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1、1 1首页上页下页末页结束机械与材料学院机械与材料学院机械与材料学院机械与材料学院20072007工程(gngchng)流体力学知识点总结主讲人：朱华玲主讲人：朱华玲工作室：工作室：M2502 电电 话：话：15872539192 qq：8101645032022/11/182022/11/18第一页，共81页。2 2首页上页下页末页结束机械与材料学院机械与材料学院机械与材料学院机械与材料学院20072007考试考试考试考试(kosh)(kosh)题型题型题型题型q一 填空题 10*2分=20分；q二 选择题 10*2分=20分；q三 计算题 4题，共40分；q四 论述题 2题，每题10分，共
2、20分。2022/11/182022/11/18第二页，共81页。3 3首页上页下页末页结束机械与材料学院机械与材料学院机械与材料学院机械与材料学院20072007第二章第二章 流体的主要流体的主要(zhyo)(zhyo)物理性质物理性质一、流体一、流体(lit)的概念的概念1、流体：由极其微小、在空间仅占有点的位置的质点所组成(z chn)的微团构成的、连续的、易于流动的介质。2 2、特征特征：易流性；易流性；只承受只承受压力，不能承受切力，不能承受切应力；力；没有固定的形状，其形状取决于容器的形状。没有固定的形状，其形状取决于容器的形状。3、流体流体液体：分子液体：分子间距小，具有微小距小
3、，具有微小压缩性；性；气体：分子气体：分子间距大，具有很大距大，具有很大压缩性。性。2022/11/182022/11/18第三页，共81页。4 4首页上页下页末页结束机械与材料学院机械与材料学院机械与材料学院机械与材料学院20072007第二章第二章 流体流体(lit)(lit)的主要物理性质的主要物理性质二、流体二、流体(lit)的密度与的密度与压缩性性 1、密度 单位体积(tj)内流体所具有的质量。均均质流体流体式中式中 流体的密度（流体的密度（kg/m）；）；4时水的密度（水的密度（kg/m）。）。2、相相对密度密度2022/11/182022/11/18第四页，共81页。5 5首页上
4、页下页末页结束机械与材料学院机械与材料学院机械与材料学院机械与材料学院20072007第二章第二章 流体流体(lit)(lit)的主要物理性质的主要物理性质3、重度 单位体积内流体(lit)所具有的重量。4、体积(tj)弹性模量 V V一定，在同一定，在同样pp下，下，K K 越大越大,V V 越小越小,说明明K K 越大，液越大，液体的抗体的抗压能力越能力越强.说明：明：由于由于压强增大，体增大，体积缩小，小，pp与与V V 变化化趋势相反，相反，为保保证K K为正正值，故加有符号。，故加有符号。2022/11/182022/11/18第五页，共81页。6 6首页上页下页末页结束机械与材料学
5、院机械与材料学院机械与材料学院机械与材料学院20072007第二章第二章 流体的主要流体的主要(zhyo)(zhyo)物理性质物理性质三、流体三、流体(lit)(lit)的粘性的粘性1 1、流体、流体(lit)(lit)的粘性的粘性 液体在外力作用下流动（或有流动趋势）时，其内部因相对运动而液体在外力作用下流动（或有流动趋势）时，其内部因相对运动而产生内摩擦力的性质。产生内摩擦力的性质。静止液体不呈现粘性。静止液体不呈现粘性。2 2、牛、牛、牛、牛顿顿(ni dn)(ni dn)内摩内摩内摩内摩擦定律擦定律擦定律擦定律:流体流流体流动时，阻滞剪切，阻滞剪切变形的形的内摩内摩擦擦擦擦力力与流体运
