1-2流体力学基本知识

p/ρg +Z+ v2 /2g= C（c为常数）
在密闭管道内作恒定流动的理想液体具有三种形式 的能量，即压力能、位能和动能。在流动过程中，三 种能量之间可以互相转化，但各个过流断面上三种能 量之和恒为定值。管细流速大，管粗流速小。
实际液体流动能量方程
因为 实际液体具有粘性，所以液体流动时会产生内 摩擦力，从而损耗能量。 应考虑能量损失h w，并考虑动能修正系数 则实际液体伯努利方程为：
ξ——局部阻力系数，ξ一般要依靠实验来确定，具 体数据可查阅有关液压传动设计计算手册； υ——液流的流速，一般情况下均指局部阻力后部的 流速。
液体流动中的压力损失
局部压力损失
产生原因： 碰撞、旋涡（突变管、弯管)产生附加摩擦 附加摩擦 — 只有紊流时才有，是由于分子作横向运动时 产生的摩擦，即速度分布规律改 变，造成液体 的附加摩擦。
p

u0 2
dh
液体通过偏心环形缝隙的流量
qv

dh3 12 l
p(1 1.5 )
u0 2
dh
液体通过完全偏心环形缝隙的流量
qv

2.5 dh3 12 l
p

u0 2
dh
液压冲击
在液压系统中，常由于某些原因而使液体的压力在 某一瞬间突然急剧上升，形成一个很大的压力峰值， 这种现象称为液压冲击。 液压冲击常伴随着巨大的噪声和振动，使液压系统 产生升温，有时会使一些液压元件或管件损坏。
气穴多发生在阀口和液压泵的进口处，由于阀口的 通道狭窄，流速增大，压力大幅度下降，以致产生气 穴。当泵的安装高度过大或油面不足，吸油管直径太 小吸油阻力大，滤油期阻塞，造成进口处真空度过大， 亦会产生气穴。
ห้องสมุดไป่ตู้
气穴现象
预防气穴的措施： （1）减小液流在间隙处的压力降。 （2）降低吸油高度，适当加大吸油管的内径，限制 吸油管的流速，及时清洗滤油器。 对高压泵可采用辅助泵供油。 （3）管路要有良好的密封性，防止空气进入。
液体通过长孔的流量
qv

d 4 128 l
p
孔口的长径比l/d>4时为细长孔。液体流过细长孔时， 一般为层流 。
液体流经细长孔的流量与液体粘度成反比。即流量 随温度的变化而变化，并且流量与小孔前后的压差成 线性关系。
液体在缝隙中的流动
液体通过同心环形缝隙的流量
qv

