第二章流體力學(xué)

1、液壓與氣壓傳動(dòng)液壓與氣壓傳動(dòng)第二章第二章 液壓流體力學(xué)液壓流體力學(xué)機(jī)電工程學(xué)院液壓與氣壓傳動(dòng)教學(xué)內(nèi)容：教學(xué)內(nèi)容：l油液的主要物理性質(zhì)l靜力學(xué)和動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)l液體流動(dòng)時(shí)的壓力損失l孔口和縫隙流動(dòng) 機(jī)電工程學(xué)院液壓與氣壓傳動(dòng)2.1油液的主要物理性質(zhì)：油液的主要物理性質(zhì)：(1)密度和重度密度和重度l一、液體的密度l單位體積液體的質(zhì)量稱為液體的密度，通常用“”表示 l式中：V液體的體積，單位為m3；l m液體的質(zhì)量，單位為kg。l重度 是指其單位體積內(nèi)所含液體的重量)/(3mkgVmgVG機(jī)電工程學(xué)院液壓與氣壓傳動(dòng) 什么是油液的粘性呢？ 油液在外力作用下流動(dòng)時(shí)，液層間作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生內(nèi)摩擦力的性質(zhì)，叫做

2、油液的粘性。 摩擦阻力是油液粘性的表現(xiàn)形式。 液體表現(xiàn)出粘性的條件： 液體運(yùn)動(dòng)時(shí)才出現(xiàn)粘性，靜止油液不出現(xiàn)粘性。2.1油液的主要物理性質(zhì)：油液的主要物理性質(zhì)：(2)粘性粘性 機(jī)電工程學(xué)院液壓與氣壓傳動(dòng)牛頓內(nèi)摩擦定律：由試驗(yàn)得知，內(nèi)摩擦阻力T(N)與 油液層接觸面積A(m2)成正比 相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度du（m/s）成正比 而與油層距離dz（m）成反比 也與油液的性質(zhì)有關(guān)，即 (N) （21）式中的 即為動(dòng)力粘度，表征油液的性質(zhì)。2.1 (2)粘性粘性zdud+u轉(zhuǎn)到E:本地磁盤 E教學(xué)資料yeya液壓課件液壓課件深圳職業(yè)技術(shù)學(xué)院上課用的課件王守成版課件第二章 流體力學(xué)內(nèi)摩擦定律.swf動(dòng)畫dzduAT

3、機(jī)電工程學(xué)院液壓與氣壓傳動(dòng)牛頓內(nèi)摩擦定律：如以表示切應(yīng)力（即單位面積上的內(nèi)摩擦力），則 （N/m2)（2-2），此式稱為牛頓內(nèi)摩擦定律。動(dòng)力粘度的單位推導(dǎo)： 2.1 (2)粘性粘性 dzdusPas/mmmNdudzATdzduAT2機(jī)電工程學(xué)院液壓與氣壓傳動(dòng)2.1 (2)粘性粘性粘性的測(cè)試單位：（1）動(dòng)力粘度（Pas）： 1 Pas =10P（2）運(yùn)動(dòng)粘度： =/ （m2/s） ： 運(yùn)動(dòng)粘度的單位推導(dǎo)?（3）相對(duì)粘度：機(jī)電工程學(xué)院液壓與氣壓傳動(dòng)2.1 (2)粘性粘性粘性與壓力、溫度的關(guān)系：（1）一般而言，油液所受壓力增大，其粘性變大，在高壓時(shí)，壓力對(duì)粘性的影響表現(xiàn)尤為突出，而在中低壓時(shí)并不顯

4、著。（2）油液粘性對(duì)溫度十分敏感。當(dāng)油液溫度升高時(shí)，粘性下降，這種影響在低溫時(shí)更為突出。機(jī)電工程學(xué)院液壓與氣壓傳動(dòng)2.1 (2)粘性粘性l液體的粘性對(duì)于液壓系統(tǒng)的工作性能有何影響？l提示：泄漏，摩擦阻力機(jī)電工程學(xué)院液壓與氣壓傳動(dòng)2.1 (3)壓縮性壓縮性l壓縮系數(shù)l體積彈性系數(shù)dpVdVVdVdpK1機(jī)電工程學(xué)院液壓與氣壓傳動(dòng)2.2 流體靜力學(xué)流體靜力學(xué) 一、液體靜壓力：一、液體靜壓力：靜止液體在單位面積上所受的法向力稱為靜壓力。靜壓力在液壓傳動(dòng)中簡稱壓力,在物理學(xué)中則稱為壓強(qiáng)。 液體靜壓力有兩個(gè)重要特性:（1）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。（2）靜止液體內(nèi)任一點(diǎn)所受到

