第二章第三節(jié)流體動力學(2)

1、第二章第二章 液壓流體力學基礎(chǔ)液壓流體力學基礎(chǔ)本章主要內(nèi)容為本章主要內(nèi)容為 ：1、液壓油 2、流體靜力學3、流體動力學4、管路中液體的壓力損失5、液體流經(jīng)孔口及縫隙的流量-壓力特性6、液壓沖擊及氣穴現(xiàn)象2.2.粘性粘性 常用的粘度有動力粘度、運動粘度和相對粘度。常用的粘度有動力粘度、運動粘度和相對粘度。 （1 1）動力粘度）動力粘度dudy（2.1.3）物理意義：物理意義：液體在單位速度梯度下流動時，液層間單液體在單位速度梯度下流動時，液層間單位面積上產(chǎn)生的內(nèi)摩擦力位面積上產(chǎn)生的內(nèi)摩擦力單單 位位：Pas或者或者N s/m22.2.粘性粘性 常用的粘度有動力粘度、運動粘度和相對粘度。常用的粘度

2、有動力粘度、運動粘度和相對粘度。 （2 2）運動粘度）運動粘度 運動粘度定義為動力粘度與液體密度的比值，運動粘度定義為動力粘度與液體密度的比值，即即（2.1.4）物理意義：運動粘度沒有明確的物理意義，定義運動物理意義：運動粘度沒有明確的物理意義，定義運動粘度為了在工程上計算方便粘度為了在工程上計算方便單單 位：位：m2/s2.2.粘性粘性 常用的粘度有動力粘度、運動粘度和相對粘度。常用的粘度有動力粘度、運動粘度和相對粘度。 （3 3）相對粘度）相對粘度 相對粘度又稱條件粘度，由于測量條件不同，相對粘度又稱條件粘度，由于測量條件不同，各個地方采用的單位不同，我國主要采用恩式粘度。各個地方采用的單

3、位不同，我國主要采用恩式粘度。 恩氏黏度測定方法：將恩氏黏度測定方法：將200mL溫度為溫度為t的被測的被測液體裝入粘度計的容器，經(jīng)底部直徑為液體裝入粘度計的容器，經(jīng)底部直徑為2.8mm的小的小孔流出，測出所用的時間孔流出，測出所用的時間t1；再將；再將200mL溫度為溫度為20oC的蒸餾水在同一粘度計中流盡的時間為的蒸餾水在同一粘度計中流盡的時間為t2；這；這兩個時間的比值定義為被測液體在兩個時間的比值定義為被測液體在t溫度時的恩氏溫度時的恩氏黏度，即黏度，即2.2.粘性粘性 常用的粘度有動力粘度、運動粘度和相對粘度。常用的粘度有動力粘度、運動粘度和相對粘度。 （3 3）相對粘度）相對粘度

4、工程中常采用先測出液體的相對粘度，再根據(jù)工程中常采用先測出液體的相對粘度，再根據(jù)關(guān)系式推算出它與動力粘度或運動粘度的測量粘度關(guān)系式推算出它與動力粘度或運動粘度的測量粘度方法，恩式粘度與運動粘度的換算關(guān)系式：方法，恩式粘度與運動粘度的換算關(guān)系式：610)31. 631. 7(totoEE（2.1.6）(2.1.5)3.3.液體的可壓縮性液體的可壓縮性 液體受壓力作用而體積縮小的性質(zhì)稱為液體的液體受壓力作用而體積縮小的性質(zhì)稱為液體的可壓可壓縮性縮性?？蓧嚎s性用體積壓縮系數(shù)?？蓧嚎s性用體積壓縮系數(shù)k表示，其物理意義為表示，其物理意義為單位壓力變化下的液體體積的相對變化量。設(shè)液體體積單位壓力變化下的液

5、體體積的相對變化量。設(shè)液體體積為為Vo，壓力變化量為，壓力變化量為 p，液體體積減小，液體體積減小V，則有：，則有：VoVpk1（2.1.7） 體積壓縮系數(shù)的單位：體積壓縮系數(shù)的單位：m2/N 液體的可壓縮性很小，一般忽略不計；當受壓液液體的可壓縮性很小，一般忽略不計；當受壓液體體積較大或進行系統(tǒng)動態(tài)分析是時，則必須考慮。體體積較大或進行系統(tǒng)動態(tài)分析是時，則必須考慮。3.3.液體的可壓縮性液體的可壓縮性 液體的壓縮系數(shù)的倒數(shù)稱為液體的體積彈性模量，液體的壓縮系數(shù)的倒數(shù)稱為液體的體積彈性模量，即：即：VpVokK1Nmk/10)75(210（2.1.7） 常用液壓油的體積壓縮系數(shù)：常用液壓油的體

