流體力學基礎(chǔ)講解

1、Institute of Mechatronics & Logistics Equipment上海交通大學機電控制與物流裝備研究所上海交通大學機電控制與物流裝備研究所流體的力學概念流體的力學概念工作介質(zhì)的物理性質(zhì)工作介質(zhì)的物理性質(zhì)流體靜力學流體靜力學流體動力學流體動力學氣體狀態(tài)方程氣體狀態(tài)方程充、放氣參數(shù)的計算充、放氣參數(shù)的計算管道中的流動特性管道中的流動特性孔口及縫隙流動特性孔口及縫隙流動特性Institute of Mechatronics & Logistics Equipment上海交通大學機電控制與物流裝備研究所上海交通大學機電控制與物流裝備研究所q 流體的力學概念流體的力學概念 問

2、題：問題：1 1）流體上作用有哪些力？）流體上作用有哪些力？2 2）什么是質(zhì)量力和單位質(zhì)量力？）什么是質(zhì)量力和單位質(zhì)量力？3 3）什么是表面力和應(yīng)力？）什么是表面力和應(yīng)力？4 4）流體的切應(yīng)力與什么因素有關(guān)？）流體的切應(yīng)力與什么因素有關(guān)？5 5）流體的法向力與什么因素有關(guān)？）流體的法向力與什么因素有關(guān)？6 6）什么是理想流體？它的性質(zhì)如何？）什么是理想流體？它的性質(zhì)如何？Institute of Mechatronics & Logistics Equipment上海交通大學機電控制與物流裝備研究所上海交通大學機電控制與物流裝備研究所假設(shè)假設(shè):流體是一種連續(xù)的、易于流動的流體是一種連續(xù)的、易于

3、流動的介質(zhì)。介質(zhì)。 zxy0VAFnFFg VInstitute of Mechatronics & Logistics Equipment上海交通大學機電控制與物流裝備研究所上海交通大學機電控制與物流裝備研究所對應(yīng)上圖，可見流體上作用有兩種力：對應(yīng)上圖，可見流體上作用有兩種力： 質(zhì)量力質(zhì)量力和和表面力表面力！1 1）質(zhì)量力：）質(zhì)量力：其他物體對所研究流體的作其他物體對所研究流體的作用力。它作用于所研究流體的所有質(zhì)點上。用力。它作用于所研究流體的所有質(zhì)點上。2 2）質(zhì)量力的性質(zhì)：）質(zhì)量力的性質(zhì)：質(zhì)量力是質(zhì)量力是向量向量，它僅與，它僅與所研究流體的質(zhì)量成正比。所研究流體的質(zhì)量成正比。注意：注意：

4、重力、離心力及一切由于加速度存在重力、離心力及一切由于加速度存在而產(chǎn)生的慣性力均為質(zhì)量力。而產(chǎn)生的慣性力均為質(zhì)量力。Institute of Mechatronics & Logistics Equipment上海交通大學機電控制與物流裝備研究所上海交通大學機電控制與物流裝備研究所3 3）單位質(zhì)量力：）單位質(zhì)量力：單位質(zhì)量的質(zhì)量力單位質(zhì)量的質(zhì)量力。事實上，單位質(zhì)量力事實上，單位質(zhì)量力數(shù)值上數(shù)值上就等于就等于加速度加速度。4 4）表面力：）表面力：由于流體之間表面的相互接觸由于流體之間表面的相互接觸所產(chǎn)生的作用力。所產(chǎn)生的作用力。5 5）表面力的性質(zhì)：）表面力的性質(zhì)：只與接觸表面積有關(guān)，只與接觸

5、表面積有關(guān)，而與流體的質(zhì)量或體積無關(guān)，也為而與流體的質(zhì)量或體積無關(guān)，也為向量向量。6 6）單位表面力：）單位表面力：單位表面積上的表面力被單位表面積上的表面力被稱為應(yīng)力。稱為應(yīng)力。注意：注意：按表面力作用在表面上的方向不同，按表面力作用在表面上的方向不同，又分為法向力和切向力。又分為法向力和切向力。Institute of Mechatronics & Logistics Equipment上海交通大學機電控制與物流裝備研究所上海交通大學機電控制與物流裝備研究所如前圖所示，如前圖所示， 的表面上作用著的表面上作用著 的的法向力和法向力和 的切向力，則的切向力，則 上的平均上的平均法向應(yīng)力法向應(yīng)

6、力 和切向應(yīng)力和切向應(yīng)力 為：為：nFAFAmpmnmm; FFpAA當微小面積當微小面積 趨于零，并對上述關(guān)系式趨于零，并對上述關(guān)系式取極限時，則得到流體內(nèi)某定點處的應(yīng)力取極限時，則得到流體內(nèi)某定點處的應(yīng)力為：為：AInstitute of Mechatronics & Logistics Equipment上海交通大學機電控制與物流裝備研究所上海交通大學機電控制與物流裝備研究所nn0lim; AFdFpAdA0.lim AFdFAdA問題：問題：1 1）流體在什么情況下才產(chǎn)生切應(yīng)力？流體在什么情況下才產(chǎn)生切應(yīng)力？2 2）對于流體而言，法向力的方向如何？對于流體而言，法向力的方向如何？Ins

7、titute of Mechatronics & Logistics Equipment上海交通大學機電控制與物流裝備研究所上海交通大學機電控制與物流裝備研究所7 7）理想流體：）理想流體：忽略了流體粘性的流體。忽略了流體粘性的流體。結(jié)論：結(jié)論：理想流體內(nèi)不存在切應(yīng)力。理想流體內(nèi)不存在切應(yīng)力。q 工作介質(zhì)的物理性質(zhì)工作介質(zhì)的物理性質(zhì)單位體積液體所具有的質(zhì)單位體積液體所具有的質(zhì)量，即量，即mVInstitute of Mechatronics & Logistics Equipment上海交通大學機電控制與物流裝備研究所上海交通大學機電控制與物流裝備研究所上式中上式中 液體的密度；液體的密度；

