液压与气压传动流体力学基础ppt课件.ppt

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1、第2章液压与气压传动流体力学基础北京科技大学2．1液体静力学一、液体的压力作用在液体上的力：质量力、表面力。质量力：与液体质量有关并且作用在质量中心上的力称为质量力表面力：与液体表面面积有关并且作用在液体表面上的力称为表面力应力：法向应力、切向应力。在单位面积上所受的内法向力简称为压力。北京科技大学二、静止液体中的压力分布静止液体内任一点处的压力都由两部分组成：一是液面上的压力p，一是该点以上液体自重所形成的压力。静止液体内的压力p随液体深度h呈直线规律分布。距液面深度h相同的各点组成了等压面，这个等压面为一水平面。在重力作用下的静止液体，其压力分布特点：北京科技大学例图所示的容器内

2、充满了油液。已知油液密度=900kg/，活塞上的作用力F=10000N，活塞直径d=0.2m，活塞厚度H=0.05m，活塞材料为钢，其密度为7800kg/试求活塞下方h=0.5m处的液体压力？解：由活塞重力产生的压力为：活塞的重力为：北京科技大学由液体重力所产生的压力为：则深度为h处的压力为：由作用力F所产生的压力为：三、压力的表示方法和单位压力有两种表示方法：绝对压力、相对压力。绝对压力＝大气压力+表压力表压力＝绝对压力-大气压力真空度＝大气压力-绝对压力绝对压力：以绝对真空为基准相对压力：以大气压为基准真空度：比大气压小的那部分数值四、静止液体中的压力传递在不考虑活塞和液体重力引

3、起的压力变化的清况下，液体中的压力为：缸筒中的压力是由外界负载决定的，这是液压传动中的一个基本概念。帕斯卡(Pascal)定理例：如图所示的两个相互连通的液压缸，已知大缸内径D=100mm，小缸内径d=20，大活塞上放置的物体所产生的重力为，试求在小活塞上应施加多大的力才能使大活塞顶起重物。解：根据静压传递（帕斯卡）原理，由外力产生的压力在两缸中相等，即：顶起重物应在小活塞上施加的力为：说明了液压千斤顶等液压起重机械的工作原理，它体现了液压装置的力放大作用。五、液体静压力作用在固体壁面上的力固体壁面为一平面时，如不计重力作用（即忽略ρgh项）:当固体壁面为曲面时：作用在曲面上的液压力

4、在某一方向上的分力等于静压力与曲面在该方向投影面积的乘积2．2液体动力学1、理想液体、定常流动和一维流动一、基本概念理想液体：既无粘性又不可压缩的假想液体定常流动：液体流动时，液体中任一空间点处的压力、速度和密度等都不随时间变化一维流动：液体作线形流动北京科技大学2、流线、流管和流束流线：流线是流场中一条一条的曲线，它表示同一瞬时流场中各质点的运动状态流管：在流场中给出一条不属于流线的任意封闭曲线，沿该封闭曲线上的每一点作流线，由这些流线组成的表面流束：流管内的流线群通流截面（过流断面）：在流束中与所有流线正交的截面流量：在单位时间内流过某一通流截面的液体体积，以q来表示，单位为或L

5、/minq=V/t，其中V是液体的体积，t是时间。液流通过微小通流截面dA则流过整个通流截面A的流量：3、通流截面、流量和平均流速平均流速：可以得出通流截面A的平均流速：v=q/A当通流截面上的通流面积一定时，平均流速由流量确定。液体在管道中流动时有两种流动状态：层流和紊流（湍流）。层流：液体质点互不干扰，液体的流动呈线性或层状，且平行于管道轴线。二、液体的流动状态北京科技大学紊流：液体质点的运动杂乱无章，在沿管道流动时，除平行于管道轴线的运动外，还存在着剧烈的横向运动，液体质点在流动中互相干扰。二、液体的流动状态北京科技大学北京科技大学北京科技大学北京科技大学通过雷诺实验还可以证明

6、，液体在圆形管道中的流动状态不仅与管内的平均流速v有关，还与管道的直径d、液体的运动粘度ν有关。实际上，液体流动状态是由上述三个参数所确定的称为雷诺数Re的无量纲数来判定，即：北京科技大学对于非圆形截面管道，雷诺数Re为：水力直径dH：面积相等但形状不同的通流截面，其水力直径是不同的。圆形的最大，同心环状的最小。水力直径大，通流能力大。雷诺数是液体在管道中流动状态的判别数。临界雷诺数，记作Recr。当液流的实际雷诺数Re小于临界雷诺数Recr时，液流为层流；反之，为紊流。北京科技大学雷诺数的物理意义：雷诺数是液流的惯性作用对粘性作用的比。当雷诺数较大时，说明惯性力起主导作用，这时液体

7、处于紊流状态；当雷诺数较小时，说明粘性力起主导作用，这时液体处于层流状态。北京科技大学实际液体伯努利方程和动量定律中，其动能修正系数α和动量修正系数β值与液体的流动状态有关，当液体紊流时取α=1，β=1；层流时取α=2，β=4/3。北京科技大学三、连续性方程不可压缩液体的流动过程也遵守质量守恒定律。v1A1=v2A2由于通流截面是任意取的，则有：q=v1A1=v2A2=……=vnAn=常数当流量一定时，任一通流截面上的通流面积与流速成反比。例：如图，已知流