5、的壓力在各個(gè)方向上都相等。為什么？如果某點(diǎn)受到的壓力在某個(gè)方向上不相等,那么液體就會(huì)流動(dòng),這就違背了液體靜止的條件。)132(lim0AFpA機(jī)電工程學(xué)院液壓與氣壓傳動(dòng)2.2 流體靜力學(xué)流體靜力學(xué)二、重力作用下靜止液體的壓力分布規(guī)律二、重力作用下靜止液體的壓力分布規(guī)律p=p0+gh （2-16）式中，p為靜止液體中任意點(diǎn)的壓力，po為液面壓力；h為液體中任意點(diǎn)到液面的距離；為液體密度。結(jié)論：（1）在重力作用下，液體內(nèi)任意點(diǎn)的壓力與所處位置深度有關(guān)，在同一深度處壓力相等；（2）壓力由液面壓力po和重力引起的壓力gh兩部分組成。機(jī)電工程學(xué)院液壓與氣壓傳動(dòng)重力場(chǎng)中壓力分布規(guī)律的應(yīng)用：重力場(chǎng)中壓力分布

6、規(guī)律的應(yīng)用： 例2-1 如圖所示，容器內(nèi)盛油液。已知油的密度=900kg/m3，活塞上的作用力F=1000N，活塞的面積A=110-3m2，假設(shè)活塞的重量忽略不計(jì)。問活塞下方深度為h=0.5m處的壓力等于多少？ 2.2 流體靜力學(xué)流體靜力學(xué)機(jī)電工程學(xué)院液壓與氣壓傳動(dòng)解: 活塞與液體接觸面上的壓力均勻分布，有根據(jù)靜壓力的基本方程式（2-11），深度為h處的液體壓力 =106 +9009.80.5 =1.0044106(N/m2)106(Pa) 從本例可以看出，液體在受外界壓力作用的情況下，液體自重所形成的那部分壓力gh相對(duì)甚小，在液壓系統(tǒng)中?？珊雎圆挥?jì)，因而可近似認(rèn)為整個(gè)液體內(nèi)部的壓力是相等的。

7、以后我們?cè)诜治鲆簤合到y(tǒng)的壓力時(shí)，一般都采用這種結(jié)論。2.2 流體靜力學(xué)流體靜力學(xué)26230/101011000mNmNAFpghppa機(jī)電工程學(xué)院液壓與氣壓傳動(dòng)四、壓力表示法四、壓力表示法（1 1）壓力單位）壓力單位（2 2）絕對(duì)壓力、相對(duì)壓力及真空度）絕對(duì)壓力、相對(duì)壓力及真空度 根據(jù)度量方法的不同有所謂的表壓力又稱相對(duì)壓力和絕對(duì)壓力之分。以當(dāng)?shù)卮髿鈮毫榛鶞?zhǔn)所表示的壓力稱為表壓力。以絕對(duì)零壓力作為基準(zhǔn)所表示的壓力稱為絕對(duì)壓力。 如液體中某點(diǎn)處的絕對(duì)壓力小于大氣壓力，這時(shí)該點(diǎn)的絕對(duì)壓力比大氣壓力小的那部分壓力值，稱為真空度。所以 真空度=大氣壓力-絕對(duì)壓力2.2 流體靜力學(xué)流體靜力學(xué)機(jī)電工程學(xué)

8、院液壓與氣壓傳動(dòng) 有關(guān)表壓力、絕對(duì)壓力和真空度的關(guān)系見圖1-4。2.2 流體靜力學(xué)流體靜力學(xué)機(jī)電工程學(xué)院液壓與氣壓傳動(dòng)2.2 流體靜力學(xué)流體靜力學(xué)12AFAWP五、帕斯卡原理五、帕斯卡原理 （壓力的傳遞）（壓力的傳遞） 如圖所示建立了一個(gè)很重要的概念，即在液壓傳動(dòng)中工作的壓力取決于負(fù)載，而與流入的流體多少無關(guān)。機(jī)電工程學(xué)院液壓與氣壓傳動(dòng)2.2 流體靜力學(xué)流體靜力學(xué)六、液體對(duì)壁面作用力的計(jì)算六、液體對(duì)壁面作用力的計(jì)算 hchcp0p0機(jī)電工程學(xué)院液壓與氣壓傳動(dòng)2.2 流體靜力學(xué)流體靜力學(xué)機(jī)電工程學(xué)院液壓與氣壓傳動(dòng)2.2 流體靜力學(xué)流體靜力學(xué)由此可知，液體作用在曲面上某一方向的分力，等于液體壓力與

9、曲面在該方向的垂直平面上的投影面積的乘積。不計(jì)液重，有 Fx= po Ax Fy= po Ay機(jī)電工程學(xué)院液壓與氣壓傳動(dòng)2.2 流體靜力學(xué)流體靜力學(xué)例例2-32-3 圖2-9所示為一圓錐閥。閥口直徑為d，在錐閥的部分圓錐面上有油液作用，各處壓力均為p。試求油液對(duì)錐閥閥芯的總作用力。解解 由于閥芯左、右對(duì)稱，油液作用在閥芯上的總力在水平方向的分力Fx=0；垂直方向的分力即為總作用力，部分圓錐面在y向垂直平面內(nèi)的投影面積為 ，則油液對(duì)錐閥閥芯的總作用力為 F= Fy=p(d2/4)24d機(jī)電工程學(xué)院液壓與氣壓傳動(dòng)2.3 流體動(dòng)力學(xué)流體動(dòng)力學(xué)一、液體運(yùn)動(dòng)的基本概念一、液體運(yùn)動(dòng)的基本概念1、理想液體與