8、液體的體積；液體的體積； 液體的質(zhì)量。液體的質(zhì)量。 Vm性質(zhì)：性質(zhì)：液體的密度隨著壓力或溫度的變液體的密度隨著壓力或溫度的變化而發(fā)生變化，但一般變化量很小?；l(fā)生變化，但一般變化量很小。液體因所受壓力增大液體因所受壓力增大而造成的體積縮小的性質(zhì)。而造成的體積縮小的性質(zhì)。問題：問題：如何表示液體的可壓縮性大?。咳绾伪硎疽后w的可壓縮性大??？Institute of Mechatronics & Logistics Equipment上海交通大學機電控制與物流裝備研究所上海交通大學機電控制與物流裝備研究所表示的方法：表示的方法：一般用壓縮率一般用壓縮率 來衡量壓來衡量壓縮性的大小。其具體定義如下：

9、當液體縮性的大小。其具體定義如下：當液體所受的壓力增大所受的壓力增大 時，液體體積時，液體體積 的的相對變化率，即相對變化率，即p0V01Vp V問題：問題：1) 為什么上式右邊要增加一負號？為什么上式右邊要增加一負號？ 2) 壓縮率壓縮率 的量綱是什么？的量綱是什么？Institute of Mechatronics & Logistics Equipment上海交通大學機電控制與物流裝備研究所上海交通大學機電控制與物流裝備研究所重要的概念：重要的概念：液體體積彈性模量！液體體積彈性模量！液體體積彈性模量：液體體積彈性模量：液體壓縮率液體壓縮率 的倒數(shù)的倒數(shù)，用字母，用字母 來表示，即有來表

10、示，即有K01pKVV 的單位為的單位為MPa。對于石油基液壓油，其。對于石油基液壓油，其 體積彈性模量為體積彈性模量為（1.42） 103 MPa。KInstitute of Mechatronics & Logistics Equipment上海交通大學機電控制與物流裝備研究所上海交通大學機電控制與物流裝備研究所注意：注意：對于實際石油基液壓油，其體積彈對于實際石油基液壓油，其體積彈性模量與溫度、壓力和混入的空氣量有關(guān)性模量與溫度、壓力和混入的空氣量有關(guān)。一般規(guī)律：溫度升高，一般規(guī)律：溫度升高， 值減?。粔毫χ禍p??；壓力增大，增大， 值增大；混入的空氣量越大，值增大；混入的空氣量越大， 值

11、將大為減小。值將大為減小。KKK建議：建議：實際使用時，對于實際石油基液壓實際使用時，對于實際石油基液壓油，體積彈性模量取為：油，體積彈性模量取為：（0.71.4） 103 MPaInstitute of Mechatronics & Logistics Equipment上海交通大學機電控制與物流裝備研究所上海交通大學機電控制與物流裝備研究所體微團間因相對運體微團間因相對運動而產(chǎn)生內(nèi)摩擦力的性質(zhì)。動而產(chǎn)生內(nèi)摩擦力的性質(zhì)。注意：注意： 液體流動時才會出現(xiàn)粘性；靜止液體液體流動時才會出現(xiàn)粘性；靜止液體不呈現(xiàn)粘性。不呈現(xiàn)粘性。 重要的概念：重要的概念：粘度！是對液體粘性大小的粘度！是對液體粘性大小

12、的度量；是選擇液壓油的主要指標。度量；是選擇液壓油的主要指標。Institute of Mechatronics & Logistics Equipment上海交通大學機電控制與物流裝備研究所上海交通大學機電控制與物流裝備研究所0uxyuduuydyh0液體粘性示意圖液體粘性示意圖Institute of Mechatronics & Logistics Equipment上海交通大學機電控制與物流裝備研究所上海交通大學機電控制與物流裝備研究所結(jié)論：結(jié)論：實驗測定表明，當液體流動時，相實驗測定表明，當液體流動時，相鄰液層間的摩擦力鄰液層間的摩擦力 與液層接觸面積與液層接觸面積 、液層間的速度梯

13、度液層間的速度梯度 成正比，即成正比，即fFA/du dyfduFAdy式中，式中， 被稱為被稱為粘性系數(shù)粘性系數(shù)或或動力粘度動力粘度。若以若以 表示液層間的切應(yīng)力，則上式變?yōu)楸硎疽簩娱g的切應(yīng)力，則上式變?yōu)閒FduAdy牛頓液體內(nèi)摩擦力定律牛頓液體內(nèi)摩擦力定律Institute of Mechatronics & Logistics Equipment上海交通大學機電控制與物流裝備研究所上海交通大學機電控制與物流裝備研究所注意：注意：對應(yīng)上式，對應(yīng)上式， 為為不變常數(shù)不變常數(shù)時，稱流時，稱流體為體為牛頓流體牛頓流體； 為為變數(shù)變數(shù)時，稱流體為時，稱流體為非非牛頓流體牛頓流體。表示粘性的大小，一

14、般用表示粘性的大小，一般用粘度粘度來度量。來度量。常用的粘度主要有三種，即常用的粘度主要有三種，即絕對粘度絕對粘度 ；運動粘度運動粘度 ；相對粘度相對粘度。Institute of Mechatronics & Logistics Equipment上海交通大學機電控制與物流裝備研究所上海交通大學機電控制與物流裝備研究所1.1.絕對粘度絕對粘度 ，又稱為，又稱為動力粘度動力粘度。其特性：直接表示液體的內(nèi)摩擦力大小。其特性：直接表示液體的內(nèi)摩擦力大小。動力粘度動力粘度 的單位：的單位：PaPas s（帕（帕秒）秒）。2.2.運動粘度運動粘度 ，是液體動力粘度與液體，是液體動力粘度與液體的密度之比

