁开载有一伴孔，四水箱馆自由洒液面1-鲜1和小念孔2-刺2处的喘压力刷分别灰为p1和p2，小腔孔中窑心到蚂水箱见自由命液面离的距客离为h，且h基本椒不变钞，若偷不计独损失蹈，求骄水从女小孔厅流出出的速售度。伯努玻利方蛛程的尼应用选取宴小孔挪中心葛线为题基准却，根巷据伯凉努利崇方程仓的应女用条密件，典取截杨面1-召1和2-为2列伯已努利符方程仰：在截凉面1-迁1：在截晶面2-冤2：根据健伯努典利方嗓程，泛有将各抚参数乘代入突，则搬可得伯努猫利方慕程的茅应用所以当则当则托里惨切利惊公式动量裹方程竖（动吃力学蜻方程械）用来容计算降液流火作用斯在固伪体壁大面上寄的力注，是储动量资定理罪在流干体力须学中找的具虫体应归用。动量秩定理拔：作方用在次物体予上的拨力的闲大小等等于采物体绪在力扎作用本方向混上的液动量卧的变泄化率鸣。动量酒方程方程炮左边躁表示筑作用剑于控烧制体临积内胃液体矿上的土所有却外力轧的总此和；方程天右边念第一只项表谦示液捧体流峰量变目化所陶引起耐的力码，称欲为瞬换态液肆动力蜜；方程免右边辩第二寒、三鞭项表初示流傲出控拆制表旬面和老流入所控制月表面割是液府体动天量变摊化率唉，称橡为稳落态液革动力回辞顾作业财：P6厉4鬼1袄-8、1-绒9流体丹力学某基础小（下筋）主讲颜教师钞：李乖一染信息垮与机技电工型程学动院机京械系20透13植/1牙1/显28管路洁系统物流动蹄分析两种味流动赤状态管流商的压江力损跃失通过扩小孔杠的流巡寿动通过泳间隙薯的流越动两种澡流动利状态层流:液体惨质点矛互不奸干扰企，液期体的章流动劲呈线母性或固层状歪，且事平行扣于管滋道轴便线；紊流吩：液体烈质点拐的运央动杂刃乱无梨章，王除了序平行建于管只道轴歇线的办运动炕外，校还存贡在着阶剧烈正的横验向运爪动。雷诺吧数:液体炊在圆坏管中鼓的流物动状菜态决好定于盲由管泻道中导流体半的平均洲流速υ、管道刷直径d和液陆体运动梢粘度这三住个参凤数所女组成牢的无网量纲牺数的携大小:流动平液体血的雷男诺数仰低于猜临界渔雷诺伴数(由紊移流转丛变为名层流)时，同流动屈状态爽为层挑流，惹反之纱液流削的状葱态为早紊流雷诺王数的交物理兄意义:流动油液体躬的惯变性力邪与粘浇性力盾之比管流壶的压球力损返失层流果时管抚截面裁上的曾速度询分布图2-破14圆管枝中的斥层流管流皂的流伙量计芬算流量雾（圆饭管中立，层呈流）式中d:管道朽内径揉（m）；l:管道炮长度家（m）；:流体耍的动钩力粘仅度（N·S/槽m2）；=p1-p2:管道签两端飞的压狭力差捕（N/津m2）；液体石等速慈流动畅，小造液柱花受力法平衡趣，得陆到内汁摩擦起力由牛情顿内才摩擦向定律营，推出出速愉度微助分对半筑径进越行积泽分，诵求出满速度对流覆速在猎圆管考截面恒上进婶行积运分，索求出康流量管流戚的压穷力损厕失沿程盾压力张损失:沿等惠直径豆管流锅动时音的压作力损捡失λ:沿程筑压力暗损失扩系数,其理俱论值位为颤。当流踪蝶动液咽体为站液压曲油时疗，创。管流总的压都力损裳失局部牌压力状损失Δpξ:在流未经阀踏口、自管道衔截面刊变化矛、弯拣曲等淹处时爬，由轰于流翠动方学向和婚速度浇变化茂及复避杂的版流动骄现象(旋涡工，二尾次流予等)而造吸成局陡部能异量损境失ξ称为辰局部知压力抚损失隙系数管流您的压斥力损慨失管路荐系统惠的压钢力损课失和厅压力调效率:整个劫管路缝系统贯的总书压力颈损失迹是系宇统中杏所有育直管肾的沿班程压困力损全失和功所有量局部娱压力塔损失带之和使用哄条件:管路拳系统移中两俩相邻局部宇压力及损失之间氧距离臭足够案大（霜相连蒸管径樱的10绘-2港0倍）系统云动力勾元件狮所供该的工锋作压难力:管路铺系统泰的压扑力效祝率管流认压力脊损失金计算例：合某系融统由轻泵到研液压灰马达盏的管输路如嫁右图易所示袍，试日求由怠泵到陵马达零的全沙部压耳力损来失（财位置扭高度删及损远失之纵间的菜扰动烂不计泼，管粱路为急光滑四管）佩。解：幻玉流动见油液羊的雷刑诺数根据劳紊流露时水胆力光英滑管阵沿程涂阻力酒系数纸计算骑式管流愉压力稼损失智计算故系脆统沿弃程压线力损悠失为水：管路衣有3个90茎°弯头大，1个13歉5骑°弯头柏和1个45柄°弯头什，因借此局稀部阻摊力损仗失为拉：因此远系统练总压逢力损敏失为魄：通过救小孔咸的流或动在液谨压与阻气压恋传动谜中常闹用通赶过改乏变阀妄口通出流截毒面积扩或通拿过通能流通含道的垂长短颤来控诸制流华量的节流冷装置来实蠢现流留量控誓制。叛这种每节流正装置台的通迷流截青面一苹般为却不同愤形式各的小葱孔。通过脑薄壁妥小孔(孔的输通流守长度l与孔打径d之比l/福d≤懒0.归5润)的流救动通过郑细长僚小孔(小孔湿的长像径比l/摘d>绒4)的流围动通过哥薄壁魄小孔童的流剪动称为镇薄壁苗小孔缝流量焦系数薄壁鉴小孔鞠的收猜缩系考数薄壁胖小孔月的速启度系喂数通过小薄壁跳小孔后的流誓量与黄液体盲粘度乓无关校，因桌而流送量受锤液体侨温度碑影响绿较小.但流喷量与宋孔口蛾前后垫压差墙的关阀系是波非线姓性的图2-15液体在薄壁小孔中的流动通过菠细长久小孔是的流罗动是细渠长小逢孔的尼通流巴截面废积液体述流经吼细长春小孔辰的流上量将顽随液牢体温晚度的堤变化两而变彩化。但细