6、与流体运动的的速度梯速度梯度成正比度成正比，与，与接触面接触面积成成正比正比，与流体的性与流体的性质有关，与流体内有关，与流体内的的压力无关力无关。单位面位面积上的切上的切应力力式中：式中：-比例常数比例常数-动力粘度动力粘度2022/11/182022/11/18第六页，共81页。7 7首页上页下页末页结束机械与材料学院机械与材料学院机械与材料学院机械与材料学院20072007第二章第二章 流体的主要流体的主要(zhyo)(zhyo)物理性质物理性质 3 3、粘性的表示方法、粘性的表示方法(fngf)(fngf)及其单位及其单位（1 1）动力粘度）动力粘度 （2）运）运动(yndng)粘度粘
7、度国国际单际单位制中位制中单单位位：m2/s 常用非法定常用非法定单位：位：1 1 m m2 2/s s=10=104 4 St St(cmcm2 2/s)=10/s)=106 6 cSt cSt(mmmm2 2/s)/s)由牛由牛顿内摩擦定律内摩擦定律动力粘度表示力粘度表示单位速度梯度下流体内摩擦位速度梯度下流体内摩擦应力的大小力的大小。国国际单际单位制中常用位制中常用单单位位：或是或是2022/11/182022/11/18第七页，共81页。8 8首页上页下页末页结束机械与材料学院机械与材料学院机械与材料学院机械与材料学院20072007第二章第二章 流体的主要流体的主要(zhyo)(zh
8、yo)物理性质物理性质恩氏粘度恩氏粘度(zhn d)与运动粘度与运动粘度(zhn d)的换算关系的换算关系4、液体的粘度、液体的粘度(zhn d)将随将随压力和温度的力和温度的变化化发生相生相应的的变化。化。（1）流体流体产生粘性的主要原因生粘性的主要原因液体：液体：分子分子内聚力内聚力；气体分子作气体分子作热运运动，流，流层之之间分子的分子的热交交换频繁繁。（2）压力的影响力的影响 在高在高压下，液体的粘度随下，液体的粘度随压力升高而增大；常力升高而增大；常压下，下，压力力对流体的粘性影响流体的粘性影响较小，可忽略。小，可忽略。（3）恩氏粘度恩氏粘度注意注意:2时，使用，使用该公式。当没有公
9、式。当没有约束条件束条件时为7.13。恩氏粘度是无量恩氏粘度是无量纲数。数。2022/11/182022/11/18第八页，共81页。9 9首页上页下页末页结束机械与材料学院机械与材料学院机械与材料学院机械与材料学院20072007第二章第二章 流体的主要流体的主要(zhyo)(zhyo)物理性质物理性质液体液体(yt)(yt)：温度升高，粘度降低；：温度升高，粘度降低；气体：温度气体：温度(wnd)(wnd)升高，粘度增大。升高，粘度增大。（3）温度的影响温度的影响5 5、实际流体和理想流体、实际流体和理想流体、实际流体和理想流体、实际流体和理想流体实际流体实际流体（粘性流体）：（粘性流体）
10、：具有粘性的流体称实际流体。具有粘性的流体称实际流体。理想流体理想流体 ：假想没有粘性的流体。假想没有粘性的流体。2022/11/182022/11/18第九页，共81页。1010首页上页下页末页结束机械与材料学院机械与材料学院机械与材料学院机械与材料学院20072007流体流体流体(lit)(lit)(lit)静力学静力学静力学1、液体的静、液体的静压强具有两个重要特性具有两个重要特性(txng)：1)液体静液体静压强的方向的方向总是指向作用面的内法是指向作用面的内法线方向。方向。2)静止液体内任一点的静静止液体内任一点的静压力在各个方向上都力在各个方向上都相等。相等。证：四面体上的法向表面