10、實(shí)際液體、理想液體與實(shí)際液體 恒定流動(dòng)與非恒定流動(dòng)恒定流動(dòng)與非恒定流動(dòng) 一維流動(dòng)、二維流動(dòng)、三維流動(dòng)一維流動(dòng)、二維流動(dòng)、三維流動(dòng)2、 流線、流管、流束、通流截面流線、流管、流束、通流截面 l流線是某一瞬間液流中一條條標(biāo)志其質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的曲線，在流線上各點(diǎn)的瞬時(shí)液流方向與該點(diǎn)的切線方向重合 機(jī)電工程學(xué)院液壓與氣壓傳動(dòng)2.3 流體動(dòng)力學(xué)流體動(dòng)力學(xué)l由于液流中每一點(diǎn)在每一瞬間只能有一個(gè)由于液流中每一點(diǎn)在每一瞬間只能有一個(gè)速度，因而流線既不能相交，也不能轉(zhuǎn)折，速度，因而流線既不能相交，也不能轉(zhuǎn)折，它是一條條光滑的曲線。它是一條條光滑的曲線。 l在流場(chǎng)內(nèi)作一條封閉曲線，過該曲線的所有流線所構(gòu)成的管狀表面

11、稱為流管流管，流管內(nèi)所有流線的集合稱為流束流束。根據(jù)流線不能相交的性質(zhì)，流管內(nèi)外的流線均不能穿越流管表面。機(jī)電工程學(xué)院液壓與氣壓傳動(dòng)2.3 流體動(dòng)力學(xué)流體動(dòng)力學(xué)過流斷面：過流斷面：與液體流動(dòng)方向相垂直的液體橫截面。 3 流量：流量：單位時(shí)間內(nèi)流過過流斷面的液體體積稱為流量。 推導(dǎo)：推導(dǎo)：單位時(shí)間內(nèi)流過某微小斷面的流量故總流量為udAdtudtdAdtdVdq AudAqAudAq機(jī)電工程學(xué)院液壓與氣壓傳動(dòng)2.3 流體動(dòng)力學(xué)流體動(dòng)力學(xué)平均流速：平均流速：通常以斷面上的平均速度來代替實(shí)際流速，即假想單位時(shí)間內(nèi)按平均流速流過過流斷面的液體體積等于按實(shí)際流速通過同一斷面的液體體積。即平均流速AudAA

12、AqAudAA 機(jī)電工程學(xué)院液壓與氣壓傳動(dòng)2.3 流體動(dòng)力學(xué)流體動(dòng)力學(xué)l4、層流、紊流、雷諾數(shù)、層流、紊流、雷諾數(shù)l層流：層流：液流是分層的，層與層之間互不干擾，液體的流動(dòng)狀態(tài)。無橫向脈動(dòng)無橫向脈動(dòng)l紊流：紊流：液流不分層，處于紊亂狀態(tài)，有橫向脈動(dòng)有橫向脈動(dòng)l雷諾數(shù)：雷諾數(shù)：l式中的式中的DH為水力直徑或等效直徑為水力直徑或等效直徑l雷諾判據(jù)：當(dāng)實(shí)際計(jì)算的雷諾數(shù)雷諾判據(jù)：當(dāng)實(shí)際計(jì)算的雷諾數(shù)ReRer時(shí)，為紊流時(shí)，為紊流l 臨界雷諾數(shù)臨界雷諾數(shù)Rer可查表得到可查表得到HHDDRe機(jī)電工程學(xué)院液壓與氣壓傳動(dòng)二、連續(xù)性方程二、連續(xù)性方程 液體以定常流流動(dòng)通過管內(nèi)任一截面的液體質(zhì)量必然相等。如圖所示

13、管內(nèi)兩個(gè)流通截面面積為A1和A2，平均流速分別為V1和V2，則通過任一截面的流量Q如（219）式表示。Q=AV=A1V1=A2V2=常量（219） 即連續(xù)性方程，此式還得出另一個(gè)重要的基本概念，即運(yùn)動(dòng)速度取決于流量，而與流體的壓力無關(guān)。2.3 流體動(dòng)力學(xué)流體動(dòng)力學(xué)機(jī)電工程學(xué)院液壓與氣壓傳動(dòng)二、連續(xù)性方程二、連續(xù)性方程連續(xù)性方程連續(xù)性方程及帕斯卡原理應(yīng)用：及帕斯卡原理應(yīng)用：例例2-3 2-3 如如圖所示為相互連通的兩個(gè)液壓缸，已知大缸內(nèi)徑D=100mm, 小缸內(nèi)徑d=20mm,大活塞上放上質(zhì)量為5000kg的物體。問:1.在小活塞上所加的力F有多大才能使大活塞頂起重物？2.若小活塞下壓速度為0.

