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文档简介
第三章液压流体力学基础第三章液压流体力学基础3.1压力的定义是什么?压力有哪几种表示方法?液压系统的工作压力与外界负载有什么关系?绝对压力、相对压力、真空度工作压力决定于外负载。3.2图示为5吨液压千斤顶,其活塞直径D1=34mm,D2=13mm,杠杆长如图所示,问杆端应加多大的力P,才能起重5吨?P=24kg3.3解释如下概念:稳定流动、过流断面、流量、平均流速。理想流体:无粘性、不可压缩。稳定流动:流动液体中任何点处压力、速度、密度不随时间变化。过流断面:流束中与所有流线正交的截面积。流量:单位时间内流过流束通流截面的液体体积。平均流速:流量与通流截面面积的比。3.4伯努利方程的物理意义是什么?单位重量液体内的能量守恒,位能+压力能+动能=Consth=4m,求容器A内之真空度和绝对压力pa(注:设容器A内之压力为Pa,P0为大气压力)真空度绝对压力3.6如图所示,油泵从油箱中吸油,吸油管直径d=20mm,泵的流量q×10-3m3/s,油液在50℃时的运动粘度v=45cst,泵安装高度hm,不计吸油管内损失,问该泵吸油腔的真空度为多少?3.7如图示液压泵,吸油管直径d=60mm×10-3m3/sa,油液的密度为ρ=900kg/m3,局部损失阻力系数=0.2,动能修正系数α2=2,可忽略沿程压力损失,求泵的安装高度h。3.8图示管路由两根圆管和一段变径管接头连接而成。d1=200mm,d2=400mm,截面1P1a,截面2P2a,v2=1m/s,截面1、2间中心高度差为1m,判断液流方向,并计算两截面间的水头损失。由左到右流动。3.9水在图示竖管中流动,v1=6m/s,d1=300mm,为使截面1、2的压力读数相等,求d2。流量相等d=10cm,当龙头关闭时压力计的读数为49000Pa(表压)。龙头开启时,压力计读数降至19600Pa(表压)。如果总能量损失为4900Pa,试求通过管路的水流流量。 3.11如图所示,油管水平放置,截面1-1、2-2处直径为d1、d2,液体在管路内作连续流动,若不计管路内能量损失,求:1)截面1-1,2-2处哪一点压力高?为什么?2)若管路内通过的流量为q,试求截面1-1,2-2两处的压力差△P。P2压力大1v1、P2v2和P3v3,忽略液体的重量,用动量方程计算液体作用于三通上的力。题3-11图题3-12图3.13在图示的阀上,若通过的流量为q×10-3m3/s,阀芯直径d=30mm,开口量x=2mm,液流流过开口时的角度θ=69°,问阀芯受的轴向液动力等于多少?阀芯所受轴向力为4.77N,向右3.14液体流动时,管路中的压力损失有哪几种?其值与哪些因素有关?沿程压力损失,摩擦产生,与阻力系数、流速、密度相关。局部压力损失,管道截面突然变化,液流方向变化,阀口节流。3.15阐述层流与紊流的物理现象及其判别方法。层流:液体质点互不干扰,液体的流动呈线性或层状,平行于管道轴线。紊流:液体质点的运动杂乱无章,除了平行于管道轴线的运动,还存在着剧烈的横向运动。用雷诺数判别层流或紊流,小于临界雷诺数Recr为层流,大于临界雷诺数Recr为紊流。Δmm,管道直径d=200mm,管长2000mm/s输入,运动粘度为vcst的液体,其密度为ρ=900kg/m3,求沿程压力损失。3.17某液压系统由液压泵至液压马达的管路如图所示。管内径为16mm,油的密度ρ=900kg/m3,运动粘度v=18cst,流速v=5m/s,管内壁相对粗糙度Δ/d<0.0001,45°弯头局部阻力系数ξ=0.3,90°弯头局部阻力系数ξ=1.12。试求由液压泵至液压马达的全部压力损失。水力光滑管3.18某圆柱形滑阀(见图),已知阀芯直径d=20mm,进口油压p1=9.8MPa,出口油压p2=9.5MPa,油液密度ρ=900kg/m3,通过阀口时的流量系数c=0.65。求通过阀口的流量。