11、：四面体上的法向表面(biomin)力力2022/11/182022/11/18第十页，共81页。1111首页上页下页末页结束机械与材料学院机械与材料学院机械与材料学院机械与材料学院20072007流体流体(lit)(lit)静力学静力学投影投影(tuyng)式：式：由由有：有：整理整理(zhngl)得：得：四面体上的四面体上的质量力：量力：2022/11/182022/11/18第十一页，共81页。1212首页上页下页末页结束机械与材料学院机械与材料学院机械与材料学院机械与材料学院20072007流体流体流体(lit)(lit)(lit)静力学静力学静力学同理：同理：即：即：2、静止流体、静
12、止流体(lit)的平衡微分方程式的平衡微分方程式研究流体在研究流体在质量量(zhling)力和表面力的作用下的力的平衡关系力和表面力的作用下的力的平衡关系（1）、平）、平衡微分方程式衡微分方程式设微小六面体中心点微小六面体中心点a,其静其静压强为p(x,y,z)2022/11/182022/11/18第十二页，共81页。1313首页上页下页末页结束机械与材料学院机械与材料学院机械与材料学院机械与材料学院20072007流体流体流体(lit)(lit)(lit)静力学静力学静力学x x x x方向方向方向方向(fngxing)(fngxing)(fngxing)(fngxing)的平的平的平的平
13、衡方程式衡方程式衡方程式衡方程式 化简得化简得同除以同除以同除以同除以 同理得同理得欧拉平衡欧拉平衡欧拉平衡欧拉平衡(pnghng)(pnghng)方程方程方程方程2022/11/182022/11/18第十三页，共81页。1414首页上页下页末页结束机械与材料学院机械与材料学院机械与材料学院机械与材料学院20072007流体流体(lit)(lit)静力学静力学3、重力、重力场中静止流体中静止流体(lit)的的压强分布分布（1）、不可压缩流体的静压强基本(jbn)公式重力场中的平衡流体中的流体静压力只是高度的连续函数。重力场中的平衡流体中的流体静压力只是高度的连续函数。重力场中的欧拉平衡方程形
14、式为重力场中的欧拉平衡方程形式为 2022/11/182022/11/18第十四页，共81页。1515首页上页下页末页结束机械与材料学院机械与材料学院机械与材料学院机械与材料学院20072007流体流体(lit)(lit)静力学静力学对于不可压缩流体对于不可压缩流体 ，对上式在流体连续区域，对上式在流体连续区域内进行积分，可得：内进行积分，可得：该式为重力场中不可压缩流体该式为重力场中不可压缩流体(lit)的静压强基本方程式。的静压强基本方程式。积分常数积分常数C可以由平衡液体可以由平衡液体(yt)自由表面边界条件确定：自由表面边界条件确定：2022/11/182022/11/18第十五页，共
15、81页。1616首页上页下页末页结束机械与材料学院机械与材料学院机械与材料学院机械与材料学院20072007流体流体流体(lit)(lit)(lit)静力学静力学静力学这就是不可压缩流体的静压强分布规律这就是不可压缩流体的静压强分布规律(gul)。（重点）。（重点）静止流场中压强分布规律静止流场中压强分布规律(gul)既适用于理想流体，也适用于粘性流体既适用于理想流体，也适用于粘性流体所以即流体静压强基本流体静压强基本(jbn)方程式表方程式表明：明：重力作用下的静止液体中，任一点的静压强由自由表面上的压强重力作用下的静止液体中，任一点的静压强由自由表面上的压强和单位面积液柱重量所组成。和单位
16、面积液柱重量所组成。静止液体自由表面上的表面压力均匀传递到液体内各静止液体自由表面上的表面压力均匀传递到液体内各点点（这就是著名的帕斯卡定律，如水压机、油压千斤顶等机（这就是著名的帕斯卡定律，如水压机、油压千斤顶等机械就是应用这个定律制成的）。械就是应用这个定律制成的）。淹深淹深2022/11/182022/11/18第十六页，共81页。1717首页上页下页末页结束机械与材料学院机械与材料学院机械与材料学院机械与材料学院20072007流体流体(lit)(lit)静力学静力学静止液体内不同位置静止液体内不同位置处的流体静的流体静压力数力数值不同，不同，但其数但其数值之之间存在如下存在如下(rx