15、，即的密度之比，即運動粘度運動粘度 的單位：的單位：m2/s（米（米2/秒）秒）。Institute of Mechatronics & Logistics Equipment上海交通大學機電控制與物流裝備研究所上海交通大學機電控制與物流裝備研究所3.3.相對粘度，主要有：相對粘度，主要有： 恩氏粘度恩氏粘度（E）；）； 賽氏粘度賽氏粘度（SSU）；）； 雷氏粘度雷氏粘度（R1S）；）； 巴氏粘度巴氏粘度（B）。）。 恩氏粘度（恩氏粘度（E）：采用恩氏粘度計進行：采用恩氏粘度計進行測定，即將測定，即將 200ml 溫度為溫度為 t 的被測液的被測液體裝入恩氏粘度計的容器中，體裝入恩氏粘度計的容

16、器中， 由其底部由其底部 2.8mm的小孔流出，測出液體流盡的時的小孔流出，測出液體流盡的時Institute of Mechatronics & Logistics Equipment上海交通大學機電控制與物流裝備研究所上海交通大學機電控制與物流裝備研究所間為間為 t1，再測出再測出同體積同體積溫度為溫度為 20 的的蒸餾水蒸餾水在在同一容器中同一容器中流盡所需的時間流盡所需的時間 t2 ；則這兩個時間之比，即為被測液體在；則這兩個時間之比，即為被測液體在 t 下的下的恩氏粘度。恩氏粘度。E12tt62 6.317.31 E10m /sE注意：注意：恩氏粘度與運動粘度間有下列關(guān)系：恩氏粘度與

17、運動粘度間有下列關(guān)系：Institute of Mechatronics & Logistics Equipment上海交通大學機電控制與物流裝備研究所上海交通大學機電控制與物流裝備研究所溫度升高，粘度下降；溫度溫度升高，粘度下降；溫度降低，粘度增大。降低，粘度增大。上述粘度隨溫度的這一變化特性，被稱之上述粘度隨溫度的這一變化特性，被稱之為為粘溫特性粘溫特性。一般用粘度指數(shù)一般用粘度指數(shù) V.I 來度量液體的粘溫特來度量液體的粘溫特性。性。粘度指數(shù)粘度指數(shù) V.I=被測液體的粘度隨溫度變化的程度被測液體的粘度隨溫度變化的程度標準液體的粘度隨溫度變化的程度標準液體的粘度隨溫度變化的程度Insti

18、tute of Mechatronics & Logistics Equipment上海交通大學機電控制與物流裝備研究所上海交通大學機電控制與物流裝備研究所0t00()(1) t tet式中，式中， 和和 分別為溫度分別為溫度 和和 時該時該液壓油的動力粘度，液壓油的動力粘度， 為決定該液壓油物為決定該液壓油物理性質(zhì)的系數(shù)，也稱為粘溫系數(shù)，對于石理性質(zhì)的系數(shù)，也稱為粘溫系數(shù)，對于石油基礦物液壓油，油基礦物液壓油， 。t0tt02(1/ C)1.83.6 10注意：注意：當工作溫度在當工作溫度在 3070，石油基礦石油基礦物液壓油的粘溫系數(shù)取為物液壓油的粘溫系數(shù)取為 。 1/23Institut

19、e of Mechatronics & Logistics Equipment上海交通大學機電控制與物流裝備研究所上海交通大學機電控制與物流裝備研究所液體的粘度隨壓力的增大而液體的粘度隨壓力的增大而增大。（增大。（問題：為什么？問題：為什么？）注意：注意：上述結(jié)論在低壓時不明顯，而在高上述結(jié)論在低壓時不明顯，而在高壓下比較明顯。壓下比較明顯。壓力對粘度的影響可用下式表示：壓力對粘度的影響可用下式表示：p00(1)pep式中，式中， 是液體的壓力，是液體的壓力， 和和 分別是壓分別是壓力為力為 和和1個大氣壓時的液體動力粘度，個大氣壓時的液體動力粘度， 被稱為粘壓系數(shù)，對于石油基礦物液壓油，被稱

20、為粘壓系數(shù)，對于石油基礦物液壓油， 0pppInstitute of Mechatronics & Logistics Equipment上海交通大學機電控制與物流裝備研究所上海交通大學機電控制與物流裝備研究所 可近似取為：可近似取為：1/432 。結(jié)論：結(jié)論：綜合壓力和溫度對液體粘度大小綜合壓力和溫度對液體粘度大小的關(guān)系式為：的關(guān)系式為：00()pt te其中：其中： 是壓力為是壓力為 ，溫度為，溫度為 時的時的 粘度；粘度； 是壓力為是壓力為 1個大氣壓個大氣壓 ，溫度為，溫度為 時的粘度。時的粘度。0ptt0Institute of Mechatronics & Logistics Eq

21、uipment上海交通大學機電控制與物流裝備研究所上海交通大學機電控制與物流裝備研究所液體中所含氣體的體積百液體中所含氣體的體積百分數(shù)。分數(shù)。注意：注意：液體中的空氣有液體中的空氣有混入混入和和溶入溶入兩種。兩種。問題：問題：什么叫空氣的混入和溶入？對液體什么叫空氣的混入和溶入？對液體物理性質(zhì)有什么影響？物理性質(zhì)有什么影響？Institute of Mechatronics & Logistics Equipment上海交通大學機電控制與物流裝備研究所上海交通大學機電控制與物流裝備研究所當液體中混入了空氣，則液體的動力粘度當液體中混入了空氣，則液體的動力粘度可按式：可按式： 計算。計算。B0(

