液压流体力学基础教学课件

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第三章 液压流体力学基础,静止液体液体质点间没有相对运动,压力及其性质,压力,液体在单位面积上所受的法向力（压强）,性质,静止液体内任意点处的压力在各个方向上都相等。,3-1液体静力学,一、重力作用下静止液体中的压力分布,pAp,o,A+F,G,F,G,ghA,pp,o,+gh,静止液体内任一点处的p由po和gh组成；,p,a,：大气压（ 10,5,）,当p,o,p,a,（,液面仅受大气压作用,）,则p p,a,+gh,p随h呈直线规律分布；,h相同则p相同；,等压面,压力的表示方法及单位,1Pa 1Nm,2,1MPa10,6,Pa,1bar 10,5,Pa,1at 1kgfcm,2,9.810,4,Nm,2,绝对压力,：,以式,pp,a,+gh,形式表示时叫做绝对压力,，以,绝对真空为基准,来进行度量。,相对压力,：,超出大气压的那部分压力,gh,叫做相对压力,，,仪表,指示压力为相对压力。,真 空 度,：,液体中某点的绝对压力小于大气压，此时,绝对压力比大气压小的那部分数值叫做真空度,。,例：某点表压力为2.7 10,5,Pa，其绝对压力是（ ）；另一点的绝对压力为6 .3 10,4,Pa，其真空度为（ ）。,解,:(,1),所谓,表压即为该点的相对压力,gh,则绝对压力,pp,a,+gh,=1.0 10,5,+ 2.7 10,5,=3.7 10,5,Pa,(2) 真空度=3.7 10,4,Pa=0.37 bar,解,： oo为等压面,p,1,+ g h = p,2,+ ,Hg,g h,p,1,+ h = p,2,+ ,Hg,h,即 p= p,1, p,1,=h（,Hg, ）,=1.059 10,5,P,a,例：已知U形测压计中水银面高度为850mm（如图）。试求油液流经换向阀时造成的压力差值（即压力损失）。设油液的重度=g=8.810,3,Nm,3,， U形计中水银重度,Hg,=,Hg,g=133400N m,3,。,已知 F=1000N ， A=110,-3,m,2,， =900kg/m,3,求 ： 处的p=？,解,：,pp,o,+gh,p,o,=F/A=10,6,N/m,2,则,处的p为：,pp,o,+gh,1MPa,结论,：,液体在受压情况下液柱高度所引起的那部分压力gh相当小，可以忽略不计,。以后分析液压系统采用这种假定！,二、帕斯卡原理（静压传递原理）,在密封容器内，施加于静止液体上的压力将以等值同时传到液体各点。, p1=p2, F,1,A,1,= F,2,A,2,F,2,=F,1,A,2,A,1,即：如果垂直缸无负载，则在忽略活塞重量和阻力时不论怎样推动水平缸的活塞，也不能在液体中形成压力。,基本概念（结论）,：,液压系统中的压力由,外界负载,决定。,液体静压力作用在固体壁面上的力,静止液体和固体壁面接触时，固体壁面上各点在某一方向上所受静压作用力的总和，便是液体在该方向上作用于固体壁面上的力。,例3-2（P18）,3-2 液体动力学,名词解释：,理想液体,既无粘性且不可压缩的假想液体。,恒定流动,（定常流动、非时变流动）,液体中任一点压力、速度和密度都,不随时间而变化。,流 量,单位时间内流过管路的液体体积。,q = vA,平均流速,v=q/A,三个方程：,连续方程、能量方程、动量方程,一、连续方程,如果忽略液体的可压缩性，即=常量，则,v,1,A,1,= v,2,A,2,=常量,v,1,A,1,= v,2,A,2,=常量（即,q为常量,）,结论,：,1、恒定流动中，流过各截面的不可压缩液体的流量是相,等的；,2、速度v与截面积A成反比；,质量守恒定律（物质不灭定律）在流体力学中的数学表达式。,即：,单位时间内流过管道每个截面的液体质量一定是相等的。,二、伯努利方程(能量方程）,能量守恒定律在流体力学中的数学表达式。,理想液体的伯努利方程：,比位能,比压能,比动能,实际液体流束的伯努利方程：,h,w,为平均能量耗费,例 推导文丘利流量计的流量公式（P23）,q=v,2,A,2,=C, h,理想液体的伯努利方程应用,三、动量方程,F =q（,2,v,2, ,1,v,1,）,F,x,=q（,2,v,2x, ,1,v,1x,）,刚体动量定理在流体力学中的数学表达式。