第一篇液压传动技术基础.ppt

课 程 简 介 第一篇 液压传动技术基础 第一章 流体力学基础 本章学习要求: 熟悉流体的主要物理性质。 掌握流体静力学的基本原理。 掌握流体的连续方程式和能量方程式。 理解流动阻力和能量损失的概念，掌握能量损失的计算方法。 掌握流体在小孔及缝隙中流动时流量的计算方法 了解水击和气蚀现象 流体：能够流动的物质叫流体。液体和气体，统称为流体。 流体力学：是力学的一个分支，是研究流体静止和运动时的力学规律，以及流体和固体之间相互作用的一门应用学科。 流体在矿山生产中的应用：应用广泛，如：矿井通风、排水、液压传动与气动等，都是以流体作为工作介质，通过流体的各种物理作用以及对流体的流动有效地加以组织来实现的。 第一节 流体的主要物理性质 一、密度与重度 1、密度：单位体积内的流体所具有的质量。 表征流体在空间中的密集程度。 力学意义——表征流体惯性的物理量。 对均质流体有： 第一节 流体的主要物理性质 2、运动黏度ν【nju:】（运动粘滞因数） 第三节 流体动力学基础 本节讨论液体流动时的运动规律、能量转换等问题， 具体介绍两个基本方程——连续性方程式、能量方程式。 流体动力学——研究流体的运动规律及其在工程上的实际应用的的科学。 理想流体——指不存在黏性和压缩性的流体。实际流体——客观存在的流体。 一、有关流动的几个基本概念 1、稳定流动与非稳定流动（按运动要素是否随时间变化） 当流体运动时，流体任意一点的流速、压力等运动要素不随时间而发生变化的流动称之为稳定流动；否则称之为非稳定流动。 2、过流断面——是指与流体运动方向相垂直的横断面，用符号A表示，单位为m2. 第三节 流体动力学基础 3、流量 是指单位时间通过过流断面的流体体积，用符号Q表示，单位为m3/s、L/min。 4、断面平均流速 过流断面的流量除以面积所得商称之为断面平均流速，以v表示，单位m/s。 说明：平均流速——是一个假想的流速，即假定在有效截面上各点都以相同的平均流速流过，这时通过该有效截面上的体积流量仍与各点以真实流速流动时所得到的体积流量相同。 第三节 流体动力学基础 二、流体的连续性方程式 流体的连续性方程式是由质量守恒定律推导出来的。 质量守恒定律——在任何与周围隔绝的体系中，不论发生何种变化或过程， 其总质量始终保持不变。 如图所示，单位时间内流入断面1的流体质量应等于流出断面2的流体质量。 即 或 两边同除以ρ得 （1-23) 式（1—23）称为连续性方程式 第三节 流体动力学基础 例题1—1 如图1—11所示，有一变径水管，已知管径d1=200mm，d2=100mm，若d1处的断面平均流速v1=0.25m/s，试求d2处的断面平均流速v2。 解：由于圆管的面积为 所以 把已知数据带入上式，可得 m/s 第三节 流体动力学基础 三、流体的能量方程式（伯努力方程式） 运动流体各质点沿流程的位置、压力和速度之间存在相依变化的关系。这说明流体内部各种能量是可以相互转换的。流体内部的能量转换规律称为能量方程式，又称为伯努利方程式。它是能量转换与守恒定律在流体力学中的具体应用，是流体力学中重要的基本方程式。 （一）能量方程式的推导 如图1—12所示，重力作用下的流体做稳定流动，在其中任意截取两个断面1—1和2—2。 设两个断面积分别为A1、A2，平均流速分别为v1、v2，压力分别为p1、p2，几何高度 分别为z1、z2。经过dt时间，流段由1—2位置流到1’—2’位置。 动能定理：外力在dt时间内做功之和等于此段时间动量的增量。 压力做功： 重力做功： 动能增量： 第三节 流体动力学基础 第三节 流体动力学基础 根据动能定理可得： 两边同时除以 γQ dt，并移项可得： （1—24） 上式即为理想流体的能量方程式 也称为理想流体的伯努利方程式。 第三节 流体动力学基础 实际流体的能量方程式 实际流体，由于粘性的存在，流动中必然产生摩擦阻力，消耗一部分能量。 用平均流速代替实际流速计算动能时，将产生误差，需引入修正因数α。 如果用hw表示能量损失， α1、 α2表示动能修正因数，带入式（1—24）， 可得实际流体的能量方程式： （1—25） 第三节 流体动力学基础 （二）能量方程式的意义 从物理学的观点来看，能量方程式中的各项，表示流体的某种能量，其单位为焦耳/牛顿（N/J），或米（m）。 z—单位位能：是指单位重力流体所具有的位置势能，简称单位位能。 p/γ—单位压能：是指单位重力流体所具有的压力势能，简称单位压能。压能 的