22、1 0.015 )B式中，式中， 為混入空氣的體積百分數(shù)，為混入空氣的體積百分數(shù)， 為為未混入空氣時的液體的動力粘度，未混入空氣時的液體的動力粘度， 為混為混入入 的空氣時的液體的動力粘度。的空氣時的液體的動力粘度。B0BB過飽和的空氣將突然自液體過飽和的空氣將突然自液體中分離出來而產(chǎn)生大量氣泡時所對應(yīng)的液中分離出來而產(chǎn)生大量氣泡時所對應(yīng)的液體壓力，一般用字母體壓力，一般用字母 表示。表示。gpInstitute of Mechatronics & Logistics Equipment上海交通大學機電控制與物流裝備研究所上海交通大學機電控制與物流裝備研究所注意：注意：溫度升高，空氣溶解量和混

23、入量大，溫度升高，空氣溶解量和混入量大，則液壓油的空氣分離壓增大。則液壓油的空氣分離壓增大。在一定的溫度下，當液體的在一定的溫度下，當液體的壓力低于某一數(shù)值時，液體將迅速汽化，壓力低于某一數(shù)值時，液體將迅速汽化，產(chǎn)生大量氣泡而沸騰，此時所對應(yīng)的壓力產(chǎn)生大量氣泡而沸騰，此時所對應(yīng)的壓力被稱為該種液體在該溫度下的飽和蒸汽壓。被稱為該種液體在該溫度下的飽和蒸汽壓。注意：注意：一般而言，液體的飽和蒸汽壓隨溫一般而言，液體的飽和蒸汽壓隨溫度升高而增大。度升高而增大。液壓油的液壓油的飽和蒸汽壓很低。飽和蒸汽壓很低。Institute of Mechatronics & Logistics Equipmen

24、t上海交通大學機電控制與物流裝備研究所上海交通大學機電控制與物流裝備研究所單位體積內(nèi)空氣的質(zhì)量，單位體積內(nèi)空氣的質(zhì)量，用用 表示。表示。g00273.16pTp注意：注意：空氣的密度與溫度、壓力有關(guān)，一空氣的密度與溫度、壓力有關(guān)，一般分兩種情況計算，即般分兩種情況計算，即干空氣的密度為：干空氣的密度為：式中，式中， 為標準狀態(tài)下空氣的密度，為為標準狀態(tài)下空氣的密度，為 ； 為標準狀態(tài)下空氣的為標準狀態(tài)下空氣的0301.293kg/m0pInstitute of Mechatronics & Logistics Equipment上海交通大學機電控制與物流裝備研究所上海交通大學機電控制與物流裝備

25、研究所00.1013MPapT273.16 Tt濕空氣的密度為：濕空氣的密度為：bs00.0378273.160.1013ppT式中，式中， 為飽和空氣中水蒸氣的分壓力；為飽和空氣中水蒸氣的分壓力； 為空氣的相對濕度。為空氣的相對濕度。bp壓力，壓力， ； 為熱力學溫度，為熱力學溫度， ，單位為，單位為K；t 為溫度。為溫度。 Institute of Mechatronics & Logistics Equipment上海交通大學機電控制與物流裝備研究所上海交通大學機電控制與物流裝備研究所氣體的粘性受溫度的影氣體的粘性受溫度的影響較大，受壓力影響甚微。響較大，受壓力影響甚微。結(jié)論：結(jié)論：溫度

26、升高，溫度升高，氣體的粘度增大。氣體的粘度增大。 （為什么？為什么？）氣體體積隨壓氣體體積隨壓力增大而減小的性質(zhì)稱為氣體的壓縮性；力增大而減小的性質(zhì)稱為氣體的壓縮性；氣體體積隨溫度升高而增大的性質(zhì)稱為氣氣體體積隨溫度升高而增大的性質(zhì)稱為氣體的膨脹性。體的膨脹性。Institute of Mechatronics & Logistics Equipment上海交通大學機電控制與物流裝備研究所上海交通大學機電控制與物流裝備研究所含有水蒸氣的含有水蒸氣的氣。通常用氣。通常用濕濕度度和和含濕量含濕量來表示濕空氣所含的水量大小。來表示濕空氣所含的水量大小。濕度又有濕度又有絕對濕度絕對濕度和和相對濕度相對

27、濕度之分。之分。每一立方米的濕空氣中所含水每一立方米的濕空氣中所含水蒸氣的質(zhì)量；通常用蒸氣的質(zhì)量；通常用 表示，即表示，即 smV；單位：；單位：kg/m3。另外，也可用下式表示絕對濕度。另外，也可用下式表示絕對濕度。Institute of Mechatronics & Logistics Equipment上海交通大學機電控制與物流裝備研究所上海交通大學機電控制與物流裝備研究所ssspRT式中：式中： 水蒸氣的質(zhì)量，單位為水蒸氣的質(zhì)量，單位為kg； 濕空氣的體積，單位為濕空氣的體積，單位為m3； 水蒸氣的密度，單位為水蒸氣的密度，單位為kg/ m3 ； 水蒸氣的分壓力，單位為水蒸氣的分壓力

28、，單位為Pa； 水蒸氣的氣體常數(shù)，水蒸氣的氣體常數(shù)， 462.05J/(kg.K)； 熱力學溫度，單位為熱力學溫度，單位為K。smVsspsRsRTInstitute of Mechatronics & Logistics Equipment上海交通大學機電控制與物流裝備研究所上海交通大學機電控制與物流裝備研究所在一定溫度下，一立方米在一定溫度下，一立方米飽和濕空氣中所含水蒸氣的質(zhì)量；用飽和濕空氣中所含水蒸氣的質(zhì)量；用 表表示飽和絕對濕度的大小，即示飽和絕對濕度的大小，即bbbspRT式中：式中： 飽和濕空氣中水蒸氣的密度，飽和濕空氣中水蒸氣的密度， 單位為單位為kg/ m3 ； 飽和濕空氣中