14、2m/s，試求大活塞上升速度？ 帕斯卡原理應(yīng)用實(shí)例2.3 流體動(dòng)力學(xué)流體動(dòng)力學(xué)機(jī)電工程學(xué)院液壓與氣壓傳動(dòng)二、連續(xù)性方程二、連續(xù)性方程解：解：1物體的重力為G=mg=5000kg9.8m/s2=49000kgm/s2=49000N根據(jù)帕斯卡原理，由外力產(chǎn)生的壓力在兩缸中相等，即故為了頂起重物應(yīng)在小活塞上加力為 = 49000N=1960N2.由連續(xù)定理：Q=AV=常數(shù)得出：故大活塞上升速度： 本例說明了液壓千斤頂?shù)纫簤浩鹬貦C(jī)械的工作原理，體現(xiàn)了液壓裝置的力放大作用。 2.3 流體動(dòng)力學(xué)流體動(dòng)力學(xué)4422DGdFGDdF22222210020mmmm大小vDvd4422)/(008. 02 . 0

15、100202222smvDdv小大機(jī)電工程學(xué)院液壓與氣壓傳動(dòng)二、連續(xù)性方程二、連續(xù)性方程機(jī)電工程學(xué)院液壓與氣壓傳動(dòng)2.3 流體動(dòng)力學(xué)流體動(dòng)力學(xué)三、伯努利方程（能量方程）三、伯努利方程（能量方程）1、推導(dǎo)條件：推導(dǎo)條件：理想液體：無粘性，無剪切力 無壓縮性，密度不變2、理想流體、理想流體微小流束的伯努利方程)222(2222221211hgugphgugp物理意義物理意義:定常流動(dòng)的理想流體具有三種形式的能量：位能、 壓力能和動(dòng)能，任一截面上,三種能量可以互相轉(zhuǎn)換，但總機(jī)械能守恒。機(jī)電工程學(xué)院液壓與氣壓傳動(dòng)2.3 流體動(dòng)力學(xué)流體動(dòng)力學(xué)三、伯努利方程（能量方程）三、伯努利方程（能量方程）3、實(shí)際流

16、體總流的伯努利方程、實(shí)際流體總流的伯努利方程以上推導(dǎo)的是理想流體某條流線上的能量方程，總能量守恒，但是，（1）對(duì)于具有粘性的液體，運(yùn)動(dòng)過程必然消耗機(jī)械能，沿流動(dòng)方向液體的總機(jī)械能將逐漸減少。（2）對(duì)于實(shí)際流體，總是在有限大小的體積中流動(dòng)，要包括所有流線，要進(jìn)行積分得到總流能量方程。這樣，得到重力場(chǎng)中實(shí)際不可壓縮液體定常流動(dòng)的總流伯努利方程：重力場(chǎng)中實(shí)際不可壓縮液體定常流動(dòng)的總流伯努利方程：式中的式中的是動(dòng)能修正系數(shù)，和流速分布有關(guān)。是動(dòng)能修正系數(shù)，和流速分布有關(guān)。fhgzpzp2gg2g2222221111機(jī)電工程學(xué)院液壓與氣壓傳動(dòng)機(jī)電工程學(xué)院液壓與氣壓傳動(dòng)2.3 流體動(dòng)力學(xué)流體動(dòng)力學(xué)三、伯努

17、利方程（能量方程）三、伯努利方程（能量方程）例例2-4 泵從油箱吸油（見圖2-15），泵的流量為25L/min，吸油管直徑d=30，設(shè)濾網(wǎng)及管道內(nèi)總的壓降為0.03MPa，油液的密度=880/m3。要保證泵的進(jìn)口真空度不大于0.0336MPa,試求泵的安裝高度h。機(jī)電工程學(xué)院液壓與氣壓傳動(dòng)解 由油箱液面0-0至泵進(jìn)口1-1建立伯努利方程:式中，pa為大氣壓力；p1為泵進(jìn)口處絕對(duì)壓力。因?yàn)橛拖浣孛孢h(yuǎn)大于管道過流斷面，所以00。取11。吸油管流速（計(jì)算時(shí)注意單位問題計(jì)算時(shí)注意單位問題）泵的安裝高度2.3 流體動(dòng)力學(xué)流體動(dòng)力學(xué)pgh2p2p2111200asmsmdq/589.0/60)1030(1

18、025442332 mmgpggppha4.0)8.98801003.08.92589.08.9880100336.0(2626211 機(jī)電工程學(xué)院液壓與氣壓傳動(dòng)2.3 流體動(dòng)力學(xué)流體動(dòng)力學(xué)四、動(dòng)量方程四、動(dòng)量方程作用于物體的外力等于該物體在力的作用方向上的動(dòng)量改變率，這就是剛體力學(xué)的動(dòng)量定理。由連續(xù)性可知，流量q=q=q，對(duì)不可壓縮液體，密度=，于是 d(m)=qdt(-)根據(jù)動(dòng)量定理，外力作用在液體控制體積上的全部外力之和等于單位時(shí)間內(nèi)流出與流入控制體的動(dòng)量之差。）(qdtdmF機(jī)電工程學(xué)院液壓與氣壓傳動(dòng)2.3 流體動(dòng)力學(xué)流體動(dòng)力學(xué)求滑閥閥芯所受的軸向穩(wěn)態(tài)液動(dòng)力。 cos, 1coscos

