流体传动与控制基础（第3版）课件：液压流体力学基础 .pptx

流体传动及控制基础（液压流体力学基础）

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液压流体力学基础2.1流体力学发展简史2.2液体的主要物理性质2.3液体静力学基础2.4液体动力学方程2.5液体在管道中的流动状态和压力损失2.6液体流经小孔的流量计算3

2.1流体力学发展简史2.1.1流体力学的发展古希腊的阿基米德建立了包括物体浮力定理和浮体稳定性在内的液体平衡理论，奠定了流体静力学的基础。17世纪，帕斯卡阐明了静止流体中压力的概念。17世纪力学奠基人牛顿研究了在液体中运动的物体所受到的阻力，提出了牛顿粘性定律。

2.1流体力学发展简史瑞士L.欧拉采用连续介质概念，建立了欧拉方程，用微分方程组描述了无粘流体的运动；伯努利从能量守恒出发，得到流体定常运动下流速、压力、管道高程之间的关系——伯努利方程。1822年，纳维建立了粘性流体的基本运动方程；1845年，斯托克斯又以更合理的基础导出了这个方程，并将其所涉及的宏观力学基本概念论证得令人信服。这组方程就是纳维-斯托克斯方程(简称N-S方程)，它是流体动力学的理论基础。

2.1流体力学发展简史1883年英国力学家、物理学家和工程师雷诺用实验证实了粘性流体的层流和紊流两种流态，并找到了雷诺数。近代力学奠基人之一的普朗特将“水力学”和“水动力学”联系起来进行研究，因此，普朗特也被成为“现代流体力学之父”。

2.1流体力学发展简史2.1.2空气动力学的发展20世纪初，飞机的出现极大地促进了空气动力学的发展。儒科夫斯基、恰普雷金、普朗克等科学家，开创了以无粘不可压缩流体位势流理论为基础的机翼理论，阐明了机翼怎样会受到举力，从而空气能把很重的飞机托上天空。机翼理论的正确性，重新认识无粘流体的理论，肯定了它指导工程设计的重大意义。

2.1流体力学发展简史2.1.3我国科学家的杰出代表钱学森提出跨声速流动相似律，并与卡门一起，最早提出高超声速流的概念，为飞机在早期克服热障、声障，提供了理论依据。与郭永怀合作在跨声速流动问题中引入上下临界马赫数概念。吴仲华二十世纪50年代初发表“轴流、径流和混流式亚声速与超声速叶轮机械中三元流动的普遍理论”论文，在国际上被称为“吴氏通用理论”，广泛地应用于先进的航空发动机的设计中。

2.2液体的主要物理性质2.2.1液体的密度n单位体积的液体的质量称为液体的密度,即液体的密度液体的质量；；液体的体积。

2.2.2液体的粘性n当液体在外力作用下流动时，由于液体分子间的吸引力而产生的阻碍流体运动的内摩擦力，这种性质称为液体的粘性。n液体在静止状态是体现不出具有粘性的性质的。n液体在流动状态才体现出具有粘性的性质的。

粘性的物理意义牛顿内摩擦力实验：流体部分之间由于缺乏润滑性而引起的阻力与流体部分之间分离速度成比例。把符合这一规律的流体称为牛顿流体油膜厚度运动平板英国物理学家牛顿粘性阻力油膜厚度

牛顿液体内摩擦定律上平板下平板静止12

粘性的表示方法

相对粘度的测量

液压油的牌号

温度和压力对粘性的影响n温度升高时，液体分子间的吸引力减小，粘度降低；反之，温度降低时，粘度升高。n当压力增大时，液体分子间的间距减小，分子间的吸引力增大，因此液体的粘度也会增大。n但是，对于气体而言，温度升高时，气体分子间的动量交换加剧，粘度升高。16

液压油的粘温度特性17

液体的可压缩性n液体分子间有一定间隙，液体受压缩后体积会缩小，这种性质称为液体的压缩性。n液体的压缩性用体积弹性模量n液体体积的变化量与压力变化量的关系可表示为表示。

2.3液体静力学基础2.3.1压力及其性质n液体内部某点单位面积所受的法向力称为压力。当液体内部某点在面积上作用的法向力为则该点的压力定义为，液体静止时的压力称为静压力。19

静压力的两个性质n静止液体内任一点所受到的各方向静压力都相等，而与作用面的空间方向无关。n静压力的作用方向垂直于承受压力的面，并和承受压力的面的内法线方向相同。大气压20

2.3.2重力场中静止液体的压力分布n重力场中静止液体内某点的压力为大气压液面上的压力；液体中的点到液面的距离。p【例2-1】水深150米处压力为21

静止液体的压力分布有如下结论n静止液体中任一点处的压力由两部分组成：一部分为液面上的压力，另一部分为该点以上液体自重产生的压力。n静止液体内的压力随深度呈线性规律变化。n离液面深度相同的各点压力相等。由压力相等的所有点组成的面叫做等压面。在重力场中，静止液体的等压面为一组水平面。22

2.3.3帕斯卡原理n在液压传动技术中，由外力所引起的液面的压力比由于重力引起的压力大很多，因此后者可忽略不计。n在密闭容器内，施加在液体边界上的压力等值地传递到液体各点。n液体不仅能传递