29、水蒸氣的分壓力，飽和濕空氣中水蒸氣的分壓力， 單位為單位為Pa。bbpbInstitute of Mechatronics & Logistics Equipment上海交通大學機電控制與物流裝備研究所上海交通大學機電控制與物流裝備研究所在同一溫度下，濕空氣的絕在同一溫度下，濕空氣的絕對濕度與飽和絕對濕度之比；用對濕度與飽和絕對濕度之比；用 表示表示，即，即sbb100%100%pp結(jié)論：結(jié)論：當當 ，即，即 時，空氣絕對干時，空氣絕對干燥；當燥；當 ，即，即 時，空氣達到飽時，空氣達到飽和濕度。和濕度。 0100s0psbppInstitute of Mechatronics & Logis

30、tics Equipment上海交通大學機電控制與物流裝備研究所上海交通大學機電控制與物流裝備研究所分有分有質(zhì)量含濕量質(zhì)量含濕量和和容積含濕量容積含濕量。質(zhì)量含濕量：質(zhì)量含濕量：每千克質(zhì)量的干空氣中所混每千克質(zhì)量的干空氣中所混合的水蒸氣的質(zhì)量；用合的水蒸氣的質(zhì)量；用 表示，表示，即即ssbbgg622622mppdmpppd式中：式中： 水蒸氣的質(zhì)量，單位為水蒸氣的質(zhì)量，單位為g； 干空氣的質(zhì)量，單位為干空氣的質(zhì)量，單位為kg； 飽和水蒸氣的分壓力，單位為飽和水蒸氣的分壓力，單位為MPa； 濕空氣的全壓力，單位為濕空氣的全壓力，單位為MPa。smgmbpp (g/kg)Institute of

31、 Mechatronics & Logistics Equipment上海交通大學機電控制與物流裝備研究所上海交通大學機電控制與物流裝備研究所容積含濕量：容積含濕量：與單位體積干空氣混合的與單位體積干空氣混合的水蒸氣的質(zhì)量，用水蒸氣的質(zhì)量，用 表示，即表示，即dgdd(kg/m3)結(jié)論：結(jié)論：當氣溫下降時空氣的含濕量降低。當氣溫下降時空氣的含濕量降低。式中：式中： 質(zhì)量含濕量，單位為質(zhì)量含濕量，單位為g/kg； 干空氣的密度，單位為干空氣的密度，單位為kg/m3 。gdInstitute of Mechatronics & Logistics Equipment上海交通大學機電控制與物流裝備研

32、究所上海交通大學機電控制與物流裝備研究所每小時從壓縮空氣中每小時從壓縮空氣中析出水的質(zhì)量，用析出水的質(zhì)量，用 表示，即表示，即1b122b21mzb1b2()60()ppTQqddppT(kg/h)mQ式中：式中： 從外界吸入壓縮機的空氣流量，從外界吸入壓縮機的空氣流量， 單位為單位為m3 /min; 壓縮前空氣的相對濕度；壓縮前空氣的相對濕度； 分別為壓縮前空氣的溫度分別為壓縮前空氣的溫度(單位為單位為 K) 和絕對全壓力和絕對全壓力 (單位為單位為MPa)；zq11、TpInstitute of Mechatronics & Logistics Equipment上海交通大學機電控制與物流

33、裝備研究所上海交通大學機電控制與物流裝備研究所 分別為壓縮后空氣的溫度分別為壓縮后空氣的溫度(單位為單位為 K ) 和絕對全壓力和絕對全壓力 (單位為單位為MPa)； 分別為溫度分別為溫度 時飽和空氣中水蒸時飽和空氣中水蒸 氣的絕對分壓力氣的絕對分壓力 (單位為單位為MPa) 和和 飽和容積含濕量飽和容積含濕量 (單位為單位為kg/m3 ) ； 分別為溫度分別為溫度 時飽和空氣中水蒸時飽和空氣中水蒸 氣的絕對分壓力氣的絕對分壓力 (單位為單位為MPa) 和和 飽和容積含濕量飽和容積含濕量 (單位為單位為kg/m3 ) 。22、Tpb1b1、pdb2b2、pd1T2TInstitute of M

34、echatronics & Logistics Equipment上海交通大學機電控制與物流裝備研究所上海交通大學機電控制與物流裝備研究所q 流體靜力學流體靜力學要點：要點：1 1）流體靜力學的主要研究內(nèi)容）流體靜力學的主要研究內(nèi)容2 2）靜止液體中的壓力及其特性）靜止液體中的壓力及其特性3 3）靜止液體的平衡方程）靜止液體的平衡方程4 4）壓力的傳遞與表示）壓力的傳遞與表示5 5）靜壓力對固體壁面的作用力）靜壓力對固體壁面的作用力Institute of Mechatronics & Logistics Equipment上海交通大學機電控制與物流裝備研究所上海交通大學機電控制與物流裝備研究

35、所研究相對靜止流體的平衡研究相對靜止流體的平衡規(guī)律，壓力分布規(guī)律以及這些規(guī)律的應(yīng)規(guī)律，壓力分布規(guī)律以及這些規(guī)律的應(yīng)用。用。 1 1）靜壓力的特性；靜壓力的特性； 2 2）靜止液體的平衡與壓力分布；靜止液體的平衡與壓力分布； 3 3）靜壓力對固體壁面的作用力。靜壓力對固體壁面的作用力。Institute of Mechatronics & Logistics Equipment上海交通大學機電控制與物流裝備研究所上海交通大學機電控制與物流裝備研究所靜止液體靜止液體：指液體內(nèi)部質(zhì)點之間沒有相：指液體內(nèi)部質(zhì)點之間沒有相對運動，與盛裝液體的容器是否運動無對運動，與盛裝液體的容器是否運動無關(guān)。關(guān)。靜止液