19、90cos22222211qvFqqF得液動(dòng)力取機(jī)電工程學(xué)院液壓與氣壓傳動(dòng)動(dòng)量方程機(jī)電工程學(xué)院液壓與氣壓傳動(dòng)2.4 液體流動(dòng)時(shí)的壓力損失液體流動(dòng)時(shí)的壓力損失討論壓力損失的討論壓力損失的目的目的：計(jì)算液壓系統(tǒng)的壓力損失；找出：計(jì)算液壓系統(tǒng)的壓力損失；找出減少流動(dòng)阻力的途徑；利用壓力損失。減少流動(dòng)阻力的途徑；利用壓力損失。壓力損失可分為壓力損失可分為兩類兩類： 沿程壓力損失（粘滯力）沿程壓力損失（粘滯力） 局部壓力損失（流體微團(tuán)的碰撞、漩渦的局部壓力損失（流體微團(tuán)的碰撞、漩渦的 產(chǎn)生等）產(chǎn)生等） 兩類壓力損失都和液體的流動(dòng)狀態(tài)有關(guān)。兩類壓力損失都和液體的流動(dòng)狀態(tài)有關(guān)。機(jī)電工程學(xué)院液壓與氣壓傳動(dòng)2.

20、4 液體流動(dòng)時(shí)的壓力損失液體流動(dòng)時(shí)的壓力損失二、沿程壓力損失二、沿程壓力損失 液體在等斷面直管內(nèi)，沿流動(dòng)方向各流層之間的內(nèi)摩擦液體在等斷面直管內(nèi)，沿流動(dòng)方向各流層之間的內(nèi)摩擦而產(chǎn)生的壓力損失，稱為沿程壓力損失。而產(chǎn)生的壓力損失，稱為沿程壓力損失。通過量綱分析和實(shí)驗(yàn)得到計(jì)算沿程壓力損失的公式如下：通過量綱分析和實(shí)驗(yàn)得到計(jì)算沿程壓力損失的公式如下：或或壓力損失和哪些因素有關(guān)？壓力損失和哪些因素有關(guān)？gdlhf22 22 dlp機(jī)電工程學(xué)院液壓與氣壓傳動(dòng)2.4 液體流動(dòng)時(shí)的壓力損失液體流動(dòng)時(shí)的壓力損失如圖如圖2-202-20所示所示, ,管道兩端壓力分別為管道兩端壓力分別為p p1 1和和p p2

21、2, ,圓管半徑為圓管半徑為r r0 0。在。在管流中取管流中取一微圓柱一微圓柱狀液體，長狀液體，長d dx x，半徑為，半徑為r r。受力分析受力分析：除了前后表面分別作用有：除了前后表面分別作用有p p和和p pdpdp的壓力，環(huán)形表的壓力，環(huán)形表面有切應(yīng)力（實(shí)際流體具有粘性）。面有切應(yīng)力（實(shí)際流體具有粘性）。推導(dǎo)過程：推導(dǎo)過程：受力平衡方程和牛頓內(nèi)摩擦定律聯(lián)立，得受力平衡方程和牛頓內(nèi)摩擦定律聯(lián)立，得1、圓管層流運(yùn)動(dòng)的、圓管層流運(yùn)動(dòng)的壓力損失壓力損失drdu)rl2(r)pp(22121ppprl2pdrdu機(jī)電工程學(xué)院液壓與氣壓傳動(dòng)2.4 液體流動(dòng)時(shí)的壓力損失液體流動(dòng)時(shí)的壓力損失1、圓管

22、層流運(yùn)動(dòng)的壓力損失、圓管層流運(yùn)動(dòng)的壓力損失故故積分（對(duì)積分（對(duì)哪個(gè)變量積分哪個(gè)變量積分），并確定積分常數(shù)，得），并確定積分常數(shù)，得速度分布表達(dá)式為速度分布表達(dá)式為流量流量故沿程壓力損失故沿程壓力損失rdrl2pdu)rR(l4pu22l128pdd4Aq422dl64dl32p2d2l機(jī)電工程學(xué)院液壓與氣壓傳動(dòng)2.4 液體流動(dòng)時(shí)的壓力損失液體流動(dòng)時(shí)的壓力損失以上兩式比較，可得以上兩式比較，可得 =64/R=64/Re e由此可見，液體作層流運(yùn)動(dòng)時(shí)，沿程損失系數(shù)由此可見，液體作層流運(yùn)動(dòng)時(shí)，沿程損失系數(shù)僅與雷諾數(shù)僅與雷諾數(shù)Re 有關(guān)，與管道內(nèi)壁的表面粗糙度無關(guān)。有關(guān)，與管道內(nèi)壁的表面粗糙度無關(guān)。

