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1、流体力学基础 现在学习的是第1页，共31页2023/4/412-1流体静力学基础一、静压力及其特性静压力：液体单位面积上的法向应力。特性特性：1）、静压力是沿着液体作用面的内法线方向。2）、液体中任一点压力大小与作用的方位无关（各向相等）二、静压方程现在学习的是第2页，共31页2023/4/42重力场中静止液体的压力分布规律重力场中静止液体的压力分布规律(Z=-g)p=p0+gh结论：同一深度处压力相等。静压力由液面压力p0和重力gh引起的压力两部分组成。重力场重力场:现在学习的是第3页，共31页2023/4/43Z=gdp=gdzp=gz+c当z=H时，p=p0 c=p0+gHHz=h p=
2、p0+gh p=p0+gh?现在学习的是第4页，共31页2023/4/44三、压力表示法1、压力单位Pa=N/m21at=105Pa=0.1MPa=10mH2O=735.5mmHgatmH2O mmHg2、绝对压力、相对压力、真空度绝对压力真空度相对压力绝对压力at0四、液体对固体壁面的作用力：Fx=pAx现在学习的是第5页，共31页2023/4/4522流体动力学基础 主要研究液体流动时流速和压力的变化规律。连续性方程、主要研究液体流动时流速和压力的变化规律。连续性方程、伯努利方程、动量方程是描述流动液体力学规律的三个伯努利方程、动量方程是描述流动液体力学规律的三个基本方程式。前两个方程反映
3、了液体的压力、流速与流基本方程式。前两个方程反映了液体的压力、流速与流量之间的关系，动量方程用来解决流动液体与固体壁面量之间的关系，动量方程用来解决流动液体与固体壁面间的作用力问题。间的作用力问题。一、流体运动的基本概念1、理想液体、定常流动2、流线、过流断面、流量、平均流速现在学习的是第6页，共31页2023/4/46二、连续性方程 v1A1=v2A2=常数应用条件：定常流动和不可压缩临界雷诺数Re（20002300）当：ReRer时，为层流当：ReRer时，为紊流3、层流、紊流、雷诺判据4、雷诺数（是液体惯性力与粘性力之比）实验现在学习的是第7页，共31页2023/4/47三、伯努利方程p
4、dA-(p+dp)dA-gdAdlcos=dAdlal1、理想液体的运动微分方程 第一项为变位加速度第二项时变加速度现在学习的是第8页，共31页2023/4/48此式为微小流束液体一元定常流动的运动微分方程沿流线积分此式单位重量液体的伯努力方程流动液体的势能、压力能、动能之和不变。适应条件：理想液体作定常流动理想液体作定常流动现在学习的是第9页，共31页2023/4/49实际液体总流的伯努力方程各项同乘以dq得微小流束的整个质量的能量方程，然后再对整个过流断面积分，就得到总流的能量方程现在学习的是第10页，共31页2023/4/410适应条件：（1）定常流动、（2）不可压缩现在学习的是第11页
5、，共31页2023/4/411例例：A1=2cm2，A2=4*A1，h=1m，抽吸和被抽吸的液体相同，若不计能量损失，求开始能抽吸时的流量应用能量方程时解题步骤应用能量方程时解题步骤应用能量方程时解题步骤应用能量方程时解题步骤：1）选取两个缓变过流断面（一个选在参数已知处A2，一个选在要求解的参数处A1）2）在两个缓变过流断面上，各选取一个高度已知的点1、2，沿流线列能量方程3）判断流态，确定动能修正系数4）求解方程12现在学习的是第12页，共31页2023/4/412四、动量方程四、动量方程如图液体在定常（恒定）流动时，取12之间的液体为研究对象根据刚体动量定律有：由连续方程知，q1=q2=
6、q，对于不可压缩液体又有1=2=m2u2m1u1Fdt现在学习的是第13页，共31页2023/4/413用于求解液体对固体壁面的作用力T=F方程成立的条件：恒定流动、不可压缩方程为矢量方程为动量修正（用平均速度带来的误差），=1（紊流），=4/3（层流）现在学习的是第14页，共31页2023/4/414例题：阀芯打开时受力分析1 1.液体受力液体受力 F Fx x=q(q(2 2v v2 2coscos90901 1v v1 1coscos)取取1 1=1=1 则则 F Fx x=q q1 1v v1 1coscos2 2.阀芯受力阀芯受力 F F x x=F Fx x=q q1 1v v1
