流體力學(xué)基礎(chǔ)

流體力學(xué)基礎(chǔ)第1頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期日2023/4/1212-1流體靜力學(xué)基礎(chǔ)一、靜壓力及其特性靜壓力：液體單位面積上的法向應(yīng)力。特性：1）、靜壓力是沿著液體作用面的內(nèi)法線(xiàn)方向。

2）、液體中任一點(diǎn)壓力大小與作用的方位無(wú)關(guān)（各向相等）二、靜壓方程第2頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期日2023/4/122重力場(chǎng)中靜止液體的壓力分布規(guī)律(Z=-g)

p=p0+ρgh結(jié)論：①同一深度處壓力相等。②靜壓力由液面壓力p0和重力ρgh引起的壓力兩部分組成。重力場(chǎng):第3頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期日2023/4/123Z=-gdp=-ρgdzp=-ρgz+c當(dāng)z=H時(shí)，p=p0→

c=p0+ρgHH-z=h→p=p0+ρgh→p=p0+ρgh?第4頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期日2023/4/124三、壓力表示法1、壓力單位Pa=N/m21at=105Pa=0.1MPa=10mH2O=735.5mmHgatmH2OmmHg2、絕對(duì)壓力、相對(duì)壓力、真空度絕對(duì)壓力真空度相對(duì)壓力絕對(duì)壓力at0四、液體對(duì)固體壁面的作用力：Fx=pAx第5頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期日2023/4/1252-2流體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)

主要研究液體流動(dòng)時(shí)流速和壓力的變化規(guī)律。連續(xù)性方程、伯努利方程、動(dòng)量方程是描述流動(dòng)液體力學(xué)規(guī)律的三個(gè)基本方程式。前兩個(gè)方程反映了液體的壓力、流速與流量之間的關(guān)系，動(dòng)量方程用來(lái)解決流動(dòng)液體與固體壁面間的作用力問(wèn)題。一、流體運(yùn)動(dòng)的基本概念1、理想液體、定常流動(dòng)2、流線(xiàn)、過(guò)流斷面、流量、平均流速第6頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期日2023/4/126二、連續(xù)性方程

v1A1=v2A2=常數(shù)應(yīng)用條件：定常流動(dòng)和不可壓縮臨界雷諾數(shù)Re（2000—2300）當(dāng)：Re＜Rer時(shí)，為層流當(dāng)：Re＞Rer時(shí)，為紊流3、層流、紊流、雷諾判據(jù)4、雷諾數(shù)（是液體慣性力與粘性力之比）實(shí)驗(yàn)第7頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期日2023/4/127三、伯努利方程pdA-(p+dp)dA-ρgdAdlcosθ=ρdAdlal1、理想液體的運(yùn)動(dòng)微分方程

第一項(xiàng)為變位加速度第二項(xiàng)時(shí)變加速度第8頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期日2023/4/128此式為微小流束液體一元定常流動(dòng)的運(yùn)動(dòng)微分方程沿流線(xiàn)積分此式單位重量液體的伯努力方程流動(dòng)液體的勢(shì)能、壓力能、動(dòng)能之和不變。適應(yīng)條件：理想液體作定常流動(dòng)第9頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期日2023/4/129實(shí)際液體總流的伯努力方程各項(xiàng)同乘以ρdq得微小流束的整個(gè)質(zhì)量的能量方程，然后再對(duì)整個(gè)過(guò)流斷面積分，就得到總流的能量方程第10頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期日2023/4/1210適應(yīng)條件：（1）定常流動(dòng)、（2）不可壓縮第11頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期日2023/4/1211例：A1=2cm2，A2=4*A1，h=1m，抽吸和被抽吸的液體相同，若不計(jì)能量損失，求開(kāi)始能抽吸時(shí)的流量應(yīng)用能量方程時(shí)解題步驟：1）選取兩個(gè)緩變過(guò)流斷面（一個(gè)選在參數(shù)已知處A2，一個(gè)選在要求解的參數(shù)處A1）2）在兩個(gè)緩變過(guò)流斷面上，各選取一個(gè)高度已知的點(diǎn)1、2，沿流線(xiàn)列能量方程3）判斷流態(tài)，確定動(dòng)能修正系數(shù)α4）求解方程12第12頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期日2023/4/1212四、動(dòng)量方程如圖液體在定常（恒定）流動(dòng)時(shí)，取1—2之間的液體為研究對(duì)象根據(jù)剛體動(dòng)量定律有：由連續(xù)方程知，q1=q2=q，對(duì)于不可壓縮液體又有ρ1=ρ2=ρm2u2m1u1Fdt第13頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期日2023/4/1213用于求解液體對(duì)固體壁面的作用力T=-F方程成立的條件：恒定流動(dòng)、不可壓縮方程為矢量方程β為動(dòng)量修正（用平均速度帶來(lái)的誤差），β=1（紊流），β=4/3（層流）第14頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期日2023/4/1214例題：閥芯打開(kāi)時(shí)受力分析1.液體受力

Fx=ρq(β2v2cos90–β1v1cosθ)