17、i)(rxi)关系。关系。（2）、流体(lit)静压强基本方程式的物理意义（由上式）（由上式）在平衡流体内部，位置势能和压力势能可以相互转化，但是总在平衡流体内部，位置势能和压力势能可以相互转化，但是总能量保持恒定。能量保持恒定。流体静压强基本方程式的意义就是平衡流体中的总能量流体静压强基本方程式的意义就是平衡流体中的总能量是一定的。这也是能量守衡与转化定律在平衡流体中的体现。是一定的。这也是能量守衡与转化定律在平衡流体中的体现。位置位置势势能能压压力力势势能能2022/11/182022/11/18第十七页，共81页。1818首页上页下页末页结束机械与材料学院机械与材料学院机械与材料学院机械
18、与材料学院20072007流体流体(lit)(lit)静力学静力学4、静、静压强的表示方法及其的表示方法及其单位位（1）、表示方法：）、表示方法：大气大气压强-标准状准状态下，海平面上大气所下，海平面上大气所产生的生的压强。绝对压强-以以绝对真空作真空作为基准所表示的基准所表示的压强；相相对压强-以当地大气以当地大气压强作作为基准所表基准所表示的示的压强。多。多 数数测压仪表表(ybio)所所测得的得的压强是相是相对压强，故相，故相 对压力也称表力也称表压强。真空度真空度-负的相的相对压强。（2）、四种）、四种压力力(yl)的关系：的关系：绝对压强=相相对压强+大气大气压强 真空度真空度=大气
19、大气压强-绝对压强2022/11/182022/11/18第十八页，共81页。1919首页上页下页末页结束机械与材料学院机械与材料学院机械与材料学院机械与材料学院20072007流体流体流体(lit)(lit)(lit)静力学静力学静力学pOp=0ppaP，粗糙度被，粗糙度被层流流边层淹淹没；（重点）没；（重点）水力粗糙管：水力粗糙管：2000时，保持在0.8左右。短孔加工比比薄壁小孔容易，因此特别适合于作固定节流器使用。式中：式中：v1可忽略可忽略(hl)，代入。整理：代入。整理：流经短孔的流经短孔的流量计算式流量计算式：2022/11/182022/11/18第七十二页，共81页。7373
20、首页上页下页末页结束机械与材料学院机械与材料学院机械与材料学院机械与材料学院20072007孔口孔口孔口孔口(kn ku)(kn ku)流动流动流动流动三、细长三、细长(x(x chn)chn)孔孔q式中：液体流经细长孔的流量和孔前后压差式中：液体流经细长孔的流量和孔前后压差(y ch)p成正比；成正比；q流量和液体粘度流量和液体粘度成反比。因此流量受液体温度变化成反比。因此流量受液体温度变化的影响较大。的影响较大。液体流经细长小孔时，一般都是层流状态，所以可直液体流经细长小孔时，一般都是层流状态，所以可直接应用前面已导出的圆管层流接应用前面已导出的圆管层流流量公式流量公式：2022/11/1
21、82022/11/18第七十三页，共81页。7474首页上页下页末页结束机械与材料学院机械与材料学院机械与材料学院机械与材料学院20072007液压冲击和气穴液压冲击和气穴液压冲击和气穴(q xu)(q xu)(q xu)现象现象现象一一.液压冲击液压冲击(chngj)(chngj)定义：在液压系统中，由于某种原因引起液体中产定义：在液压系统中，由于某种原因引起液体中产 生急剧生急剧(jj)交替的压力升降的阻力波动过交替的压力升降的阻力波动过程。程。危害：出现冲击时，液体中的瞬时峰值压力往往比危害：出现冲击时，液体中的瞬时峰值压力往往比 正常工作压力高好几倍，它不仅会损坏密封正常工作压力高好几
