第三章液压流体力学基础课件.pptVIP

§3.1 液体静力学 液体静压力的方向总是作用面的内法线方向，因为液体只能受压不能受拉； 静止液体内任一点处的压力在各个方向上都相等。若液体某点受到的压力不等，则液体就要运动，这就破坏了静止条件。 其中液柱的重力Fg为： 三、压力的表示方法及单位 固体壁面为一平面时，如不计重力作用，平面上各点处的静压力大小相等，作用在固体壁面上的力等于静压力与承压面积的乘积，即F=pA，其作用方向垂直于壁面。 五、液体静压力作用在固体壁面上的力 (二) 流线，流束和通流截面 (三)流量和平均流速 三、伯努利方程 实际液体有粘度，在管中流动时，为克服粘性阻力，需要消耗能量，所以实际液体的伯努利方程为： 四、动量方程 §3.3 管道中液流的特性 §3.4 孔口和缝隙液流 流量计算： 分析 (二) 缝隙流量 分析 §3.5 气穴现象 含有气泡的液压油液的体积模量将减小； 气泡越多体积模量越小。 §3.6 液压冲击 F在某坐标轴(例如x轴)方向上的分力为： 式中，v1x 、v2x为平均流速在x轴方向上的投影； β1、β2为动量修正系数，按如下公式计算： 对于恒定流动液体，上式右边第一项为零，则： 液体流经圆管和各种管接头时的流动情况； 分析流动时所产生的能量损失，即压力损失。 主要内容： 液体在管中的流动状态直接影响液流的各种特性，固要首先了解液流的两种流态。 一、流态、雷诺数 (一)层流和紊流 层流和紊流是两种不同性质的流态。 层流时，液体流速较低，质点受粘性制约，不能随意运动； 紊流时，液体流速较高，粘性的制约作用减弱，惯性力起主导作用。 雷诺通过实验发现： 层流液体质点互不干扰，液体流动呈线性或层状，且平行于管道轴线； 紊流液体质点的运动杂乱无章，除平行于管道轴线的运动外，还存在剧烈的横向运动。 (二)雷诺数 液体的流态(层流或紊流)需用雷诺数来判别。 液体在圆管中的流动状态不仅与管内的平均流速v有关,还和管径d、液体的运动粘度υ有关。 但真正决定液体状态的却是三个参数组成的一个称为雷诺数Re的无量刚纯数： 若雷诺数相同,则液体流态也相同。 液体由层流转变到紊流时的雷诺数和由紊流转变到层流时的雷诺数是不同的,后者数值小。 通常用由紊流转变到层流时的雷诺数作为判别液流状态的依据,称为临界雷诺数,记为Recr。 液流为层流 若 液流为紊流 若 常见液流管道的临界雷诺数由实验求得，见P36表3-1。 对于非圆截面的管道，其Re为： 式中，R为通流截面的水力半径,它等于液流的有效截面A和它的湿周(有效截面的周界长度)之比，即： 面积相等但形状不同的通流截面,它们的水力半径不同： 水力半径大,意味着液流和管壁接触少，阻力小，通流能力大，即使通流截面积小时也不易堵塞。 圆形的最大，长方形缝隙最小。 二、圆管层流 液压传动中，液体在圆管中的层流流动是最常见的现象，也是设计及使用中希望液流保持的状态。 (一)液体在流通截面上的速度分布规律: 圆管中的层流 液体在直径d的圆管中作层流运动，圆管水平放置，管内取一段与管轴线重合的小圆柱体，设其半径为r，长度为l。在这一小圆柱体上沿管轴方向的作用力有：左端压力p1，右端压力p2，圆柱面上的摩擦力为Ff 。 首先受力平衡方程为： 结合上述力平衡方程及内摩擦力 得到管内流速为： 可见，管内流速u沿半径方向按抛物线规律分布，最大流速在轴线上，其值为： 在半径为r处取一层厚度为dr的微小圆环面积，通过此环形面积的流量为 经积分，可得流量q： 或者 由上式可知，流量与管径的四次方成正比，压差(压力损失)则与管径的四次方成反比，因此管径对流量或压力损失影响很大。 另可得圆管层流的平均流速为： 三、圆管紊流 实验表明：液体作紊流流动时，其空间某点流速大小和方向都随时间变化，并始终围绕某个“平均值”上下脉动(P38图3-19)。本质上属于非恒定流动 为便于研究，引入时均流速 的概念： 若某时间间隔T(时均周期)内，以平均流速流经某微小截面的液体量等于在同一时间内以实际脉动流速流经同一截面的液体量，即 则湍流的时均流速为： 在紊流流动中，液体的压力也是脉动的。 当将 算作液体的时均压力后， 作为简单的假设，可把实质上非恒定流动的紊流看作恒定流动。 但涉及到某些物理实质时，仅考虑时均概念而不考虑液体质点相互混杂的影响，会导致较大差错。 对于充分的紊流流动，其通流截面上的流速分布图见P38图3-20。由图可知，紊流中的流速分布比较均匀。 靠近管壁有极薄一层惯性力不足以克服粘性力的液体在作层流流动，称为层流边界层。 层流边界层的厚