取β1=1

則Fx=–ρqβ1v1cosθ2.閥芯受力

F'x=–Fx=ρqβ1v1cosθ

指向使閥芯關(guān)閉的方向第15頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期日2023/4/12152.3液體流動(dòng)時(shí)的壓力損失實(shí)際液體在流動(dòng)過(guò)程中,由于粘性的影響,必然有能量損失.可用壓力損失表示,可分為沿程壓力損失和局部壓力損失第16頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期日2023/4/1216一、沿程壓力損失1、圓管層流的壓力損失P1-p2第17頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期日2023/4/1217壓力損失由此式把△p表示出來(lái)可得壓力損失計(jì)算式第18頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期日2023/4/1218壓力損失第19頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期日2023/4/1219二、局部壓力損失、總壓力損失應(yīng)用此式時(shí)，要求兩個(gè)局部損失區(qū)域間的直管長(zhǎng)度大于10—20倍管徑第20頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期日2023/4/12202.4孔口和縫隙流動(dòng)一、液體流經(jīng)小孔的普遍規(guī)律當(dāng)完全收縮d1/d0≥7時(shí),

Cq=0.6~0.62;不完全收縮d1/d0＜7時(shí)Cq=0.7~0.8第21頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期日2023/4/1221孔口形式及特性層流細(xì)長(zhǎng)孔l/d0＞4厚壁孔0.5＜l/d0≤4薄壁小孔l/d0≤0.5第22頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期日2023/4/1222二、縫隙流動(dòng)1、平行平板縫隙流動(dòng)當(dāng)：平板運(yùn)動(dòng)方向與壓差方向一致時(shí)取“+”第23頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期日2023/4/12232、圓環(huán)縫隙流動(dòng)（1）同心環(huán)：b=πd（2）偏心環(huán)：第24頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期日2023/4/12242.5

液壓沖擊和空穴現(xiàn)(簡(jiǎn)介)

一、液壓沖擊液壓沖擊：液壓系統(tǒng)中，由于某種原因（如速度急劇變化），引起壓力突然急劇上升，形成很高壓力峰值的現(xiàn)象。如：急速關(guān)閉自來(lái)水管可能使水管發(fā)生振動(dòng)，同時(shí)發(fā)出噪聲。第25頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期日2023/4/1225

液壓沖擊產(chǎn)生的原因:1）迅速使油液換向或突然關(guān)閉油路，使液體受阻，動(dòng)能轉(zhuǎn)換為壓力能，使壓力升高。2）運(yùn)動(dòng)部件突然制動(dòng)或換向，使壓力升高。液壓沖擊引起的結(jié)果:液壓沖擊峰值壓力>>工作壓力引起振動(dòng)、噪聲、導(dǎo)致某些元件如密封裝置、管路等損壞；使某些元件（如壓力繼電器、順序閥等）產(chǎn)生誤動(dòng)作，影響系統(tǒng)正常工作。第26頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期日2023/4/1226減小液壓沖擊的措施

1）延長(zhǎng)閥門(mén)關(guān)閉和運(yùn)動(dòng)部件制動(dòng)換向的時(shí)間。2）限制管道流速及運(yùn)動(dòng)部件速度

v管<4.5m/s，v缸<10m/min。3）加大管道直徑，盡量縮短管路長(zhǎng)度。4）采用軟管，以增加系統(tǒng)的彈性。第27頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期日2023/4/1227

二、氣穴（空穴）現(xiàn)象氣穴現(xiàn)象：液壓系統(tǒng)中，由于某種原（如速度突變），使壓力降低而使氣泡產(chǎn)生的現(xiàn)象。產(chǎn)生原因:壓力油流過(guò)節(jié)流口、閥口或管道狹縫時(shí)，速度升高，壓力降低；液壓泵吸油高度過(guò)大，吸油管阻力增大，吸油不充分，壓力降低。引起的結(jié)果:1.液流不連續(xù)，流量、壓力脈動(dòng)

2.系統(tǒng)發(fā)生強(qiáng)烈的振動(dòng)和噪聲

3.發(fā)生氣蝕

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減小氣空穴的措施1

減小小孔和縫隙前后壓力降，希望p1/p2<3.5。2增大直徑、降低高度、限制流速。3管路要有良好密封性防止空氣進(jìn)入。4提高零件抗腐蝕能力，采用抗腐蝕能力強(qiáng)的材料，減小表面粗糙度。5整個(gè)管路盡可能平直，避免急轉(zhuǎn)彎縫隙，合理配置。第29頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期日2023/4/1229小結(jié):靜壓方程能量方程表明了液體內(nèi)壓能、動(dòng)能、勢(shì)能間的關(guān)系。其物理意義在于：液體在流動(dòng)過(guò)程中，這三種能量之間可以相互轉(zhuǎn)換；在同一流管內(nèi)不同截面上這三種能量連同流體流經(jīng)截面間所產(chǎn)生的能量損失之和保持不變。該方程最適合解決流體內(nèi)涉及壓力、速度、位置有關(guān)的問(wèn)題。事實(shí)