,它一般用来计算流动液体对管道（管壁、阀芯、缸体）的作用力。,例：如图示一针尖阀，锥阀的锥角为2。当液体在压力p下以流量q流经锥阀时，如通过阀口处的流速为v,2,，求作用在阀芯上的力。( P25 ),正确选择“控制体”,3-3 管道中液流的特性,流态、雷诺数,19世纪末，雷诺首先通过实验观察了水在园管内的流动情况，发现液体有两种流态：层流、紊流。,层流和紊流,层流,：质点互不干扰、 v低、粘性力主导,紊流,：质点运动杂乱、 v高、惯性力主导,讨论液体的流动情况,分析流动时的能量损失,当,流速较低,时，染液的流动是一条与管轴线平行的红色细直线（b），若将小管5的出口上下移动，则可见红色细线也上下移动，这种流态称之为层流；当,流速增至某一值,（称为上临界速度），染液红线开始曲折（c），表示层流开始被破坏，继续增大流速，红线上下波动并出现断裂（d），表示流动开始趋于紊乱，若流速再增加则红线消失（e），说明运动已经杂乱无章。此时，反过来由紊流转向层流，通过调节阀8实现，临界点速度为下临界速度。,液体的流态及其实验装置,（e）,雷诺数：,实验证明，液体在园管中的流态不仅与,平均流速v,有关，还和,管径d、,液体的,运动粘度,有关。采用三者结合的,无量纲纯数,表示，这就是,雷诺数Re,。,临界雷诺数Re,cr,，当Re Re,cr,时-,层流,当Re Re,cr,时-,紊流,水力半径R,圆管,非圆管,液流有效截面积A和其湿周（有效截面的周界长度）之比。,R的大小对管道通流影响很大,。,P27图3-16,常见液流管道的临界雷诺数,管道的形状,Re,cr,光滑的金属圆管,橡胶软管,光滑的同心环状缝隙,光滑的偏心环状缝隙,带环槽的同心环状缝隙,带环槽的偏心环状缝隙,圆柱形滑阀阀口,锥阀阀口,20003000,16002000,1100,1000,700,400,260,20100,园管层流,通流截面上流速的分布规律：,（式,3-29,，图,3-17,），按抛物线规律分布。,流量,：,（式,3-30,、式,3-31,），管径对流量及压力损失的影响很大。,平均流速：,（式,3-32,），由式,3-15,、,3-22,可求出实际液体中的修正系数,=2,、,=4/3,。,园管紊流,通流截面上流速的分布规律：,（式,3-33,，图,3-19,），围绕某平均值脉动。,-沿程阻力系数（,表面粗糙度有关，流态,）,（,层流时理论为,64/Re、金属直管实际取75/Re，橡胶软管取80/Re；,紊流）,沿程压力损失,压力损失（层流、紊流）,液体在流动时产生的压力损失有,两种,：,一种是液体在等径直管中流动时因摩擦而产生的压力损失，叫,沿程压力损失,；另一种是由于管道的截面突然变化，液流方向改变或其它形式的液流阻力（如控制阀阀口）而引起的压力损失，称为,局部压力损失,。,局部压力损失,液体方向、流速发生变化；由于扰动、搅拌而形成气穴、旋涡，质点撞击产生叫大的能量损耗。,3-4 孔口和缝隙液流（,P35自学20分钟）,薄壁小孔,短孔和细长孔,缝隙液流（,P38,）：,平行平板缝隙、同心环形缝隙、偏心环形缝隙、圆环平面缝隙,（自学）,细长 孔,短 孔,同上,长度直径之比l/d,的孔。,长度直径之比l/d,10以上的孔为细长孔。界于两者之间的为短孔。,在液压系统中，液流流经小孔或缝隙的现象是普遍存在的，有的是用来调节流量，有的造成泄漏，但都涉及到流量问题。,3-5 气穴现象,危害,：产生噪声和振动,金属表面收到腐蚀（气蚀）,因流速变化引起压降使气泡产生的现象。,（在流动液体中，因某点处的压力低于空气分离压而使,气泡产生的现象。）,空气分离压和饱和蒸气压,（,P42,）,节流口处的气穴现象,（伯努利方程）,减少气穴现象的措施,（,P43,）,3-6 液压冲击,直接液压冲击,：阀门突然开、闭引起的冲击。,间接液压冲击,：阀门不是突然关闭，即缓慢关闭t。,危害,：,噪声、振动、温升、损坏元件或密封、产生误动作,液流突然停止运动的液压冲击,运动部件制动时产生的液压冲击,措施,（三点）：,1、,缓慢关闭阀门；,2、在容易发生冲击的地方设置蓄能器；,3、对管中的液流速度加以控制。,管内流动的液体因阀门关闭突然停止流动而在,管内形成一个很大的峰值，这种现象称之为。,