第一章流体力学概念.ppt

WUST 液压流体力学是研究液体平衡和运动的力学规律的一门学科。 液体静力学 研究液体在静止状态下的力学规律及其应用 液体动力学 研究液体流动时流速和压力的变化规律 管道流动 用于计算液体在管路中流动时的压力损失 孔口及缝隙流动 是分析节流调速回路性能和计算元件泄漏量的理论依据 液压冲击和气穴现象 第一节 液体静力学 主要内容 1、静压力及其特性 2、静压力基本方程式 3、帕斯卡原理 4、静压力对固体壁面的作用力 一、静压力及其特性 液体的静压力 静止液体在单位面积上所受的法向力称为静压力。p=limΔF/ΔA （ΔA→0） 若在液体的面积A上所受的作用力F为均匀分布时，静压力可表示为 p = F / A 液体静压力在物理学上称为压强，工程实际应用中习惯称为压力。 液体静压力的特性 液体静压力垂直于承压面，方向为该面内法线方向。 液体内任一点所受的静压力在各个方向上都相等。 二、静压力基本方程式 静压力基本方程式 p=p0+ρgh 重力作用下静止液体压力分布特征： 压力由两部分组成：液面压力p0，自重形成的压力ρgh。 液体内的压力随液体深度的增加成直线规律递增。 离液面深度相同处各点的压力相等，压力相等的所有点组成等压面，重力作用下静止液体的等压面为水平面。 静止液体中任一质点的总能量p/ρ+gh 保持不变，即能量守恒。 常用液压装置中常常忽略ρgh（一般外加外力P0远大于液体形成的自重ρgh ）。 压力的表示法及单位 绝对压力：以绝对真空为基准进行度量 相对压力或表压力：以大气压为基准进行度量 真空度：绝对压力不足于大气压力的那部分压力值 单位：帕 Pa ( N / m2) 1at（工程大气压）、1bar 三、帕斯卡原理 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。 四、静压力对固体壁面的作用力 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。 第二节 液体动力学 主要是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。 基本概念 1、流量连续性方程 2、伯努利方程 3、动量方程 一、液体动力学基本概念 通流截面 垂直于流动方向的截面，也称为过流截面。 流量 单位时间内流过某一通流截面的液体体积，流量以q表示，单位为 m3 / s 或 L/min。 平均流速 实际流体流动速度的分布规律很复杂。假设通流截面上各点的流速均匀分布，平均流速为v=q/A。 二、流量连续性方程 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。 三、伯努利方程 理想流体的伯努利方程 p1 /ρ+ Z1 g + v12/ 2= p2 /ρ+ Z2 g + v2 2/ 2 在管内作稳定流动的理想流体具有压力能、势能和动能三种形式的能量，它们可以互相转换，但其总和不变，即能量守恒。 实际流体的伯努利方程 p1/ρ + Z1g+α1v12/ 2= p2 /ρ+ Z2g+α2 v22/ 2 + hwg 实际流体存在粘性，流动时存在能量损失， hw g为单位质量液体在两截面之间流动的能量损失。 用平均流速替代实际流速， α为动能修正系数。 伯努利方程应用举例 解：沿冷水流动方向列A1、A2截面的伯努利方程 p1/ρ + v12/2= p2/ρ + v22/2 补充辅助方程 p1 = pa－ρgh p2=pa v1A1=v2A2 代入得 －h+v12/2g = (v1/4)2/2g v1 = (32gh/15)1/2 q = v1A1= (32gh/15)1/2 A1 四、动量方程 例：求液流通过滑阀时，对阀芯的轴向作用力的大小，其中进口速度v1与阀芯轴向夹角为θ1，出口速度v2与阀芯轴向夹角为θ2 。 F = ρq（v2 cosθ2 - v1cosθ1） 液流有一个力图使阀口关闭的力，这个力称为液动力。 F ′=-F =ρqv1c