3.19一柱塞在力F=50N作用下移动,将液压缸中的油通过δ=0.05mm的缝隙排到大气中去。设活塞和缸筒处于同心状态,缝隙长L=70mm,活塞直径d=20mm,油的粘度η=50×10-3Pas,试确定活塞移动0.1m所需的时间。3.20液压冲击是怎样产生的?有何危害?如何防止?管道中阀门突然开启或关闭时,管内液体压力发生急剧交替升降的过程为液压冲击。延长换向时间,降低流速,使用橡胶管、卸荷阀、蓄能器。习题二一个重量为G的开口杯,底面直径为d,将杯倒扣并浮于水面,求杯内,外水面的高差。3题双杯式微压计,上部盛油,密度900kg/m,下部盛水。已知圆管直径d=4mm,杯的底面直径D=40mm,当p=p时,读数h=0,如果读数h=10mm,求压差p-p。插图第8题3.一种酒精和水银的双液测压计,当细管上端接通大气时,酒精液面高度为0,当酒精液面下降h=30mm时,求细管上端的相对压强。已知:d=5mm,
EMBEDEquation.3=20mm,d=50mm,酒精密度为800kg/m。10题图4.求珠穆朗玛峰顶(海拔高度8848m)与海面的空气密度比。12题5.如图,平板闸门自重G=20kN,挡水深度h=,闸门与竖壁的摩擦系数=0.3,求闸门开始提升时所需的力T(闸门单位宽度)。13题图6.试证明,平面挡水墙所受的静水总压力的作用点在水深的2/3处。此结论对于铅直壁和斜壁都成立。15题7.用倾斜微压计测量气体压差。若肉眼观察标线读数的精度为,测量的压差在10~210范围时,要求测量误差不超过0.2%,试确定倾斜系数。16题8.水管直径d=200mm,厚度=10mm,管壁材料的许用应力[]=3010N/m,求水管能承受的最大水压强。19题9.设计如图所示的挡水墙时,要求墙体自重G对底部的B点的力矩大于墙身受到的静水总压力对B点的力矩。墙的截面是等腰梯形,底角=80゜,墙身材料的密度为1900kg/m,求宽高比l/h应大于多少?21题图10.如图,输水管半径为500mm10Pa。求单位长度的管壁所受的拉力。24题11.测定运动加速度的U形管如图所示,若l=,h=,求加速度a。26题图12.如图,盛水的矩形敞口容器以等加速度a=2m/s沿水平倾角=10゜的斜面向上运动,试求水面与竖壁的夹角。27题图13.一个高2h,底面半径为R的圆柱形敞口容器,内盛深h的水,当容器绕其立轴旋转时,其等角速度为保证水不溢出的最大值。求证此时容器底面上的水总压力为ghR。29题14.一个有盖的圆柱形容器,底半径R=2m,容器充满水,顶盖上距中心为r处开一个小孔通大气。容器绕其主轴做等角速度旋转。问当r为多少时,顶盖所受的水的总压力为零。30题15.如图,液体转速计由直径为d的圆筒,活塞盖以及与其连通的两条直径为d的支管构成。转速计内装水银,直管距圆筒立轴为R,当转速为时,活塞比静止时高度下降了h,证明:h=31题图2-14如图2-32,矩形闸门可绕绞轴转动,求证H>14/15h+a,闸门在水压力的作用下可以自动开启。参考答案:1.,(,所以,h=2.,,因为、所以2。3.初始时p=p,,当时,,所以有:4.Z=8848m,0.0065K/m,T=T,5,G=20KN,h=,=0.3,F=7.,或者,,8.2[9.°,,G=,9.10.L=,,h=,11.如图坐标轴的原点取在液面的中心,等压面上°12.根据旋转抛物面所围体积等于同高同底圆柱体体积的原理,可知自由面恰好经过容器口周边及底面中心,自由面:压强分布:总压力:F=13.压强分布:所以即14.初始时,支管液面在0-0上,则活塞盖自重G等于G=,旋转时,以盖心为原点,r=R,z=x+h+H时,p=p所以G=所以22-14有三种思路:一积分;二把力分成两部分;三根据压力中心的公式来求。二、把力分成两部分:取中间板的下沿为x轴,把中间板以上的流体看成一个力单元(相当于大气压),力表示f1,把与中间板平行
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