6、積壓縮系數(shù)：29/10)9 . 14 . 1 (mNK 常用液壓油的體積彈性模量：常用液壓油的體積彈性模量：第二節(jié)第二節(jié) 液體靜力學液體靜力學 相對平衡狀態(tài)：液體內(nèi)部各質(zhì)點沒有相對運動。液體相對平衡狀態(tài)：液體內(nèi)部各質(zhì)點沒有相對運動。液體靜力學主要是討論液體靜止時的平衡規(guī)律以及這些規(guī)律的靜力學主要是討論液體靜止時的平衡規(guī)律以及這些規(guī)律的應用。應用。 一、液體靜壓力及其特性一、液體靜壓力及其特性 作用于液體上的力包括：質(zhì)量力和表面力。質(zhì)量力作用于液體上的力包括：質(zhì)量力和表面力。質(zhì)量力作用于所有液體質(zhì)點上，如重力和慣性力等；表面力作作用于所有液體質(zhì)點上，如重力和慣性力等；表面力作用于液體表面，屬于外

7、力作用。單位面積上作用的力稱用于液體表面，屬于外力作用。單位面積上作用的力稱為應力，分為切向應力和法向應力。靜止的液體各質(zhì)點為應力，分為切向應力和法向應力。靜止的液體各質(zhì)點間沒有相對運動，故沒有內(nèi)摩擦力，所以靜止的液體的間沒有相對運動，故沒有內(nèi)摩擦力，所以靜止的液體的表面力只有法向力液體單位面積上所受內(nèi)法線方向的法表面力只有法向力液體單位面積上所受內(nèi)法線方向的法向力稱為壓力，用向力稱為壓力，用p表示。表示。第三節(jié)第三節(jié) 流體動力學流體動力學 本節(jié)主要討論液體流動時的運動規(guī)律、能量轉(zhuǎn)換和本節(jié)主要討論液體流動時的運動規(guī)律、能量轉(zhuǎn)換和流動液體對壁面的作用等問題，重點是以下幾個方程：流動液體對壁面的作

8、用等問題，重點是以下幾個方程： 連續(xù)性方程連續(xù)性方程伯努利方程伯努利方程動量方程動量方程第三節(jié)第三節(jié) 流體動力學流體動力學一、基本概念一、基本概念 1.1.理想液體理想液體 把無粘性、不可壓縮的液體但實際上具有粘性和可壓把無粘性、不可壓縮的液體但實際上具有粘性和可壓縮性的液體稱為理想液體縮性的液體稱為理想液體 2. 2.恒定流動恒定流動 液體流動時任意點處的壓力、流速和密度都不隨時液體流動時任意點處的壓力、流速和密度都不隨時間變化的稱為恒定流動，反之，非恒定流動。間變化的稱為恒定流動，反之，非恒定流動。 3. 3.流線流線 某一瞬時液體中各處質(zhì)點運動狀態(tài)的一條條曲線稱某一瞬時液體中各處質(zhì)點運動

9、狀態(tài)的一條條曲線稱為流線。為流線。 特點：不能相交，不能轉(zhuǎn)折，恒定流動的流線形狀特點：不能相交，不能轉(zhuǎn)折，恒定流動的流線形狀不隨時間變化不隨時間變化第三節(jié)第三節(jié) 流體動力學流體動力學一、基本概念一、基本概念 4.4.流束流束 通過某截面上所有個點的流線的集合。通過某截面上所有個點的流線的集合。 當截面足夠小時，可以認為各點的速度相等。當截面足夠小時，可以認為各點的速度相等。 5. 5.通流截面通流截面 在某一流束中與所有流線正交的截面稱為通流截面。在某一流束中與所有流線正交的截面稱為通流截面。 6. 6.流量流量 單位時間內(nèi)通過通流截面的液體的體積稱為流量。單位時間內(nèi)通過通流截面的液體的體積稱

10、為流量。 單位：單位：m m3 3/s/s 7. 7.平均流速平均流速 假設(shè)通流截面上流速均勻分布，該流速稱為平均流假設(shè)通流截面上流速均勻分布，該流速稱為平均流速。速。第三節(jié)第三節(jié) 流體動力學流體動力學二、連續(xù)性方程二、連續(xù)性方程tt2211tt2211t2211（質(zhì)量相等）（質(zhì)量相等） 不變不變（體積不變）（體積不變） 不變不變（流量不變）（流量不變） (1-8) 表明在定常流動條件下，流過各個通流截面上的表明在定常流動條件下，流過各個通流截面上的流量是相等的（即流量是連續(xù)的），它是質(zhì)量守恒定流量是相等的（即流量是連續(xù)的），它是質(zhì)量守恒定律的具體體現(xiàn)。律的具體體現(xiàn)。 三、伯努利方程三、伯努利