dh3 12 l
表示压力的方法有三种，即 绝对压力，相对压力，真空度。
绝对压力＝相对压力＋大气压力 真空度＝大气压力－绝对压力＝负的相对压力
液压系统中的压力，指的是相对压力。
流体力学基本概念
理想液体：既无粘性又不可压缩的液体 恒定流动（稳定流动、定常流动）：液体中任 何一点的压力﹑速度和密度都不随时间而变化， 则这样的流动称为稳定流动。液压技术主要研究 稳定流动。
p1/ρg + Z1 +α1 v12 / 2g= p2/ρg + Z2 +α2 v22/2g+ hw
理想液体流动动量方程
对于作稳定流动的液体，若不考虑液体的可压缩性， 则液体流动时动量方程为
∑F—作用于控制液体体积上的全部外力之和； β2、β1—动量修正系数，在湍流时取β为1，层流时 取β为1.33，为了简化计算，β值常取为1； q、ρ—分别为液体流量和密度； υ1、υ2—液体在前后两个过流断面上的平均流度。
静止液体内的压力随液体深度h的增加而增大， 即呈直线规律分布。 连通容器内同一液体中，深度相同处各点的压力 均相等。由压力相等的点组成的面叫做等压面，在 重力作用下静止液体的等压面是一个水平面。
液体的静压力
在液压传动技术中，液面压力远远大于液体自重 产生的压力，故后者一般忽略不计。
液体的压力是由外界负载作用而形成的，即压力 的大小决定于负载，这是液压传动中的一个重要的 基本概念。
流体力学基础
汽车工程系 2019年9月
液体的静压力
静止液体：液体内部质点之间没有相对位移， 处于相对平衡的液体。
液体处于静止状态下的压力为液体的静压力，一 般液压传动所说的压力都是指液体的静压力（即物 理学中所称的压强，简称压力）。 如果在面积△A上作用有法向力△F，则液体内 某点处的压力定义为
实际液体在流动时，由于粘性力的作用，整个过 流断面上的各点速度一般是不等的。流过断面A的 流量等于液体实际流速流过该断面的流量。流速v 称为过流断面上的平均流速，以后所指的流速，除 特别指出外，均按平均流速来处理。
流体力学基本概念
液压缸工作时，液体的流速与活塞的运动速度相 同，当液压缸的有效面积一定时，活塞运动速度的 大小由输入液压缸的流量来决定。这是一个重要的 概念。
液压缸的运动速度取决于进入液压缸的流量，并 且随着流量的变化而变化。
流动液体的压力
静止液体内任意点处的压力在各个方向都是相等 的。但在流动液体内，由于惯性和粘性的影响，任 意点处在各个方向上的压力并不相等。 但是因为数值相差甚微，所以流动液体内任意点 处的压力在各个方向上的数值可以看作是相等的。
流线—某一瞬时液流中各处质点运动状态的一 条条曲线 流束—通过某截面上所有各点作出的流线集合
构成流束 通流截面——流束中所有与流线正交的截面 （垂直于液体流动方向的截面）
流体力学基本概念
流量：单位时间内流过某一过流断面的液体的体 积。 流量的常用代号为q，单位为 m3/s，实际中常用 的单位为L/min或mL/s。
液体的静压力
若法向力F均匀地作用于面积A上，则压力可表 示为
液体的静压力具有两个重要的特性： 液体压力作用的方向总是垂直指向受压表面。 静止液体内任一点处的压力在各个方向上都相等。
液体的静压力
液体静压力基本方程
静止液体内任一点的压力由两部分组成：一部分 是液面上的压力po，另一部分是液体自重所引起的 压力pgh。当液面上只受大气压力pa作用时，则液 体内任一点的压力
流动液体的压力
实际液体由于存在粘滞性而具有的两种流动形态。 液体质点作有条不紊的运动，彼此不相混掺的形态 称为层流。 液体质点作不规则运动、互相混掺、轨迹曲折混 乱的形态叫做紊流。
流量连续性方程
连续性原理—理想液体在管道中流动时，根据质 量守恒定律，液体在管道内既不能增多，也不能减 少，因此单位时间内流入液体的质量应恒等于流出 液体的质量。
液体在小孔中的流动
液体通过薄壁孔口的流量
孔口的长径比l/d≤0.5时称为薄壁孔，孔口的长径比 0.5 ≤l/d ≤4时为短孔。
薄壁小孔因其沿程压力损失很小，其能量损失只涉 及局部损失，因此通过薄壁孔口的流量与粘度无关， 即流量对油温的变化不敏感。 薄壁小孔适合作节流元件。
液体在小孔中的流动
液体的静压力
在液压传动技术中，液面压力远远大于液体自重 产生的压力，故后者一般忽略不计。
液体的压力是由外界负载作用而形成的，即压力 的大小决定于负载，这是液压传动中的一个重要的 基本概念。
压力的计量单位及表示方法
压力的计量单位为帕（Pa）， 1 Pa ＝1N/m2，
在液压传动中通常采用MPa 。 1 MPa ＝106 N/m2
避免产生液压冲击的基本措施是尽量避免液流速度 发生急剧变化，延缓速度变化的时间，其具体办法是： （1）缓慢开关阀门。 （2）限制管路中液流的速度。 （3）系统中设置蓄能器和安全阀。 （4）在液压元件中设置缓冲装置（如节流阀）。
气穴现象
在流动的液体中，由于流速突然变大，供油不足等 因素，某点处的压力会迅速下降至低于空气分离压时， 就有气泡产生，这些气泡夹杂在油液中形成气穴，称 为气穴现象。 气穴现象破坏了油流的连续性，造成流量和压力的 脉动，引起局部的液压冲击，使系统产生强烈的噪声 和振动，腐蚀金属表面，导致元件寿命缩短。
液体在管路中作稳定流动时，流过各个截面的不 可压缩液体的流量是相等的，而液流的流速与管道 过流截面的面积成反比。 管细流速大，管粗流速小。
理想液体流动能量方程
能量守恒定律：理想液体在管道中稳定流动时，根 据能量守恒定律，同一管道内任一截面上的总能量应 该相等。 或：外力对物体所做的功应该等于该物体机械能的 变化量。
液体流动中的压力损失
沿程压力损失 液体在等径直管中流动时因内外摩擦而产生的压力 损失，称为沿程压力损失。
式中： υ—液体的平均流速(m/s) ； d—管路内径(m) ； ρ—液体的密度(kg/m3) ； λ——沿程阻力系数，它与液流的状态有关。
液体流动中的压力损失
局部压力损失 液体流经截面突然变化的管道、弯头、接头以及阀 口等局部障碍引起的压力损失，称为局部压力损失。 局部压力损失△Pξ计算公式为