第二章液压传动与气压传动.ppt

2.3 流体动力学 流体动力学的研究内容 液体流动的基本概念 连续性方程 伯努力方程 动量方程 第二十九页，共七十七页，2022年，8月28日 2.3.1 流体动力学的研究内容 流体动力学是流体力学的核心问题，主要研究液体运动与力的关系。其主要内容是三大方程的应用： 连续性方程 能量方程（伯努力方程） 动量方程 第三十页，共七十七页，2022年，8月28日 2.3.2 基本概念 1.理想液体 实际液体 无粘性又不可压缩的液体称为理想液体。 有粘性又可压缩的液体称为实际液体。 2.稳定流动(定常流动) 非稳定流动(非定常流动) 流体流动时，每一空间点上液体的全部运动参数（如压 力、速 度、密度）都不随时间而变化,这样的流动叫稳定流 动。稳定流动又叫定常流动、非时变流动。 这些参数中只要有一个是时间 t 的函数，这样的流动叫非 稳定流动或时变流动。 第三十一页，共七十七页，2022年，8月28日 3. 过流断面 流量 平均流速 (1) 与液体流动方向相垂直的截面，称为过流断面。过流截面可能是平面，也可能是曲面。由于微小流束的通流截面很小，可以认为该过流断面上各点的运动参数（压力、速度、密度等）相同。 (2) 单位时间内流过过流断面的液体的体积称做流量，用 q 表示。流过整个过流流断面的流量 q 为： (3) 液体具有粘性，过流断面上的速度分布不均匀，通常以过流断面上的平均流速来代替实际流速。 第三十二页，共七十七页，2022年，8月28日 4. 湿周 水力直径 液体与固体壁面相接触的周长称为湿周。湿周用 x 表示。 水力直径用 dH 表示，它定义为： 第三十三页，共七十七页，2022年，8月28日 2.3.3 连续性方程 应用条件：理想液体、稳定流动 遵循：质量守恒定律 如图所示在非等断面管内选取两个过流断面，面积分别为A1和A2,平均流速分别为V1和V2，对于理想液体，根据质量守恒定律，液体在管道内既不能增多也不能减少,因此单位时间内液体流过断面1的质量必然等于流过断面2的质量，即 两边除以密度得 即连续性方程， 由此式还得出： 运动速度取决于流量， 而与流体的压力无关。 第三十四页，共七十七页，2022年，8月28日 2.3.4 伯努力方程（推导从略） 1. 理想伯努力方程 应用条件：理想液体，稳定流动 遵循：能量守恒定律 第三十五页，共七十七页，2022年，8月28日 由上式可看出： (1) 、 、 分别为单位重量液体在某断面处的比压能、比势能和比动能。 (2) 在管内作稳定流动的理想流体具有压力能、势能和动能，它们之间可以相互转换，但在任一截面处其总和不变，即能量守恒。 第三十六页，共七十七页，2022年，8月28日 2. 实际伯努利方程 应用条件：不可压缩液体，稳定流动 实际伯努力方程对理想伯努力方程进行了两个方面的修正： (1) 由于实际液体具有粘性,导致能量损失,若沿流动方向选取两个过流断面1、2，必有 hf 表示液体流动时的机械能损失，在液压技术中，这种损失主 要表现为液体的压力损失。 第三十七页，共七十七页，2022年，8月28日 (2) 对动能进行修正，通常以平均流速代替实际流速，有偏差，故引入动能修正系数α，则重力场中不可压缩液体作定常流动的实际伯努利方程为 动能修正系数α的取值情况：流速分布愈均匀,α→1, 计算时通常由液体流态决定α大小，层流时α=2，紊流时α=1。 第三十八页，共七十七页，2022年，8月28日 2.4 液体流动时的压力损失 液体的流态及雷诺判据 沿程压力损失 局部压力损失 管路系统总压力损失及推荐流速 第三十九页，共七十七页，2022年，8月28日 2.4.1 液体的流态及雷诺判据 1. 雷诺实验（雷诺，英国物理学家） 如图所示为一典型的雷诺实验装置，试验时保持水箱水位平静且不 变。缓慢开启阀门A，使玻璃管中通过较小的流量，即管中流速v很 小；然后，开启颜色水容器的阀门B，颜色水经小管流入玻璃管内， 此时可见颜色水成为一条鲜明而细直的流束。如果逐渐加大阀门 A 的开度，管中流速 v 也加大； 当流速加大到某一数值时， 颜色水 流束开始弯曲颤动这说明玻璃管内的流体质点运动方向不再是原来 的轴向运动， 已经出现垂直于玻璃管轴心线的横向速度。若再加大 一点点A的开度，流体质点的横向运动速度加大， 颜色水流束开始 断裂。当继续加大一点A的开度，流体质点的横向运动