23、22dlp2dl64dl32p2d2l機(jī)電工程學(xué)院液壓與氣壓傳動(dòng)2.4 液體流動(dòng)時(shí)的壓力損失液體流動(dòng)時(shí)的壓力損失2、圓管紊流運(yùn)動(dòng)的壓力損失、圓管紊流運(yùn)動(dòng)的壓力損失由于紊流的橫向脈動(dòng)，這樣不僅有液層間內(nèi)摩擦，還有由于紊流的橫向脈動(dòng)，這樣不僅有液層間內(nèi)摩擦，還有橫向的紊流摩擦，而且后者的損失遠(yuǎn)大于前者。所以橫向的紊流摩擦，而且后者的損失遠(yuǎn)大于前者。所以紊流壓力損失比層流大很多。紊流壓力損失比層流大很多。紊流狀態(tài)下，壓力損失不僅與雷諾數(shù)有關(guān)，也和管道內(nèi)紊流狀態(tài)下，壓力損失不僅與雷諾數(shù)有關(guān)，也和管道內(nèi)壁粗糙度有關(guān)。壁粗糙度有關(guān)。紊流光滑管紊流光滑管紊流粗糙管紊流粗糙管機(jī)電工程學(xué)院液壓與氣壓傳動(dòng)2.4

24、液體流動(dòng)時(shí)的壓力損失液體流動(dòng)時(shí)的壓力損失三、局部壓力損失三、局部壓力損失液體在流動(dòng)中，由于遇到局部障礙而產(chǎn)生的阻力損失，稱液體在流動(dòng)中，由于遇到局部障礙而產(chǎn)生的阻力損失，稱為局部壓力損失。在液壓傳動(dòng)中，局部障礙包括：流道為局部壓力損失。在液壓傳動(dòng)中，局部障礙包括：流道發(fā)生彎曲；斷面突然擴(kuò)大或縮??；流道中裝置有各種液發(fā)生彎曲；斷面突然擴(kuò)大或縮小；流道中裝置有各種液壓元件及附件。壓元件及附件。局部壓力損失計(jì)算公式為局部壓力損失計(jì)算公式為或或式中的局部壓力損失系數(shù)式中的局部壓力損失系數(shù)可查液壓手冊(cè)或其他資料得到可查液壓手冊(cè)或其他資料得到22 mPghm22 機(jī)電工程學(xué)院液壓與氣壓傳動(dòng)2.4 液體流動(dòng)

25、時(shí)的壓力損失液體流動(dòng)時(shí)的壓力損失四、管路系統(tǒng)總壓力損失四、管路系統(tǒng)總壓力損失管路系統(tǒng)中總壓力損失等于所有支管的沿程壓力損失和所有局部地區(qū)管路系統(tǒng)中總壓力損失等于所有支管的沿程壓力損失和所有局部地區(qū)產(chǎn)生的局部壓力損失之和。即產(chǎn)生的局部壓力損失之和。即或或用式（用式（2-51）和式（）和式（2-52）計(jì)算時(shí)必須注意：在兩個(gè)局部壓力損失）計(jì)算時(shí)必須注意：在兩個(gè)局部壓力損失地區(qū)之間的直管長度要大于地區(qū)之間的直管長度要大于1020倍直徑。倍直徑。從式（從式（2-51）和式（）和式（2-52）兩式可以看出，管路系統(tǒng)總壓力損失與）兩式可以看出，管路系統(tǒng)總壓力損失與管長、管道斷面尺寸、液體粘度、平均流速等因素

26、有關(guān)管長、管道斷面尺寸、液體粘度、平均流速等因素有關(guān)2222dlpppml總 ggdhhhmif2222 機(jī)電工程學(xué)院液壓與氣壓傳動(dòng)2.4 液體流動(dòng)時(shí)的壓力損失液體流動(dòng)時(shí)的壓力損失l壓力損失小結(jié)壓力損失小結(jié)l壓力損失壓力損失：由于液體具有由于液體具有粘性粘性，在管路中流動(dòng)時(shí)又不可避免地存，在管路中流動(dòng)時(shí)又不可避免地存在著摩擦力，所以液體在流動(dòng)過程中必然要損耗一部分能量。這在著摩擦力，所以液體在流動(dòng)過程中必然要損耗一部分能量。這部分能量損耗主要表現(xiàn)為部分能量損耗主要表現(xiàn)為壓力損失壓力損失。 壓力損失有沿程損失和局部損失壓力損失有沿程損失和局部損失兩種。兩種。沿程損失沿程損失是當(dāng)液體在是當(dāng)液體在直

27、徑不變的直管中流過一段距離時(shí)，因摩擦而產(chǎn)生的壓力損失。直徑不變的直管中流過一段距離時(shí)，因摩擦而產(chǎn)生的壓力損失。局部損失局部損失是由于管子截面形狀突然變化、液流方向改變或其它形是由于管子截面形狀突然變化、液流方向改變或其它形式的液流阻力而引起的壓力損失?？偟膲毫p失等于沿程損失和式的液流阻力而引起的壓力損失?？偟膲毫p失等于沿程損失和局部損失之和。局部損失之和。 由于壓力損失的必然存在，所以泵的額定壓力要略大于系統(tǒng)由于壓力損失的必然存在，所以泵的額定壓力要略大于系統(tǒng)工作時(shí)所需的最大工作壓力，工作時(shí)所需的最大工作壓力，一般可將系統(tǒng)工作所需的最大工作一般可將系統(tǒng)工作所需的最大工作壓力乘以一個(gè)壓力乘以