7、1coscos 指向使阀芯关闭的方向指向使阀芯关闭的方向现在学习的是第15页，共31页2023/4/4152.3液体流动时的压力损失 实际液体在流动过程中,由于粘性的影响,必然有能量损失.可用压力损失表示,可分为沿程压力损失沿程压力损失和局部压力损失局部压力损失现在学习的是第16页，共31页2023/4/416一、沿程压力损失1、圆管层流的压力损失P1-p2现在学习的是第17页，共31页2023/4/417压力损失由此式把p表示出来可得压力损失计算式现在学习的是第18页，共31页2023/4/418压力损失现在学习的是第19页，共31页2023/4/419二、局部压力损失、总压力损失应用此式时
8、，要求两个局部损失区域间的直管长度大于1020倍管径现在学习的是第20页，共31页2023/4/420 2.4孔口和缝隙流动一、液体流经小孔的普遍规律当完全收缩d1/d07时,Cq=0.60.62;不完全收缩d1/d07时Cq=0.70.8现在学习的是第21页，共31页2023/4/421孔口形式及特性层流细长孔l/d04厚壁孔0.5l/d04薄壁小孔l/d00.5现在学习的是第22页，共31页2023/4/422二、缝隙流动1、平行平板缝隙流动当：平板运动方向与压差方向一致时取“+”现在学习的是第23页，共31页2023/4/4232、圆环缝隙流动（1）同心环：b=d（2）偏心环：现在学习的
9、是第24页，共31页2023/4/4242.5液压冲击和空穴现(简介)一、液压冲击液压冲击：液压系统中，由于某种原因液压冲击：液压系统中，由于某种原因（如速度急剧变化），引起压力突然急剧（如速度急剧变化），引起压力突然急剧上升，形成很高压力峰值的现象。上升，形成很高压力峰值的现象。如：急速关闭自来水管可能使水管发生振如：急速关闭自来水管可能使水管发生振动，同时发出噪声。动，同时发出噪声。现在学习的是第25页，共31页2023/4/425 液压冲击产生的原因液压冲击产生的原因:1）迅速使油液换向或突然关闭油路，使液体受阻，动能转换为压力能，使压力升高。2）运动部件突然制动或换向，使压力升高。液压
10、冲击引起的结果液压冲击引起的结果:液压冲击峰值压力工作压力引起振动、噪声、导致某些元件如密封装置、管路等损坏；使某些元件（如压力继电器、顺序阀等）产生误动作，影响系统正常工作。现在学习的是第26页，共31页2023/4/426减小液压冲击的措施减小液压冲击的措施 1 1）延长阀门关闭和运动部件制动换向的时间。）延长阀门关闭和运动部件制动换向的时间。2 2）限制管道流速及运动部件速度）限制管道流速及运动部件速度 v v管管 4.5m/s 4.5m/s，v v缸缸 10m/min 10m/min。3 3）加大管道直径，尽量缩短管路长度。）加大管道直径，尽量缩短管路长度。4 4）采用软管，以增加系统
11、的弹性。）采用软管，以增加系统的弹性。现在学习的是第27页，共31页2023/4/427 二、气穴（空穴）（空穴）现象气穴现象：气穴现象：液压系统中，由于某种原（如速度突变），使压力降低而使气泡产生的现象。产生原因产生原因:压力油流过节流口、阀口或管道狭缝时，速度升高，压力降低；液压泵吸油高度过大，吸油管阻力增大，吸油不充分，压力降低。引起的结果引起的结果:1.液流不连续，流量、压力脉动 2.系统发生强烈的振动和噪声 3.发生气蚀 现在学习的是第28页，共31页2023/4/428 减小气空穴的措施减小气空穴的措施1 减小小孔和缝隙前后压力降，希望 p1/p2 3.5。2 增大直径、降低高度、
12、限制流速。3 管路要有良好密封性防止空气进入。4 提高零件抗腐蚀能力，采用抗腐蚀能力强的材料，减小表面粗糙度。5 整个管路尽可能平直，避免急转弯缝隙，合理配置。现在学习的是第29页，共31页2023/4/429小结:静压方程能量方程表明了液体内压能、动能、势能间的关系。其物理意义在于：液体在流动过程中，这三种能量之间可以相互转换；在同一流管内不同截面上这三种能量连同流体流经截面间所产生的能量损失之和保持不变。该方程最适合解决流体内涉及压力、速度、位置有关的问题。事实上静止液体的压力分布、小孔流量、缝隙流量、压力损失等问题都可以看作伯努利方程在不同问题上的具体应用。孔口特性现在学习的是第30页，共31页2023/4/430思考题：伯努利方程的物理意义是什么？该方程的理论式和实际式有什么区别？管路中的压力损失有哪几种？其值与哪些因素有关？作业：21 22现在学习的是第31页，共31页2023/4/431