項目二 任務(wù)三 流體動力學(xué)基礎(chǔ)知識認(rèn)知

項目二：液壓傳動基礎(chǔ)任務(wù)三：流體動力學(xué)基礎(chǔ)知識認(rèn)知授課教師：某某某目錄CATALOG基本概念01連續(xù)性方程02伯努利方程03動量方程04任務(wù)概述了解液體的兩種流動狀態(tài)、液體管路的壓力損失、孔口流量、動量方程、液壓沖擊和氣穴，能利用雷諾數(shù)判斷液體的流態(tài)，掌握液體的運動規(guī)律、連續(xù)性方程和伯努利方程的計算方法。01基本概念知識與技能既有黏性、又可壓縮的液體。尤其是黏性的影響不能忽略，而液體的黏性阻力是一個很復(fù)雜的問題，這就使對流動液體的研究變得復(fù)雜。為了方便研究與分析液體，常常是先假設(shè)是理想液體，找出流動的規(guī)律，然后再通過實驗對結(jié)論進(jìn)行修正。實際液體一、理想液體和實際液體既無黏性又不可壓縮的液體稱為理想液體。理想液體一般研究和分析時，常把流動簡化為恒定流動，然后再對結(jié)論進(jìn)行修正。二、恒定流動和非恒定流在流體的上述運動參數(shù)中，只要有一個運動參數(shù)隨時間而變化，液體的運動就是非恒定流動。非恒定流動

恒定流動圖2.12恒定流動和非恒定流動過流斷面液體在管道中流動時，垂直于流動方向的管道截面。如圖2.13所示的A。三、流量圖2.13過流斷面單位時間內(nèi)流過某一過流斷面的液體的體積稱為流量，其單位為m3/s。

（2-17）

實際液體流動中，由于黏性摩擦力的作用，過流斷面上各點的流速??并不相同。對于實際液體，利用流速??計算流量時比較困難，因此引入平均流速的概念，即認(rèn)為過流斷面上各點的流速均為平均流速，用??來表示，令流量與上述實際流量相等，則通過過流斷面的流量就等于平均流速乘以過流斷面面積，即：四、平均流速（2-18）五、液體的流動狀態(tài)實際液體的黏性是產(chǎn)生流動阻力的根本原因。液體的流動狀態(tài)不同，則其流動阻力也不相同。液體的流動有兩種狀態(tài)，即層流和紊流。如水管閥門打開的大小不同，水流就會出現(xiàn)兩種不同的狀態(tài)，如圖2.14所示。圖2.14液體的流動狀態(tài)01.層流液體的質(zhì)點間在運動時互不干擾，流動呈線狀或?qū)訝?，能夠維持安定的流束狀態(tài)，并且平行于管道的軸線，這種流動稱為層流。02.紊流如果液體流動時各質(zhì)點運動雜亂無章，引起流層間質(zhì)點相互錯雜交換。即除了沿管道軸線運動外，還存在橫向的運動，這種流動稱為紊流。觀察兩種流態(tài)，可通過雷諾試驗進(jìn)行，其實驗動畫演示如圖2.15所示。圖2.15流體力學(xué)中的雷諾實驗——層流與紊流動畫演示六、雷諾數(shù)（2-19）

液體流動時究竟是層流還是紊流，須用雷諾數(shù)Re來判別。雷諾將一些影響液體流動形態(tài)的因素用Re表示，經(jīng)其實驗，液體在圓管中的流動狀態(tài)不僅與管內(nèi)的平均流速??有關(guān)，還和管道直徑d、液體的運動黏度??有關(guān)，但真正決定液流狀態(tài)的卻是這3個參數(shù)所組成的一個無量綱數(shù)，即雷諾數(shù)，其公式如下：如果液流的雷諾數(shù)相同，它的流動狀態(tài)也就相同。要區(qū)分是層流還是紊流，用臨界雷諾數(shù)（Rec）來判斷。因由層流轉(zhuǎn)變?yōu)槲闪骱头催^來由紊流轉(zhuǎn)變?yōu)閷恿鞯呐R界雷諾數(shù)不同，后者雷諾數(shù)較小，一般是用由紊流轉(zhuǎn)變?yōu)閷恿鲿r的雷諾數(shù)來判斷液流狀態(tài)，即臨界雷諾數(shù)。層流：Re≤Rec