28、一個(gè)1.31.31.51.5的系數(shù)來估算的系數(shù)來估算。機(jī)電工程學(xué)院液壓與氣壓傳動(dòng)機(jī)電工程學(xué)院液壓與氣壓傳動(dòng)2.5 孔口和縫隙流動(dòng)孔口和縫隙流動(dòng)一、液體流經(jīng)小孔的普遍規(guī)律一、液體流經(jīng)小孔的普遍規(guī)律淹沒孔淹沒孔口出流口出流: :1-11-1為孔口前參考斷面為孔口前參考斷面, ,c-cc-c為液流收縮斷面，為液流收縮斷面，2-22-2為液流出口斷面為液流出口斷面, ,各處參數(shù)如圖所示。各處參數(shù)如圖所示。設(shè)孔口處流速均勻，設(shè)孔口處流速均勻，且兩斷面中心線在且兩斷面中心線在同一水平面，同一水平面，列出斷面列出斷面1-11-1和和2-22-2的伯努利的伯努利方程，便有方程，便有自斷面自斷面1-11-1到斷

29、面到斷面2-22-2總壓力損失為總壓力損失為fghpp 22222211 gdlhf2)(220 機(jī)電工程學(xué)院液壓與氣壓傳動(dòng)2.5 孔口和縫隙流動(dòng)孔口和縫隙流動(dòng)代入上述伯努利方程并經(jīng)整理得代入上述伯努利方程并經(jīng)整理得c c為流速系數(shù)。為流速系數(shù)。c c是實(shí)際流速是實(shí)際流速r r與理想流速與理想流速t t之比值，即之比值，即流經(jīng)小孔的流量流經(jīng)小孔的流量式中，式中，c cq q為流量系數(shù)，它是實(shí)際流量為流量系數(shù)，它是實(shí)際流量q qr r與理想流量與理想流量q qt t之比值之比值式（式（2-542-54）為液體流經(jīng)孔口的流量表達(dá)式，它適用于一切孔口，只是）為液體流經(jīng)孔口的流量表達(dá)式，它適用于一切孔

30、口，只是不同的孔口有不同的不同的孔口有不同的c cc c、c c及及c cq q值。值。 /2)(2)/(112102pcppdl )/(110dlctr /pAC/PACCACAqqcc22000222機(jī)電工程學(xué)院液壓與氣壓傳動(dòng)2.5 孔口和縫隙流動(dòng)孔口和縫隙流動(dòng)掌握孔口出流的要點(diǎn)：掌握孔口出流的要點(diǎn)： 1、斷面、斷面11、斷面、斷面22、斷面、斷面c-c2、孔口出流的理想速度和理想流量、孔口出流的理想速度和理想流量理想液體沒有粘性，無壓力損失，則伯努力方程為理想液體沒有粘性，無壓力損失，則伯努力方程為理想流量理想流量2pp2221p22tp2AAq0t0t機(jī)電工程學(xué)院液壓與氣壓傳動(dòng)2.5

31、孔口和縫隙流動(dòng)孔口和縫隙流動(dòng)1 1、薄壁孔口、薄壁孔口一般而言一般而言, ,孔口的長徑比孔口的長徑比l l/ /d do o0.50.5時(shí)時(shí), ,稱為薄壁孔口稱為薄壁孔口, , 其其主要主要特點(diǎn)：特點(diǎn)：無沿程損失無沿程損失, ,只有進(jìn)口處的局部損失（進(jìn)口局部損失系數(shù)為只有進(jìn)口處的局部損失（進(jìn)口局部損失系數(shù)為i i),),此時(shí)此時(shí)2 2、厚壁孔口、厚壁孔口當(dāng)小孔長徑比當(dāng)小孔長徑比0.50.544時(shí)，稱為細(xì)長孔。液流通過細(xì)長孔的時(shí)，稱為細(xì)長孔。液流通過細(xì)長孔的流動(dòng)實(shí)為層流運(yùn)動(dòng)，此時(shí)流量流動(dòng)實(shí)為層流運(yùn)動(dòng)，此時(shí)流量平均流速應(yīng)為？平均流速應(yīng)為？/pc22/pACqq20lpdq 12840 機(jī)電工程學(xué)院

32、液壓與氣壓傳動(dòng)2.5 孔口和縫隙流動(dòng)孔口和縫隙流動(dòng) 例例2-8 一液壓缸旁路節(jié)流調(diào)速一液壓缸旁路節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)如圖系統(tǒng)如圖2-26所示。液壓缸直所示。液壓缸直徑徑D=100，負(fù)載，負(fù)載F=4000N，活塞移動(dòng)速度活塞移動(dòng)速度=0.05m/s，泵流量泵流量q=50L/min。試求節(jié)。試求節(jié)流閥開口面積為多大？設(shè)節(jié)流流閥開口面積為多大？設(shè)節(jié)流閥口流量系數(shù)閥口流量系數(shù)cq=0.62，不計(jì)，不計(jì)管路損失，液體密度管路損失，液體密度=900/m3。機(jī)電工程學(xué)院液壓與氣壓傳動(dòng)2.5 孔口和縫隙流動(dòng)孔口和縫隙流動(dòng)解解 液壓缸要求的流量為液壓缸要求的流量為通過節(jié)流閥的流量為通過節(jié)流閥的流量為（注意單位換算）（注

