液体静力学动力学基础.ppt
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Part 2.2 流体静力学 Part 2.2.1 静压力及其特性 Part 2.2.2 静压力基本方程 Part 2.2.3 帕斯卡原理 Part 2.2.4 静压力对固体壁面的作用力 Part 2.6 管道流动 high-technical institute of Shanghai Dian Ji University 第二章 液压传动基础 液压传动 根据牛顿第二定律ΣF=ma有 由于 ,代入上式,整理后可得: 这就是理想液体沿流线作恒定流动时的运动微分方程。它表示了单位质量流体的力平衡方程 。 上海电机学院高职学院 high-technical institute of Shanghai Dian Ji University 第二章 液压传动基础 液压传动 2. 理想流体的能量方程 将式(2-32)沿流线s从截面1积分到截面2(见图2-12),便可得到微元体流动时的能量关系式,即: 上式两边同除以 g,移项后整理 得 图2-12 理想液体的一维流动 (2-33) 上海电机学院高职学院 high-technical institute of Shanghai Dian Ji University 第二章 液压传动基础 液压传动 由于截面1、2是任意取的,故上式也可写成 : 式(2-33)或式(2-34)就是理想液体微小流束作恒定流动时的能量方程或伯努利方程。它与液体静压基本方程〔式(2-23)〕相比多了一项单位重力液体的动能u2/2g(常称速度水头)。 (2-34) 因此,理想液体能量方程的物理意义是:理想液体作恒定流动时具有压力能、位能和动能三种能量形式,在任一截面上这三种能量形式之间可以相互转换,但三者之和为一定值,即能量守恒 。 上海电机学院高职学院 high-technical institute of Shanghai Dian Ji University 第二章 液压传动基础 液压传动 3. 实际液体的能量方程 实际液体流动时还需克服由于粘性所产生的摩擦阻力,故存在能量损耗。设图2-12中微元体从截面1流到截面2因粘性而损耗的能量为h’w,则实际液体微小流束作恒定流动时的能量方程为 : (2-35) 图2-12 理想液体的一维流动 上海电机学院高职学院 high-technical institute of Shanghai Dian Ji University 第二章 液压传动基础 液压传动 为了求得实际液体的能量方程,图2-13示出了一段流管中的液流,两端的通流截面积各为A1、A2。在此液流中取出一微小流束,两端的通流截面积各为dA1 和dA2,其相应的压力、流速和高度分别为p1、u1、z1和p2、u2、z2。这一微小流束的能量方程是式(2-35)。将式(2-35)的两端乘以相应的微小流量dq(dq=u1dA1= u2dA2),然后各自对液流的通流截面积A1和A2进行积分, 得: 图2-13 流管内液流 能量方程推导简图 (2-36) 上海电机学院高职学院 high-technical institute of Shanghai Dian Ji University 第二章 液压传动基础 液压传动 为使式(2-36)便于实用,首先将图2-13中截面A1和A2处的流动限于平行流动(或缓变流动),这样,通流截面A1、A2可视为平面,在通流截面上除重力外无其他质量力,因而通流截面上各点处的压力具有与液体静压力相同的分布规律,即p/(ρg)+z=常 数。 其次,用平均流速v代替通流截面A1或A2上各点处不等流速u,且令单位时间内截面A处液流的实际动能和按平均流速计算出的动能之比为动能修正系数 , 即 (2-37) 上海电机学院高职学院 high-technical institute of Shanghai Dian Ji University 第二章 液压传动基础 液压传动 此外,对液体在流管中流动时因粘性磨擦而产生的能量损耗,也用平均能量损耗的概念来处理,即令 将上述关系式代入式(2-36),整理后可得 (2-38) 式中 α1、α2分别为截面A1、A2上的动能修正系数 。 上海电机学院高职学院 high-technical institute of Shanghai Dian Ji University 第二章 液压传动基础 液压传动 式(2-38)就是仅受重力作用的实际液体在流管中作平行(或缓变)流动时的能量方程。它的物理意义是单位重力实际液体的能量守恒。其中hw为单位重力液体从截面A1流到截面A2过程中的能量损耗 。 在应用上式时,必须注意p和z应为通流截面的同一点上的两个参数,为方便起见,通常把这两个参数都取在通
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