22、倍，它不仅会损坏密封 装置、管道和液压元件，而且还会引起振动装置、管道和液压元件，而且还会引起振动 与噪声；有时使某些压力控制的液压元件产与噪声；有时使某些压力控制的液压元件产 生误动作，造成事故。生误动作，造成事故。原因：流道的突然堵塞或截断。原因：流道的突然堵塞或截断。2022/11/182022/11/18第七十四页，共81页。7575首页上页下页末页结束机械与材料学院机械与材料学院机械与材料学院机械与材料学院20072007液压冲击液压冲击液压冲击(chngj)(chngj)(chngj)(一一)液压冲击的物理液压冲击的物理(wl)(wl)过程过程 若将阀门突然关闭，则紧靠阀门的这部分
23、液体(yt)立刻停止运动，液体(yt)的动能瞬时转变为压力能，接着后面的液体(yt)依次停止运动，依次将动能转变为压力能，并以一定速度由阀门处回传到管头处，使全管压力升高，在管道内形成压力升高波；管内液体(yt)受力不平衡，使液体(yt)倒流，管内液体(yt)压力逐段降低，形成压力衰减波。若整个过程中无能量损失，则冲击波将永远持续若整个过程中无能量损失，则冲击波将永远持续下去。下去。“水锤水锤”2022/11/182022/11/18第七十五页，共81页。7676首页上页下页末页结束机械与材料学院机械与材料学院机械与材料学院机械与材料学院20072007液压冲击液压冲击液压冲击(chngj)(
24、chngj)(chngj)(二二)减小液压冲击减小液压冲击(chngj)(chngj)的措施的措施q适当加大管径，限制管道流速，一般在液压系统中把速度控适当加大管径，限制管道流速，一般在液压系统中把速度控制在制在4.5m/s4.5m/s以内以内(y ni)(y ni)，使，使 prmaxprmax不超过不超过5MPa5MPa就可以认为就可以认为是安全的；是安全的；q正确设计阀口或设置制动装置，使运动部件制动时速度变化正确设计阀口或设置制动装置，使运动部件制动时速度变化比较均匀；比较均匀；q延长阀门关闭和运动部件制动换向的时间，可采用换向时间延长阀门关闭和运动部件制动换向的时间，可采用换向时间可
25、调的换向阀；可调的换向阀；q尽可能缩短管长，以减小压力冲击波传播时间，变直接冲击尽可能缩短管长，以减小压力冲击波传播时间，变直接冲击为间接冲击；为间接冲击；q缓慢关闭阀门，削减冲击波的强度；缓慢关闭阀门，削减冲击波的强度；q在阀门前设置蓄能器，以减小冲击波传播的距离；在阀门前设置蓄能器，以减小冲击波传播的距离；q应将管中流速限制在适当范围内，或采用橡胶软管；应将管中流速限制在适当范围内，或采用橡胶软管；q在系统中装置安全阀，限制压力升高。在系统中装置安全阀，限制压力升高。2022/11/182022/11/18第七十六页，共81页。7777首页上页下页末页结束机械与材料学院机械与材料学院机械与
26、材料学院机械与材料学院20072007气穴气穴气穴(q xu)(q xu)(q xu)现象现象现象二.气穴(q xu)现象定义：在流动液体中，由于压力降低而有气泡形成的定义：在流动液体中，由于压力降低而有气泡形成的 现象。现象。气穴中的气体：空气，油蒸汽气穴中的气体：空气，油蒸汽(zhn q)(zhn q)。轻微气穴：压力降低到某一值时，以混入油中的微小轻微气穴：压力降低到某一值时，以混入油中的微小 气泡为核心，其体积胀大并互相聚合而形气泡为核心，其体积胀大并互相聚合而形 成相当体积的气泡。成相当体积的气泡。严重气穴：当压力降低到空气分离压（严重气穴：当压力降低到空气分离压（4104pa)41