；紊流：Re>Rec光滑金屬圓管：Re≤2000?2300層流

Re>2000?2300紊流Re的物理意義：它是液流的慣性力對黏性力的無因次比。當(dāng)Re較小時，黏性力起主導(dǎo)作用，這時是層流；當(dāng)Re較大時，慣性力起主導(dǎo)作用，這時是紊流。液流管道的臨界雷諾數(shù)由實驗求得，常見液流管道臨界雷諾數(shù)見表2.5。表2.5管道臨界雷諾數(shù)管道形狀Rec管道形狀Rec光滑金屬圓管2000?2300光滑偏心環(huán)狀縫隙1000光滑金屬方管2070平行平板1000橡膠軟管1600?2000圓柱形滑閥閥口260光滑同心環(huán)狀縫隙1100錐閥閥口20?10002連續(xù)性方程流量的連續(xù)性方程是質(zhì)量守恒定律在流體力學(xué)中的一種表達(dá)形式。根據(jù)質(zhì)量守恒定律，作恒定流動的不可壓縮的液體，在單位時間內(nèi)流入過流斷面A1（如圖2.16所示）的液體的質(zhì)量（流量），等于流出過流斷面A2的質(zhì)量（流量）。即在相同的時間內(nèi)，液體流過任一過流斷面的流量必相等。式中

q通過任一截面的流量，m3/s；A?、A?管道內(nèi)兩個過流斷面的面積，m2/s；υ?、υ?管道內(nèi)兩個過流斷面A?、A?上的液體的平均流速，m/s。液流的連續(xù)性方程表達(dá)為：（2-20）圖2.16液體流量的連續(xù)性當(dāng)流量一定時，任一過流斷面上的平均流速與過流面積成反比。如一條河上的流量在各個截面上都是相同的，可以觀察到河面窄處水流湍急，河面寬處水流緩慢。03伯努利方程伯努利方程是能量守恒定律在流體力學(xué)中的一種表達(dá)形式。因液壓傳動是利用有壓力的流動液體來傳遞能量的，所以，伯努利方程也稱為能量方程。七、伯努利方程01理想液體的伯努利方程為了研究方便，一般將液體看作沒有黏性摩擦力和不可壓縮的理想液體來處理。如圖2.17所示，根據(jù)能量守恒定律，外力對物體所做的功等于其機(jī)械能的變化?？傻美硐胍后w的伯努利方程為（2-21）

p?、p?

截面1和2的壓力，Pa；

ρ

液體的密度，kg/m3；g

重力加速度，m/s2；h?、h?

截面1和2距基準(zhǔn)面的距離，m；υ?、υ?

截面1和2液流的平均速度，m/s。圖2.17伯努利方程示意圖圖2.18伯努利方程能量轉(zhuǎn)換圖伯努利方程的物理意義在密封管道內(nèi)作恒定流動的理想液體，在任意一個過流斷面上都具有三種形成的能量，即壓力能（p）、位能（?????）和動能（????2/2）。這三種能量的總和是一個恒定的常量，而且三種能量之間是可以相互轉(zhuǎn)換的。即在不同的過流斷面上，同一種能量的值會不同，但各個斷面上的總能量數(shù)值都是相同的，即能量守恒，如圖2.18所示。③實際流速分布是不均勻的，若按均勻分布的平均流速計算動能，會引起一定的誤差，所以有必要引入動能修正系數(shù)α。

所以，實際液體的伯努力方程為：（2-22）

02實際液體的伯努利方程實際液體和理想液體的伯努利方程存在著以下區(qū)別。伯努利方程的適用條件為：01穩(wěn)定流動的不可壓縮液體，即密度為常數(shù)；02截面中心在基準(zhǔn)以上時h取正值，反之，取負(fù)值，常選特殊位置水平面（如油箱液面）作為基準(zhǔn)面；03

04層流時α=2，紊流時α=l。04動量方程

八、動量方程動量方程是動量定理在流體力學(xué)中的具體應(yīng)用。動量定理是指作用在物體上（這里是液體）的外力，等于物體在單位時間內(nèi)的動量變化量。其公式為：則液體在作恒定流動時的動量方程，可由以上剛體力學(xué)中的動量定理轉(zhuǎn)化而來。其公式為：

（2-23）（2-24）（2-25）訓(xùn)練5下面通過幾個技能訓(xùn)練，來解決前面布置的任務(wù)。圖2.19所示的噴霧器原理圖，1-1截面的直徑為d1=500mm，2-2截面的直徑為d2=50mm，氣流在截面1-1處的速度為0.1m/s，求氣流在2-2截面處的速度是多少？技能訓(xùn)練解由式(2-20)υ1A1=υ2A2

圖2.19自吸式噴霧器原理訓(xùn)練6

下面通過幾個技能訓(xùn)練，來解決前面布置的任務(wù)。如圖2.19所示，是一種自吸式噴霧器，說明其噴霧原理。技能訓(xùn)練解圖2.19自吸式噴霧器原理霧其實是水的微滴，由液流的連續(xù)性方程式（2-20）可知，大斷面流速慢，小斷面流速快，所以V1<V2。

訓(xùn)練7

下面通