2、液体流体力学基础

♣流束段aa‘-bb’能量的变化ΔE 动能 位能
而dA u1 dA2u2 dq 1
所以
W dqdt(p p2 ) 1
♣外力做功=能量变化W=ΔE
2 2 u2 u1 ΔE1 dqdt ρ dqdt ρ 2 2 ΔE2 gdqdth2 ρ gdqdth1 ρ
2 2 p1 u1 p2 u2 h1g h2 g ρ 2 ρ 2
q udA
A
udA q v
A
A
流速：流体质点单位时间内流过的距离，实际流体内 各质点流速不等。 平均流速：通过流体某截面流速的平均值。
q v A
第三节 液体动力学基础
1.4、液体的流态
1）实验 2）流态 ♣层流： 分层、稳定、 无横向流动。 ♣ 湍流： 不分层、不稳定、有横向流动。 3）判定流态 vd Re 其中V为平均流 υ ♣雷诺数Re
第一节
主要内容：
液体的物理性质
•流体的密度和重度 •液体的可压缩性 •液体的粘性和粘度 •液压油的要求 •液压油的类型和选用 •液压油的污染和控制
第一节
液体的物理性质
M V
1 流体的密度和重度
• 液体的密度
液压油的密度为900kg/m3

液体的重度
G V
液压油的重度为8800N/m3
动力粘度 单位速度梯度上的内摩擦力; 是表征液体粘性的内摩擦系数 。
μ=
τ
du / dy 单位： PaS μ
•运动粘度
动力粘度与密度之比值， 没有明确的物理意义,但是工 程实际中常用的物理量。
ν=
ρ
单位：m2/s, cSt 1 m 2 /s =10 6 cSt
第一节 液体的物理性质 对同一种介质，其运动粘度新旧牌 号对比如下表所示：
第三节 液体动力学基础
3.2.实际液体伯努利方程
实际液体： 有粘性、可压缩、 非稳定流动。 速度修正: α动能修正系数 平均流速代替实际流速，考虑能量损失hw
p1 1u1 p2 h1 g 2
2
2u 2 2
2
h 2 g hwg
1 1 2 2 p1 gh1 1 v1 p 2 gh 2 2 v2 p 2 2
第三节础
1.2.流线、流束、流管、通流截面： 流线：液流中各质点的速度方向相切的曲线。 流束：许多流线组成的一束曲线。 流管：通过一条封闭曲线的密集流线束。 通流截面：垂直于流动方向的截面，也称为过流截 面。
第三节 液体动力学基础
1.3.流速、流量 流量：单位时间内流经某通流截面流体的体积，流量 以q表示，单位为 m3 / s 或 L/min。
第三节 液体动力学基础
4 动量方程
依据：动量定理 用来计算流动液体作用在限制 F 其流动的固体壁面上的总作用力。 推导：
第二节 液体静力学基础 3 压力的表示
1）按测量方式表示 ♣水柱高度（m)、水银柱
高度（mm) ♣单位面积受力值（帕Pa、 兆帕MPa、工程大气压at）
2）按测量基准不同表示 p > p 0
p表压=p相对= p绝对– p0 p<p0 p真空度= – p相对=p0 –p绝对
第二节 液体静力学基础

第一节
液体的粘性
液体的物理性质
3 液体的粘性和粘度
液体在外力作用下流动 时，液体分子间的内聚力 （内摩擦力）阻碍其相对 μ 运动的性质 du Ff μA 内摩擦力 dy
μ是比例系数，称为动力粘度 式中：
内摩擦应力
du dy
第一节

液体的物理性质
液体的粘度
度量液体粘性大小的物理量
第二节 液体静力学基础
已知：D=100mm, d=20mm, G=5000kg 求： F=？ G=mg=5000kgx9.8m/s2
=49000N
由p1=p2 则F/(π d2/4)=G/（πD2/4) F=(d2/D2)G =(202/1002)49000=1960N
第二节 液体静力学基础
5 压力的计算
♣临界雷诺数Rec ♣判定方法 Re< Rec——层流 Re > Rec——湍流
速， 为运动粘度 d为管道直径
υ
第三节 液体动力学基础
Re
vd

