第三節(jié)_液體流動的力學規(guī)律

1、第一章 流體力學基礎(chǔ)n流體傳動介質(zhì)的特性n靜止液體的力學規(guī)律n流動液體的力學規(guī)律n管路系統(tǒng)流動分析n液壓系統(tǒng)的氣穴與液壓沖擊現(xiàn)象1.3 流動液體的力學規(guī)律n基本概念n連續(xù)性方程n伯努利方程1.3.1 基本概念n理想液體: 既不可壓縮又無粘性的液體n理想氣體: 可壓縮但沒有粘性的氣體n一維定常流動: 即流場中速度與壓力只是空間點的位置的函數(shù)而與時間無關(guān)，則稱流場中的流動為定常流動。在定常流動條件下，如果通過適當選擇坐標（包括曲線坐標）后，使流速與壓力只是一個坐標的函數(shù)，則稱這樣的流動為一維定常流動 。圖1、圖21.3.1 基本概念n通流截面:在流場中作一面。若該面與通過面上的每一條流線都垂直，則

2、稱該面為通流截面 n流量:單位時間內(nèi)流過某通流截面的流體體積 法定單位: 米3/秒(m3/s) 工程中常用升/分（L/min）n通流截面上的平均流速:圖27 流線、流束與通流截面AdAqAdAqAAqAq1.3.1 基本概念n流動液體中的壓力和能量: 由于存在運動，所以理想流體流動時除了具有壓力能與位能外，還具有動能。即流動理想流體具有壓力能，位能和動能三種能量形式n單位重量的壓力能:n單位重量的位能: Zn單位重量的動能:gpg221.3.2 連續(xù)性方程:質(zhì)量守恒定律在流動液體情況下的具體應(yīng)用nq=A=常數(shù) n不可壓縮流體作定常流動時，通過流束（或管道）的任一通流截面的流量相等n通過通流截面

3、的流速則與通流截面的面積成反比 n圖31.3.3 伯努利方程(能量方程):能量守恒定律在流動液體中的表達形式n理想液體的伯努利方程n實際液體的伯努利方程n伯努利方程應(yīng)用實例理想液體的伯努利方程 （圖4）圖2-8 伯努利方程推導簡圖n理想液體定常流動時，液體的任一 通流截面上的總比能（單位重量液 體的總能量）保持為定值。 總比能由比壓能（）、比位能（Z）和比動能（）組成，可以相互轉(zhuǎn)化。 由于方程中的每一項均以長度為量綱，所以亦分別稱為壓力水頭，位置水頭和速度水頭 靜壓力基本方程是伯努利方程的特例cgzgpgzgp2222222111cgzgp22gpg22實際液體的伯努利方程n:動能修正系數(shù),為

4、截面上單位時間內(nèi)流過液體所具有的實際動能，與按截面上平均流速計算的動能之比（層流時=2，紊流時=1）n :單位重量液體所消耗的能量 whwhgzgpgzgp22222211112121伯努利方程應(yīng)用實例n液壓泵吸油口處的真空度是油箱 液面壓力與吸油口處壓力p2之差。n液壓泵吸油口處的真空度卻不能 太大. 實踐中一般要求液壓泵的 吸油口的高度h不超過0.5米.圖2-10 液壓泵從油箱吸油1.4 管路系統(tǒng)流動分析n兩種流動狀態(tài)n定常管流的壓力損失n通過小孔的流動n通過間隙的流動1.4.1 兩種流動狀態(tài) 圖5n層流 n紊流 n雷諾數(shù):液體在圓管中的流動狀態(tài)決定于由管道中流體的平均流速、管道直徑d和液

5、體運動粘度這三個參數(shù)所組成的無量綱數(shù)的大小:n流動液體的雷諾數(shù)低于臨界雷諾數(shù)(由紊流轉(zhuǎn)變?yōu)閷恿?時，流動狀態(tài)為層流，反之液流的狀態(tài)為紊流n雷諾數(shù)的物理意義:流動液體的慣性力與粘性力之比 vdRe1.4.2 定常管流的壓力損失n層流時管截面上的速度分布 圖2-14 圓管中的層流1.4.2 定常管流的壓力損失n流量 式中 d:管道內(nèi)徑（m）； l:管道長度（m）； :流體的動力粘度（NS/m2）； =p1-p2:管道兩端的壓力差（N/m2）； pldrdrrdlppudAqd1282)4(4)(4222021p1.4.2 定常管流的壓力損失n沿程壓力損失 : 這種沿等直徑管流動時的壓力損失 :沿程

6、壓力損失系數(shù),其理論值為 . 當流動液體為液壓油時， p4128dlqp22Re6422dldlpRe64Re751.4.2 定常管流的壓力損失n局部壓力損失p : 在流經(jīng)閥口、管道截面變化、彎曲等處時，由于流動方向和速度變化及復雜的流動現(xiàn)象(旋渦，二次流等)而造成局部能量損失 稱為局部壓力損失系數(shù) 22p1.4.2 定常管流的壓力損失n管路系統(tǒng)的壓力損失和壓力效率 :整個管路系統(tǒng)的總壓力損失是系統(tǒng)中所有直管的沿程壓力損失和所有局部壓力損失之和n使用條件:管路系統(tǒng)中兩相鄰局部壓力損失之間距離足夠大（相連管徑的10-20倍） n系統(tǒng)動力元件所供的工作壓力: n管路系統(tǒng)的壓力效率 2221211i

7、nkiiikiiiiniidlppppw泵泵泵泵泵pppppppwLp11.4.3 通過小孔的流動 圖6 在液壓與氣壓傳動中常用通過改變閥口通流截面積或通過通流通道的長短來控制流量的節(jié)流裝置節(jié)流裝置來實現(xiàn)流量控制。這種節(jié)流裝置的通流截面一般為不同形式的小孔。n通過薄壁小孔(孔的通流長度l與孔徑d之比l/d0.5 )的流動n通過細長小孔(小孔的長徑比l/d4)的流動 通過薄壁小孔的流動 稱為小孔流量系數(shù)n通過薄壁小孔的流量與液體粘度無關(guān)，因而流量受液體溫度影響較小.但流量與孔口前后壓差的關(guān)系是非線性的 pAcpAccAqdc2202ccccd圖2-15 液體在薄壁小孔中的流動通過細長小孔的流動

8、是細長小孔的通流截面積n液體流經(jīng)細長小孔的流量將隨液體溫度的變化而變化。 但細長小孔的流量與孔前后的壓差關(guān)系是線性的pAldlpdq321282424dA1.4.3 通過小孔的流動n統(tǒng)一的經(jīng)過小孔的流量公式 式中 A:孔的通流截面積，p:孔前后壓差， m:由孔結(jié)構(gòu)形式?jīng)Q定的指數(shù),0.5m1 k:由孔口形式有關(guān)的系數(shù) 當孔為薄壁小孔時，m=0.5, 為細長小孔時m=1， mpKAq2dcK ldK3221.4.4 通過間隙的流動n配合間隙n泄漏:當流體流經(jīng)這些間隙時就會發(fā)生從壓力高處經(jīng)過間隙流到系統(tǒng)中壓力低處或直接進入大氣的現(xiàn)象(前者稱為內(nèi)泄漏，后者稱為外泄漏) n泄漏主要是由壓力差與間隙造成的n油