33、意單位換算）負(fù)載要求左腔的壓力為負(fù)載要求左腔的壓力為smsmDAq/10925. 3/)10100(405. 043432321 smsmqqqT/10408. 4/10925. 3601050343431 PaPaDFAFp62321051.0)10100(400044 機(jī)電工程學(xué)院液壓與氣壓傳動(dòng)2.5 孔口和縫隙流動(dòng)孔口和縫隙流動(dòng)因?yàn)楣苈窊p失不計(jì)，因?yàn)楣苈窊p失不計(jì)，p=0.51MPap=0.51MPa即為泵壓力，通過節(jié)流閥的即為泵壓力，通過節(jié)流閥的流量流量為為所以節(jié)流閥開口面積為所以節(jié)流閥開口面積為26264qT0m101 .21m900/1051. 0262. 010408. 4/p2C

34、qA/p2ACq0qT機(jī)電工程學(xué)院液壓與氣壓傳動(dòng)2.5 孔口和縫隙流動(dòng)孔口和縫隙流動(dòng) 二、縫隙流動(dòng)二、縫隙流動(dòng) 1、平行平板縫隙流、平行平板縫隙流 （1）壓差流）壓差流 如圖所示如圖所示2-27所示的兩固所示的兩固定平行平板縫隙中，定平行平板縫隙中，和和l分分別表示縫隙的高度和長度，別表示縫隙的高度和長度，垂直紙面方向上為縫隙寬度垂直紙面方向上為縫隙寬度b?？p隙兩端壓力分別為?？p隙兩端壓力分別為p1和和p2，液體在壓力差，液體在壓力差p=p1-p2作用下產(chǎn)生流動(dòng)，作用下產(chǎn)生流動(dòng)，稱為壓差流。稱為壓差流。機(jī)電工程學(xué)院液壓與氣壓傳動(dòng)2.5 孔口和縫隙流動(dòng)孔口和縫隙流動(dòng)列微元液體在列微元液體在x方向

35、的力平衡方程方向的力平衡方程整理得整理得又根據(jù)牛頓內(nèi)摩擦定律又根據(jù)牛頓內(nèi)摩擦定律 ，得，得即有即有0bdx)d(bdxbdz)dpp(pbdzdxdpdzddzdu1212dzuddzd212dzuddxdp機(jī)電工程學(xué)院液壓與氣壓傳動(dòng)2.5 孔口和縫隙流動(dòng)孔口和縫隙流動(dòng)經(jīng)兩次積分得經(jīng)兩次積分得故縫隙中流速表達(dá)式為故縫隙中流速表達(dá)式為流量為流量為即即212121czczdxdpu zzlpu)(21dzbzzlpdzbuq )(20011 plbq 1231機(jī)電工程學(xué)院液壓與氣壓傳動(dòng)2.5 孔口和縫隙流動(dòng)孔口和縫隙流動(dòng)（2 2）剪切流）剪切流 縫隙兩端無壓差，假設(shè)上平板以速縫隙兩端無壓差，假設(shè)上

36、平板以速度度沿正向沿正向x x運(yùn)動(dòng)，下平板不動(dòng)?？p運(yùn)動(dòng)，下平板不動(dòng)?？p隙中液體在上平板帶動(dòng)下層層移動(dòng)隙中液體在上平板帶動(dòng)下層層移動(dòng)，稱這種流動(dòng)為剪切流。如圖，稱這種流動(dòng)為剪切流。如圖2-282-28所示，液流速度近似呈線性規(guī)律分所示，液流速度近似呈線性規(guī)律分布。布。 在縫隙在縫隙z z處流速處流速 u2=(/)z 流量流量 2022bdzbuq 機(jī)電工程學(xué)院液壓與氣壓傳動(dòng)2.5 孔口和縫隙流動(dòng)孔口和縫隙流動(dòng)2 2、圓柱環(huán)狀縫隙流、圓柱環(huán)狀縫隙流（1 1）同心環(huán)狀縫隙流）同心環(huán)狀縫隙流當(dāng)兩同心圓柱固定，如圖當(dāng)兩同心圓柱固定，如圖2-30a2-30a所示，其所示，其流量為流量為如圖如圖2-302-30所示，由內(nèi)外圓柱面圍成所示，由內(nèi)外圓柱面圍成的的縫隙，稱為圓柱環(huán)狀縫隙流?？p隙，稱為圓柱環(huán)狀縫隙流。當(dāng)兩圓柱有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)速度為當(dāng)兩圓柱有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)速度為時(shí)，時(shí)，如圖如圖2-30b2-30b所示，其流量為所示，其流量為式中，式中，號(hào)的選取與前述相同。號(hào)的選取與前述相同。pldq 123 2123dpldq 機(jī)電工程學(xué)院液壓與氣壓傳動(dòng)8 8、液壓沖擊和液壓沖擊和氣蝕氣蝕現(xiàn)象現(xiàn)象 （1 1）液壓沖擊：）液壓沖擊：在液壓系統(tǒng)中在液壓系統(tǒng)中, ,當(dāng)油路突然