27、04pa)以以 下，除混入油中的气泡胀大聚合外，溶入下，除混入油中的气泡胀大聚合外，溶入 油中的空气将突然迅速的自油中分离而产油中的空气将突然迅速的自油中分离而产 生大量的气泡。生大量的气泡。2022/11/182022/11/18第七十七页，共81页。7878首页上页下页末页结束机械与材料学院机械与材料学院机械与材料学院机械与材料学院20072007气穴气穴气穴(q xu)(q xu)(q xu)现象现象现象强烈气穴：当压力降低到饱和蒸汽压（约为强烈气穴：当压力降低到饱和蒸汽压（约为2104pa)2104pa)以下，以下，除上述两种气泡外，油液还将沸腾除上述两种气泡外，油液还将沸腾(fitn
28、g)(fitng)汽化，汽化，产生大产生大 量气泡。量气泡。未破溃未破溃(p ku)气泡气泡体积缩小、溃灭体积缩小、溃灭局部真空局部真空局部液压冲击局部液压冲击产生振动、噪音产生振动、噪音金属表面剥落破坏金属表面剥落破坏 气蚀气蚀油液氧化变质油液氧化变质流道狭窄处流道狭窄处堵塞堵塞 总之，气穴使系统性能变坏（特别是系统的动态性能）容积效率总之，气穴使系统性能变坏（特别是系统的动态性能）容积效率降低；气蚀使材料破坏，使液压元件寿命缩短。降低；气蚀使材料破坏，使液压元件寿命缩短。危害：危害：气泡气泡进入高入高压区区2022/11/182022/11/18第七十八页，共81页。7979首页上页下页末
29、页结束机械与材料学院机械与材料学院机械与材料学院机械与材料学院20072007气穴气穴气穴(q xu)(q xu)(q xu)现象现象现象减小气穴减小气穴(q xu)的措施：的措施：v正确设计正确设计(shj)和选用液压元件（结构、参数）和选用液压元件（结构、参数）;v减小阀孔口前后的压差（减小阀孔口前后的压差（P1/P23.5）;v液压系统个元件的联接处要密封可靠，严防空气侵入；液压系统个元件的联接处要密封可靠，严防空气侵入；v在易发生气穴的管路中加背压；在易发生气穴的管路中加背压；v采用抗蚀能力强的金属材料，提高零件的机械强度，减小零件表面粗采用抗蚀能力强的金属材料，提高零件的机械强度，减
30、小零件表面粗糙度；糙度；v降低吸油高度（一般不超过降低吸油高度（一般不超过0.5m);v加大吸油管径，限制吸油管流速；加大吸油管径，限制吸油管流速；v及时清洗吸油过滤器。及时清洗吸油过滤器。习题：液压冲击和气穴现象是怎样产生的？它们有何习题：液压冲击和气穴现象是怎样产生的？它们有何 危害？如何防止？危害？如何防止？2022/11/182022/11/18第七十九页，共81页。8080首页上页下页末页结束机械与材料学院机械与材料学院机械与材料学院机械与材料学院20072007第十章第十章第十章第十章 气体气体气体气体(qt)(qt)(qt)(qt)的一元定常流动的一元定常流动的一元定常流动的一元
31、定常流动特点特点(tdin)：压缩性。性。声速声速(shn s)(shn s)和和马赫数赫数 一、声速一、声速c c：微弱微弱扰动波波在在弹性介性介质中的中的传播速度。播速度。划分气体流划分气体流动类型的自然型的自然标准。准。v vc c v vc c 亚声速流亚声速流 超声速流超声速流 具有完全不同的性具有完全不同的性质2022/11/182022/11/18第八十页，共81页。8181首页上页下页末页结束机械与材料学院机械与材料学院机械与材料学院机械与材料学院20072007气体(qt)的一元定常流动微弱微弱(wiru)扰动dp、d、dT的变化的变化(binhu)很小很小C大，与外界来不及大，与外界来不及进进行行热热交交换换可逆可逆绝热绝热等等熵熵过过程程由等由等熵过熵过程关系式：程关系式：等容比等容比热等等压比比热，绝热绝热指数指数故有：故有：气体的状态方程：气体的状态方程：声音在声音在弹性介性介质中的中的传播速度播速度结论：可可压缩流体中微弱流体中微弱扰动波的波的传播速度就是声速。播速度就是声速。2022/11/182022/11/18第八十一页，共81页。