第2章液压流体力学2.pptVIP

* * * * * * 流量：单位时间内通过流束过流截面的液体体积。 平均流速：流量与通流截面之比。 3.流量和平均流速 4.层流、紊流、雷诺数 液流是分层的，层与层之间互不干扰，液体的这种流动状态称为层流。 液流不分层，处于紊乱状态，称为紊流 。 雷诺数Re 动画演示 对通流截面相同的管道来说，若液流的雷诺数Re相同，它的流动状态就相同。 液流由层流转变为紊流时的雷诺数和由紊流转变为层流时的雷诺数是不同的，后者的数值较前者小，所以一般都用后者作为判断液流状态的依据，称为临界雷诺数，记作Rec。 雷诺数的物理意义：雷诺数是液流的惯性力对粘性力的无因次比。当雷诺数较大时，液体的惯性力起主导作用，液体处于紊流状态；当雷诺数较小时，粘性力起主导作用，液体处于层流状态。 对于非圆截面的管道 R为液体的水利半径，R=A/χ A——通流截面的面积； χ ——湿周长度，即通流截面上与液体相接触的管壁周长。 单位时间内流入控制体积的质量： 二、液体流动的连续性方程 连续性方程是质量守恒规律在流体力学中的表现。 设：不可压缩流体在非断面管中作定常流动。 对于稳定流动，不可压缩液体，ρ为常数： 过流断面1和2的面积分别为A1和A2，平均流速分别为υ1和υ2. 单位时间内流出控制体积的质量： 在定常流动中，流过各截面的不可压缩液体的流量是相等的，而且液体的平均流速与管道的过流截面积成反比。 说明： 流量连续性的动画演示 三、液体流动的伯努利方程 伯努利方程是能量守恒定律在流体力学中的表示 说明压力能，势能和动能可以互相转换，但其总和不变，即能量守恒。 1)理想流体的伯努利方程 2)实际流体的伯努利方程 实际流体存在粘性，流动时存在能量损失hw ; 用平均流速替代实际流速，α为动能修正系数，在紊流时取α=1.1，在层流时取α=2。实际计算时常取α=1。 列出1－1，2－2面伯努利方程 p1为大气压pa，υ1液面流速为零， υ2吸油管流速，hw吸油管损失。 例 应用伯努利方程分析油泵正常吸油条件 则: 式中: 泵吸油口真空度由三部分组成： 1）提升H高度所需压力； 2）达到速度v所需压力； 3）吸油管的压力损失。 为减少泵口真空度措施： 1）增大吸油管径，降低v； 2）缩短吸油管长度，减少弯头，降低Δp； 3）降低安装高度，降低H。 四、动量方程 刚体力学动量定理指出，作用在物体上的外力等于物体在单位时间内的动量变化量，即： β1、β2——动量修正系数，紊流时β=1，层流β=4/3。 上式表明:作用在液体控制体积上的外力的总和，等于单位时间内流出控制表面与流入控制表面的液体动量之差。 作用在固体壁面上的力是： 求滑阀阀芯所受的轴向稳态液动力。 §2-4 液体流动时的压力损失 一、沿程压力损失 液体在等径直管中流动时因粘性摩擦而产生的压力损失，称为沿程压力损失。 1.层流时的沿程压力损失 ⑴通流截面上的流速分布规律 （p1 - p2）πr2 =Ff 式中，内摩擦力Ff= -2πrlμdu/dr（负号表示流速u随r的增大而减小）。 若令Δp=p1-p2，则将Ff代入上式整理可得 ⑵通过管道的流量 对于半径为r，宽度为dr的微小环形通流截面，面积dA=2πrdr，所通过的流量 ⑶管道内的平均流速 ⑷沿程压力损失 λ为沿程阻力系数 对于圆管层流，理论值λ=64/Re。 实际计算时，对金属管取λ=75/Re， 橡胶管λ=80/Re。 λ=f（Re，Δ/d）， 对于光滑管，λ=0.3164Re-0.25； 对于粗糙管，λ的值可以根据不同的Re和Δ/d从手册上有关曲线查出。 2.紊流时的沿程压力损失 二、局部压力损失 液体流经管道的弯头、管接头、突变截面以及阀口、滤网等局部装置时，液流会产生旋涡，并发生强烈的紊动现象，由此而造成的压力损失称为局部压力损失。 式中 ζ——局部阻力系数。 qn——阀的额定流量； Δpn——阀在额定流量qn下的压力损失； q——通过阀的实际流量。 三、管路中的总压力损失 整个管路系统的总压力损失应为所有沿程压力损失和所有局部压力损失之和，即 从公式可以看出，减小流速，缩短管道长度，减少管道截面的突变，提高管道内壁的加工质量等，都可使压力损失减小。 §2-5 液体流过小孔和缝隙的流量 小孔可分为三种： 当小孔的长径比l/d≤0.5时，称为薄壁孔； l/d＞4时，称为细长孔； 0.5＜