11、方程1 1 層流和湍流層流和湍流 雷諾首先通過實驗觀察水在圓管內(nèi)的流動情況，雷諾首先通過實驗觀察水在圓管內(nèi)的流動情況，發(fā)現(xiàn)液體由兩種流動狀態(tài)：層流和湍流。層流時，液發(fā)現(xiàn)液體由兩種流動狀態(tài)：層流和湍流。層流時，液體質(zhì)點互不干擾，流動呈線狀或?qū)訝?，且平行于軸線；體質(zhì)點互不干擾，流動呈線狀或?qū)訝?，且平行于軸線；湍流時，運動雜亂無章，既有平行軸線的，也有橫向湍流時，運動雜亂無章，既有平行軸線的，也有橫向運動的。運動的。流動狀態(tài)流動狀態(tài)流速流速粘性制約粘性制約主導力主導力層流低強粘性力湍流高弱慣性力三、伯努利方程三、伯努利方程2 2 雷諾數(shù)雷諾數(shù) 實驗證明，液體在圓管中的流動狀態(tài)不僅與管內(nèi)實驗證明，液體

12、在圓管中的流動狀態(tài)不僅與管內(nèi)平均流速有關(guān)，還與管徑有關(guān)以及粘度有關(guān)，液體的平均流速有關(guān)，還與管徑有關(guān)以及粘度有關(guān)，液體的流動狀態(tài)可以通過它們的組合來判斷，這個組合數(shù)叫流動狀態(tài)可以通過它們的組合來判斷，這個組合數(shù)叫做雷諾數(shù)，即做雷諾數(shù)，即（2.4.2） 把由湍流轉(zhuǎn)變?yōu)閷恿鞯睦字Z數(shù)稱為臨界雷諾數(shù)把由湍流轉(zhuǎn)變?yōu)閷恿鞯睦字Z數(shù)稱為臨界雷諾數(shù)R Recec, ,當當ReRe R Recec時，為層流，反之為湍流。時，為層流，反之為湍流。222221112121gzpgzp常數(shù)221gzp (1-10) (1-11)也可寫成也可寫成 圖圖l-9 l-9 伯努利方程各參量示意圖伯努利方程各參量示意圖 三、伯努

13、利方程三、伯努利方程 在密閉的管道內(nèi)作定常流動的液體具有三種形式的在密閉的管道內(nèi)作定常流動的液體具有三種形式的能量，即壓力能、位能和動能。在流動過程中，三種能能量，即壓力能、位能和動能。在流動過程中，三種能量可以相互轉(zhuǎn)化，但各個通流截面上三種能量之和為定量可以相互轉(zhuǎn)化，但各個通流截面上三種能量之和為定值。值。 實際液體流動存在粘性制約，有能量損失存在；同實際液體流動存在粘性制約，有能量損失存在；同時，管道局部形狀和尺寸突變，也會使液流產(chǎn)生能量損時，管道局部形狀和尺寸突變，也會使液流產(chǎn)生能量損失。因此，實際液體需要考慮相應的能量損失失。因此，實際液體需要考慮相應的能量損失h hw w; ;推導理

14、推導理想液體伯努利方程，認為任取微笑流速通流截面的速度想液體伯努利方程，認為任取微笑流速通流截面的速度相等，但實際是不等的，故對動能部分進行修正，修正相等，但實際是不等的，故對動能部分進行修正，修正系數(shù)為系數(shù)為。(1-12) whgzgpgzgp222222111122式中，動能修正系數(shù)式中，動能修正系數(shù) 、 的值與流速分布有關(guān)，流速分布越不均勻，的值與流速分布有關(guān)，流速分布越不均勻， 值越大，流速分布較均勻時值越大，流速分布較均勻時 接近于接近于1 1（層流時?。▽恿鲿r取 ，湍流時，湍流時 ）。）。1221伯努利方程揭示了液體流動過程中的能量變化規(guī)律。伯努利方程揭示了液體流動過程中的能量變化規(guī)律。在液壓傳動系統(tǒng)中，管路中的壓力常為十幾個大氣壓在液壓傳動系統(tǒng)中，管路中的壓力常為十幾個大氣壓到幾百個大氣壓，而大多數(shù)情況下管路中油液速度不到幾百個大氣壓，而大多數(shù)情況下管路中油液速度不超過超過6m/s，安裝高度不超過，安裝高度不超過5m。因此系統(tǒng)中油液流速。因此系統(tǒng)中油液流速引起的動能變化和高度引起的位能變化可以忽略不計，引起的動能變化和高度引起的位能變化可以忽略不計，此時伯努利方程可簡化為：此時伯努利方程可簡化為：wghppp21例題例題四、動量方程四、動量方程 液體作用于固體壁面上的力用動量方程求解比較方便，液體作用于固體壁面上的力用動量方程求解比較方便，