液压与气压传动技术课件 1.3：液体动力学

液体动力学液压与气压传动技术液压动力学教学难点（1）流量与平均流速的关系；（2）液压动力学基本方程的应用学习过程课前学习网上教学资源（学）用多媒体课件演示液体动力学方程（做）学习目标（1）掌握流量与平均流速的关系；（2）能判断液体的流动状态；（3）会应用液压动力学方程；（4）理解气穴现象3液体动力学任务：计算液压泵吸油腔的真空度或液压泵允许的安装高度。液压油内存在气泡的原因是什么？如何消除？泵从油箱吸油的示意图4液体动力学液体动力学的主要内容是研究液体流动时流速和压力的变化规律。流体的连续性方程、伯努利方程(能量方程)和动量方程是描述流动液体力学规律的三个基本方程。前两个方程描述了压力、流速与流量之间的关系，以及液体能量相互间的变换关系；后者描述了流动液体与固体壁面之间作用力的情况。5液体动力学1.理想液体和恒定流动：一、基本术语理想液体：假设的既无粘性又不可压缩的流体。恒定流动：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。6液体动力学2.流量单位时间内流过某通流截面的液体体积称为流量，常用q表示，即例：在水龙头旁要灌满一个10升大小的水桶，需要约1分钟时间，则该水龙头的流量就是10l/min。在IS中：q的单位为m3/s；在工程上常用L/min。1L/min=10-3/60m3/s7液体动力学3.平均流速由于液体的粘性，液体在流动过程中各层的速度是不相等的，为了研究问题的方便，假设液体是无粘性、不可压缩的理想液体。这样液体在通流截面上流速均匀分布，称为平均流速，用v表示。单位（SI）m/s8液体动力学流层二、液体的流动状态紊流液体分层流动，各层互不干扰；粘性力起主导作用。液体流动杂乱无章；惯性力起主导作用。9液体动力学10液体动力学11液体动力学1.连续性方程流量连续性方程是质量守恒定律在流体力学中的一种表达形式。三、三大方程故有以下结论：液体在管道中流动时，流过各个断面的流量是相等的，因而流速和过流断面成反比。连续性方程连续性方程m1=m2

A1v1=A2v2ρA1v1t=ρA2v2tq=Av=c(c为常数）12液体动力学2.伯努利方程是能量守恒定律在流体力学中的一种表达形式。理想液体的伯努利方程（1）外力对液体所做的功W=p1A1v1dt-p2A2v2dt=(p1-p2)∆V（2）机械能的变化量位能的变化量：∆Ep=mg∆h=ρg∆V(h2-h1)动能的变化量：∆Ek=m∆v2/2=ρ∆V(v22-v21)/213液体动力学2.伯努利方程根据能量守恒定律，则有：W=∆Ep+∆Ek

(p1-p2)∆V=ρg∆V(z2-z1)+ρ∆V(v22-v21)/2整理后得单位重量理想液体伯努利方程为：14液体动力学2.伯努利方程其物理意义为：在密闭管道内作恒定流动的理想液体具有三种形式的能量，即压力能、位能和动能。在流动过程中，三种能量之间可以互相转化，但各个过流断面上三种能量之和恒为定值。15液体动力学实际液体伯努利方程当紊流时取α=1层流时取α=2单位体积液体在两断面间流动的能量损失动能修正系数在用平均流速代替实际流速计算动能时，必然会产生误差。为了修正这个误差，需引入动能修正系数α。16液体动力学实际液体的伯努利方程在应用时必须注意的是：（1）断面1、2需顺流向选取（否则压力损失为负值），且应选在缓变的过流断面上。（2）断面中心在基准面以上时，h1、h2为正值反之取负值。通常选取特殊位置的水平面作为基准面；（3）对于紊流取α=1，层流取α=2。17液体动力学例1，如图所示，液压泵的安装高度为H=0.5m，泵出口处流量为qv=40L/min，吸油管直径d=40mm，设液压油运动黏度ν=40mm2/s，密度ρ=900㎏/m3，不计能量损失。试计算液压泵吸油口处真空度。18液体动力学解：1)计算吸油管内液体流速υ2)计算实际雷诺数Re判断吸油管内液体为层流。α2=219液体动力学3）取油箱液面1-1、泵吸油口截面2—2并列伯努利方程式中，取油箱液面为高度方向基准面，压力取相对压力，所以p1=0，h1=0，υ1<<υ2，υ1≈0，h2=H，α2=2，Δpw=0，上式代入数值得液压泵吸油口处真空度为4663Pa。20液体动力学液压泵吸油口的真空度由三部分组成：①把油液提升到一定高度h所需的压力；②产生一定流速所需的压力；③吸油管内的压力损失。21液体动力学3.动量方程动量方程是动量定理在流体力学中的具体应用，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。∑F=Δ（mv）/Δt=ρq（v2-v1）考虑动量修正问题，则有：∴∑F=ρq(β2v2-β1v1)层流β=1.33紊流β=1应用动量方程注意：(1)F、v是矢量；(2)流动液体作用在固体壁面上的力与作用在液体上的力大小相等、方向相反。22液体动力学在液流中当某点压力低于液体的饱和蒸气压时,液体就汽化形成气泡,同时原来溶于液体中的气体也会分离出来产生气泡,从而使液流呈不连续状态，就是气穴现象。四、气穴现象P=0+P-P23液体动力学1.产生气穴现象的原因四、气穴现象液压油中总含有一定量的空气，对于矿物油型液压油(常温时，在标准大气压下)有6％～12％(体积比)的溶解空气(不包括以气泡形式混含在油液中的空气)。当液体流动中某处压力下降到低于空气分离压pg时，溶解到油液中的空气将突然从油液中分离出来而产生大量气泡。所以，产生气穴现象的原因是压力的过度下降。24液体动力学2.气穴对系统产生的危害四、气穴现象当所形成的气泡随着液流进入高压区时，气穴的体积将急速缩小或溃灭。这一过程瞬时发生，从而产生局部液压冲击，其动能迅速转变为压力能及热能，使局部压力及温度急剧上升，并引起强烈的振动及噪声。过高的温度将加速工作液的氧化变质。如果这个局部液压冲击作用在金属表面上，金属壁面在反复液压冲击、高温及游离出来的空气中氧的侵蚀下将产生腐蚀。——气蚀25液体动力学气蚀26液体动力学3.预防气穴及气蚀所采取的