36、體的特性靜止液體的特性：不呈現(xiàn)粘性，亦不顯：不呈現(xiàn)粘性，亦不顯示切力，則靜止液體在表面上只受到法示切力，則靜止液體在表面上只受到法向力的作用。向力的作用。Institute of Mechatronics & Logistics Equipment上海交通大學機電控制與物流裝備研究所上海交通大學機電控制與物流裝備研究所靜止液體在單位面積上受到的靜止液體在單位面積上受到的法向力，在液壓傳動技術(shù)中簡稱為壓力。法向力，在液壓傳動技術(shù)中簡稱為壓力。液體靜壓力垂直于承壓面，其方向液體靜壓力垂直于承壓面，其方向和該面的內(nèi)法線方向一致；和該面的內(nèi)法線方向一致；靜止液體內(nèi)任一點所受到的壓力在靜止液體內(nèi)任一點所

37、受到的壓力在各個方向上都相等。各個方向上都相等。Institute of Mechatronics & Logistics Equipment上海交通大學機電控制與物流裝備研究所上海交通大學機電控制與物流裝備研究所對于對于靜止液體而言，壓力相同靜止液體而言，壓力相同的點所組成的面。等壓面垂直于質(zhì)量力。的點所組成的面。等壓面垂直于質(zhì)量力。這里主要想探討相對靜止液體的平衡規(guī)律。這里主要想探討相對靜止液體的平衡規(guī)律。條件：條件：相對靜止液體只受到以相對靜止液體只受到以 X、Y 、Z表示的質(zhì)量力和由靜壓力產(chǎn)生的表面力的表示的質(zhì)量力和由靜壓力產(chǎn)生的表面力的作用，液體密度為作用，液體密度為 。Instit

38、ute of Mechatronics & Logistics Equipment上海交通大學機電控制與物流裝備研究所上海交通大學機電控制與物流裝備研究所如右圖，如右圖，在相對靜止液體內(nèi)取一微在相對靜止液體內(nèi)取一微小正六面體，其相互垂直小正六面體，其相互垂直的三邊邊長分別為的三邊邊長分別為dx，dy，dz，A 點為該點為該正六面體的正六面體的中心，中心，A 點上的壓力為點上的壓力為 ， 是空間點的連續(xù)函數(shù)，則是空間點的連續(xù)函數(shù)，則正六面體各面上的平均壓正六面體各面上的平均壓力分別為：力分別為：xzydydxdzoAF12pdyyp12pdyypppInstitute of Mechatroni

39、cs & Logistics Equipment上海交通大學機電控制與物流裝備研究所上海交通大學機電控制與物流裝備研究所11 ; 22pppdypdyyy11 ; 22pppdxpdxxx11 ; 22pppdzpdzzz進而，可依次得到進而，可依次得到x，y，z 方向的力平衡方向的力平衡方程為：方程為：Institute of Mechatronics & Logistics Equipment上海交通大學機電控制與物流裝備研究所上海交通大學機電控制與物流裝備研究所x 方向：方向：11022dydzdydzXpppdxpdxdxdydzxxy 方向：方向：11022dzdxdzdxYpppd

40、ypdydxdydzyyz 方向：方向：11022dxdydxdyZpppdzpdzdxdydzzzInstitute of Mechatronics & Logistics Equipment上海交通大學機電控制與物流裝備研究所上海交通大學機電控制與物流裝備研究所整理上述三個方程得：整理上述三個方程得：101010pXxpYypZz依次以依次以dx，dy，dz 乘上述方程中的三式，乘上述方程中的三式，然后相加可得到下式：然后相加可得到下式：10Xpppdx YdyZdzdxdydzxyzInstitute of Mechatronics & Logistics Equipment上海交通大學

41、機電控制與物流裝備研究所上海交通大學機電控制與物流裝備研究所由于由于 是是 x，y，z 的函數(shù)，故的函數(shù)，故 的全微的全微分形式為：分形式為： pppppdpdxdydzxyz所以前式可簡化為：所以前式可簡化為：0dpXdx YdyZdz注意：注意：上式即為相對靜止液體的力平衡上式即為相對靜止液體的力平衡方程式。方程式。Institute of Mechatronics & Logistics Equipment上海交通大學機電控制與物流裝備研究所上海交通大學機電控制與物流裝備研究所在重力場中，作用于液體的質(zhì)量力只有向在重力場中，作用于液體的質(zhì)量力只有向著地心的重力，通常與直角坐標系中的著地心

42、的重力，通常與直角坐標系中的 z 方向相反，所以在重力場中有：方向相反，所以在重力場中有：0 ; 0 ; XYZg則由則由相對靜止液體的力平衡方程式得到：相對靜止液體的力平衡方程式得到：0dpgdz積分上式得：積分上式得：pgzCzH0pzhInstitute of Mechatronics & Logistics Equipment上海交通大學機電控制與物流裝備研究所上海交通大學機電控制與物流裝備研究所因為因為z =H 時，時， ，則上式中得積分常，則上式中得積分常數(shù)數(shù) C 為為 0pp0CpgH所以所以00()ppg Hzpgh注意：注意：上式即為重力場中靜止液體中任上式即為重力場中靜止液

43、體中任一點的壓力分布規(guī)律。一點的壓力分布規(guī)律。Institute of Mechatronics & Logistics Equipment上海交通大學機電控制與物流裝備研究所上海交通大學機電控制與物流裝備研究所重力場作用下，靜止液體中的任一點壓力重力場作用下，靜止液體中的任一點壓力只是坐標軸只是坐標軸 z z 的函數(shù)，并隨著深度的函數(shù)，并隨著深度h h 的增加的增加而增大；而增大；2 2）重力場作用下，靜止液體中的任一點壓力重力場作用下，靜止液體中的任一點壓力由液面壓力由液面壓力 和液體自重所引起的壓力和液體自重所引起的壓力組成；組成；3 3）重力場作用下，靜止液體中的等壓面為水重力場作用下