Re无量纲
物理意义 非圆管截面
Re Rv （R为水力直径）

第三节 液体动力学基础
2 流体的连续方程
依据：质量守恒定律 • 液体在管内作恒定流动， 任取1、2两个通流截面， 根据质量守恒定律，在单 位时间内流过两个截面的 液体质量相等，即： ρ1v 1 A 1 = ρ2 v 2 A2 不考虑液体的压缩性，则得 q =v A =常量 结论：流量连续性方程说明了恒定流动中流过各截面 的不可压缩流体的流量是不变的。因而流速与通流截 面的面积成反比。
第二节 液体静力学基础 帕斯卡原理
在密闭容器内，施加于 静止液体的压力可以等值地传递 到液体各点。
这就是帕斯卡原理，也称为静压 传递原理。图示是应用帕斯卡原理的实 例，作用在大活塞上的负载F1形成液体 压力p= F1/A1 。为防止大活塞下降，在 小活塞上应施加的力F2= pA2= 1A2/A1。： 液压传动可使力放大，可使力缩小，也可以改变力的方向。 液体内的压力是由负载决定的。
第一节
液体的物理性质
• 相对粘度 雷式粘度〞R——英国、欧洲 赛式粘度SSU——美国 恩式粘度oE——俄国、德国、中国
t oE 1
t2
单位：无量纲
200ml 温度为T的被测液体,流经恩氏粘度计小
孔（φ2.8mm）所用时间t1，与同体积20度的水
通过小孔所用时间t2之比。
第一节
液体的物理性质
第一节
液体和固体壁面接触时， 固体壁面将受到液体静压力的 作用。
当固体壁面为平面时，液
体压力在该平面的总作用力 F = p A ，方向垂直于该平面。 当固体壁面为曲面时，液 体压力在曲面某方向上的总作 用力 F = p Ax ， Ax 为曲面在 该方向的投影面积。
Fx
π/2
π / 2
dFx plr cos d

π/2
π / 2
2 plr pAX
F=pAx
第三节 液体动力学基础
流体动力学主要研究液体流动时流速和压力的变化 规律。流动液体的连续性方程、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间的作用力问 题。主要内容：
液压流体力学基础
教学要求 液压传动是以液体作为工 作介质进行能量传递的，因而， 了解液体的物理性质，掌握液 体在静止和运动过程中的基本 力学规律，对于正确理解液压 传动的基本原理，合理设计和 使用液压系统都非常必要。
重点难点
本章目录
教学要求
液压传动是以液体作为工作介质进行能量的传递。 1、了解液体的物理性质，静压特性、方程、传递 规律，掌握液体在静止和运动过程中的基本力学规 律，掌握静力学基本方程、压力表达式和结论 ； 2、了解流动液体特性、传递规律，了解动力学三 大方程、流量和结论； 3、掌握流量公式、特点、两种现象产生原因，掌 握薄壁孔流量公式及通用方程、两种现象的危害及 消除。
第一节
液体的物理性质
4 液压油的要求
• 对液压油液的要求
– 粘温特性好
– 有良好的润滑性 – 成分要纯净 – 有良好的化学稳定性 – 抗泡沫性和抗乳化性好
– 材料相容性好
– 无毒，价格便宜
第一节

液体的物理性质
•石油型液压油 •合成型液压油 •乳化型液压油
（参见教材中表2-2油的类型及指标） 液压系统的工作压力—压力 高，要选择粘度较大的液压油液 环境温度—温度高，选用粘度较 大的液压油。 运动速度—速度高，选用粘 度较低的液压油。 液压泵的类型—各类泵适用 的粘度范围见教材中表2-3。
第三节 液体动力学基础
3 流体的伯努利方程
3.1 、 理想液体微小流束伯努利方程 假设：理想液体作恒定流动 依据：能量守恒定律 推导：研究流束段ab在时间dt内流到a'b‘ ♣外力对流束段ab所做的功W
W p1dA ds1 p2 dA2 ds2 p1dA u1dt1 p2 dA2 u2 dt 2 1 1
彻底清洗系统 保持系统清洁 定期清除污物 定期换油
第二节 液体静力学基础

压力的概念 压力的分布
压力的表示
压力的传递

压力的计算
第二节 液体静力学基础
1 压力的概念
静止液体在单位面积上所受的法向力称为静 压力。 F p lim （ΔA→0） A 0 A 液体静压力的特性： 若在液体的面积A上所 液体静压力垂 受的作用力F为均匀分布 直于承压面，方向为 时，静压力可表示为： 该面内法线方向。 p=F/A 液体内任一点 液体静压力在物理学上 所受的静压力在各个 称为压强，工程实际应用 方向上都相等。 中习惯称为压力。
5 液压油的类型和选用
液压油的类型

液压油的选用 •合适的类型（油型） •适当的粘度（油号） 环境因素 运动性能 设备种类
第一节

液体的物理性质
造成系统故障 降低元件寿命 使液压油变质 影响工作性能
系统残留物 外界侵入物 内部生成物
6 液压油的污染及控制 液压油污染的危害

液压油的污染源

污染的控制
液体的流态与流速 流体的连续方程 流体的伯努利方程 流体的动量方程
第三节 液体动力学基础
1 液体的流态和流速
1.1理想液体、稳定流动 理想液体：假设的既无粘性又不可压缩的流 体称为理想流体。 实际液体：有粘度、可压缩的液体 稳定流动：液体流动时，液体中任一点处的 压力、速度和密度都不随时间而变化的流动， 称为定常流动或非时变流动。（实验） 非稳定流动： 压力、速度、密度随时间变化 的流动。