44、，靜止液體中的等壓面為水平面；平面；4 4）所有的等壓面均與質(zhì)量力即重力相垂直。所有的等壓面均與質(zhì)量力即重力相垂直。0pghInstitute of Mechatronics & Logistics Equipment上海交通大學機電控制與物流裝備研究所上海交通大學機電控制與物流裝備研究所壓力有兩種表示方法：壓力有兩種表示方法：1 1）絕對壓力絕對壓力 以絕對零壓力作為基準所以絕對零壓力作為基準所表示的壓力；表示的壓力；2 2）相對壓力相對壓力 以當?shù)卮髿鈮毫榛鶞仕援數(shù)卮髿鈮毫榛鶞仕硎镜膲毫Α１硎镜膲毫?。真空度大氣壓力絕對壓力真空度大氣壓力絕對壓力Institute of Mechat

45、ronics & Logistics Equipment上海交通大學機電控制與物流裝備研究所上海交通大學機電控制與物流裝備研究所絕對壓力與相對壓力間的關(guān)系如下圖絕對壓力與相對壓力間的關(guān)系如下圖所示：所示：a pp papa pp0 p0 大氣壓力大氣壓力絕對壓力絕對壓力表壓力表壓力真空度真空度絕對壓力絕對壓力絕對真空絕對真空Institute of Mechatronics & Logistics Equipment上海交通大學機電控制與物流裝備研究所上海交通大學機電控制與物流裝備研究所在密閉的容器內(nèi)，施加于在密閉的容器內(nèi)，施加于靜止液體上的壓力將以等值傳遞到液體靜止液體上的壓力將以等值傳遞到

46、液體中的所有各點。中的所有各點。 是液壓傳動技術(shù)的基本原理。是液壓傳動技術(shù)的基本原理。Institute of Mechatronics & Logistics Equipment上海交通大學機電控制與物流裝備研究所上海交通大學機電控制與物流裝備研究所pdAAFpdA液體對固壁作用所產(chǎn)生的總作用力必定液體對固壁作用所產(chǎn)生的總作用力必定垂直于作用面，如果壓力為垂直于作用面，如果壓力為 ，微元面，微元面積為積為 ，則在微元面積，則在微元面積 上的微小作上的微小作用力為用力為 ，所以，垂直于作用面的總，所以，垂直于作用面的總作用力作用力 為為dApdAFInstitute of Mechatroni

47、cs & Logistics Equipment上海交通大學機電控制與物流裝備研究所上海交通大學機電控制與物流裝備研究所此時，靜壓力作用在固體壁面上的總力此時，靜壓力作用在固體壁面上的總力 等于壓力等于壓力 與承壓面積與承壓面積 的乘積，的乘積，且作用方向垂直于承壓表面，即且作用方向垂直于承壓表面，即FpAFpAInstitute of Mechatronics & Logistics Equipment上海交通大學機電控制與物流裝備研究所上海交通大學機電控制與物流裝備研究所FA如下圖所示，設(shè)一平面如下圖所示，設(shè)一平面 受到受到液體的作用，液面壓力為液體的作用，液面壓力為 ，試求該，試求該平平

48、面上受到的總作用力面上受到的總作用力 ，以及總作用，以及總作用力力的坐標。的坐標。0p0poyxycyFydFCDFhchInstitute of Mechatronics & Logistics Equipment上海交通大學機電控制與物流裝備研究所上海交通大學機電控制與物流裝備研究所dA如圖所示，則在任意微小面積如圖所示，則在任意微小面積 處處的壓力的壓力 為：為： 。py0poyxcyFydFCDFhch00sinppghpgy所以，該平面上受到的總作用力為：所以，該平面上受到的總作用力為：0 (sin )AAFpdApgydA或或0 sin AAFpdAp AgydAInstitute

49、 of Mechatronics & Logistics Equipment上海交通大學機電控制與物流裝備研究所上海交通大學機電控制與物流裝備研究所因為：因為：cAydAy A其中，其中， 是平面是平面 A 的形心的形心 C 至至 ox 軸的軸的距離，距離，cy又因為：又因為：ccsinyh所以總作用力為：所以總作用力為：00c0c sin sin()AAFpdAp AgydAp AgAypgh AInstitute of Mechatronics & Logistics Equipment上海交通大學機電控制與物流裝備研究所上海交通大學機電控制與物流裝備研究所此時，靜壓力作用在曲面某一方向上

50、的此時，靜壓力作用在曲面某一方向上的總力總力 等于壓力等于壓力 與曲面在該方向投與曲面在該方向投影面積影面積 的乘積，即的乘積，即xFxAxxFpApInstitute of Mechatronics & Logistics Equipment上海交通大學機電控制與物流裝備研究所上海交通大學機電控制與物流裝備研究所如下圖所示，有一曲面如下圖所示，有一曲面A A，試求，試求作用于該曲面上的總作用力作用于該曲面上的總作用力 。FhxdFydFdFxdAydAdAx=sindAdAy=cosdAdAInstitute of Mechatronics & Logistics Equipment上海交通

51、大學機電控制與物流裝備研究所上海交通大學機電控制與物流裝備研究所如圖所示，在曲面上任意點取微小面如圖所示，在曲面上任意點取微小面積積 ，則該面積上的微小作用力，則該面積上的微小作用力 為：為：dFdA0()dFpdApgh dA現(xiàn)將現(xiàn)將 分解為分解為 和和 ，即，即xdFydFdF00 xxxyyy=sinsin()=coscos()dFdFpdApdApgh dAdFdFpdApdApgh dA對上兩式分別積分得：對上兩式分別積分得：00 xxcxyyy=Fp Agh AFp Ag hdAInstitute of Mechatronics & Logistics Equipment上海交通大

52、學機電控制與物流裝備研究所上海交通大學機電控制與物流裝備研究所其中，其中， 是面積是面積 在垂直面的投影，在垂直面的投影， 是是 的形心至液面的垂直距離；的形心至液面的垂直距離； 是曲是曲面上的液體體積面上的液體體積 ， 是面積是面積 在水平在水平面內(nèi)的投影。面內(nèi)的投影。xAAchxAVyhdA進而有：進而有：00yyyy=Fp Ag hdAp AgVyAA故合成得到總作用力故合成得到總作用力 為：為：F22xyFFFInstitute of Mechatronics & Logistics Equipment上海交通大學機電控制與物流裝備研究所上海交通大學機電控制與物流裝備研究所如下圖所示，

53、試求出測壓管中如下圖所示，試求出測壓管中油液上升的高度為多少？油液上升的高度為多少？FdGxph11如圖所示，取等壓面為如圖所示，取等壓面為1-1。則柱塞底部的壓力為：則柱塞底部的壓力為：2aa 4()()FGppdpg hxInstitute of Mechatronics & Logistics Equipment上海交通大學機電控制與物流裝備研究所上海交通大學機電控制與物流裝備研究所所以有：所以有：24() hFGxg d如下圖所示，兩液壓缸中的壓如下圖所示，兩液壓缸中的壓力為多少？力為多少？FFDDddInstitute of Mechatronics & Logistics Equi

54、pment上海交通大學機電控制與物流裝備研究所上海交通大學機電控制與物流裝備研究所等壓面方程：等壓面方程： ；為水平面。；為水平面。Zg壓力分布：壓力分布：0ppghInstitute of Mechatronics & Logistics Equipment上海交通大學機電控制與物流裝備研究所上海交通大學機電控制與物流裝備研究所0adxgdzazx等壓面方程：等壓面方程： ；積分得：積分得：paxgzc由邊界條件得：由邊界條件得： 0cp壓力分布：壓力分布：0ppaxgzInstitute of Mechatronics & Logistics Equipment上海交通大學機電控制與物流裝

55、備研究所上海交通大學機電控制與物流裝備研究所22 XxYyZg此時：此時：z0 x等壓面方程：等壓面方程：222rgzCInstitute of Mechatronics & Logistics Equipment上海交通大學機電控制與物流裝備研究所上海交通大學機電控制與物流裝備研究所22222222 2gzxxpCrgzC壓力分布：壓力分布：由邊界條件由邊界條件 時時 得：得：0Cp0 , 0rz0pp則：則：0222rppgzInstitute of Mechatronics & Logistics Equipment上海交通大學機電控制與物流裝備研究所上海交通大學機電控制與物流裝備研究所

56、q 流體運動學與動力學流體運動學與動力學要點：要點：1 1）流體運動學、動力學的主要內(nèi)容）流體運動學、動力學的主要內(nèi)容2 2）基本概念）基本概念3 3）流量連續(xù)性方程）流量連續(xù)性方程4 4）能量方程（伯努利方程）能量方程（伯努利方程）5 5）動量方程）動量方程6 6）氣體流動基本方程）氣體流動基本方程Institute of Mechatronics & Logistics Equipment上海交通大學機電控制與物流裝備研究所上海交通大學機電控制與物流裝備研究所要點要點（續(xù)）（續(xù)） ：7 7） 管道流動管道流動8 8） 孔口流動孔口流動9 9） 縫隙流動縫隙流動1010）瞬變流動）瞬變流動I

57、nstitute of Mechatronics & Logistics Equipment上海交通大學機電控制與物流裝備研究所上海交通大學機電控制與物流裝備研究所主要研究流體的運動規(guī)律。主要研究流體的運動規(guī)律。主要研究作用于流體上的主要研究作用于流體上的力以及與流體運動之間的關(guān)系。力以及與流體運動之間的關(guān)系。Institute of Mechatronics & Logistics Equipment上海交通大學機電控制與物流裝備研究所上海交通大學機電控制與物流裝備研究所一維流動一維流動一維流動一維流動二維流動二維流動二維流動二維流動Institute of Mechatronics & L

58、ogistics Equipment上海交通大學機電控制與物流裝備研究所上海交通大學機電控制與物流裝備研究所流體質(zhì)點空間運動的軌跡。流體質(zhì)點空間運動的軌跡。是流場中的一條曲線，曲線上每是流場中的一條曲線，曲線上每一質(zhì)點的速度向量與該條曲線一質(zhì)點的速度向量與該條曲線相切相切，即，即流線代表了某一瞬時一群流體質(zhì)點的流線代表了某一瞬時一群流體質(zhì)點的流流速方向速方向。跡線跡線流線流線Institute of Mechatronics & Logistics Equipment上海交通大學機電控制與物流裝備研究所上海交通大學機電控制與物流裝備研究所過流場中任意不屬于流線的封閉過流場中任意不屬于流線的封閉

59、曲線上的每一點作流線，這些流線組成曲線上的每一點作流線，這些流線組成的表面。的表面。流管內(nèi)的流線群。流管內(nèi)的流線群。1 1）流線間不可能相交，流線也不能突然）流線間不可能相交，流線也不能突然轉(zhuǎn)折；轉(zhuǎn)折；2 2）當流管截面無限縮小趨于零時，流管）當流管截面無限縮小趨于零時，流管變成變成微小流管微小流管，流束變成，流束變成微小流束微小流束。Institute of Mechatronics & Logistics Equipment上海交通大學機電控制與物流裝備研究所上海交通大學機電控制與物流裝備研究所流線流線彼此平行彼此平行的流動。的流動。流線間流線間夾角很小夾角很小，或流線，或流線曲曲率很小率

60、很小的流動。的流動。與流束中的所有流線正交的與流束中的所有流線正交的截面。截面。 VqtqL/minInstitute of Mechatronics & Logistics Equipment上海交通大學機電控制與物流裝備研究所上海交通大學機電控制與物流裝備研究所在實際計算流量時，通常用下述公式計在實際計算流量時，通常用下述公式計算，即算，即AqudA通流截面上的流速是各點相等通流截面上的流速是各點相等的，該速度值與通流截面的乘積正好就是的，該速度值與通流截面的乘積正好就是通過該通流截面的流量，即通過該通流截面的流量，即qvAInstitute of Mechatronics & Logis