《液压传动第2章 液压传动流体力学基础课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《液压传动第2章 液压传动流体力学基础课件（32页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第2章 液压传动流体力学基础,本章应会,1. 流体静、动力学计算 2. 液体流动时的压力计算 3.薄壁孔口流量计算,主要内容,1.液体静力学 2.液体动力学 3.液体流动时的压力损失 4.孔和隙缝流量 5.空穴现象和液压冲击,第2章 液压传动流体力学基础,2.1 液体静力学 2.1.1 液体的压力(指的是物理学中讲的压强p=F/A),作用在液体上的力有两种：质量力和表面力 静止液体的压力的重要性质： 1、方向：沿内法线方向作用于承压面； 2、大小：液体内任一点处的压力在各个方向上都相等。,第2章 液压传动流体力学基础,2.1 液体静力学 2.1.2 静止液体中的压力分布,一、分布特点 1、压力
2、组成：质量力形成的压力和表面力形成的压力； 2、静止液体内部的压力p随液体深度h呈直线规律分布； 3、距离自由液面深度相同的各点组成等压面，这一等压面为水平面。,第2章 液压传动流体力学基础,2.1 液体静力学 2.1.2 静止液体中的压力分布 二、应用举例 例2.1 图2.2所示的容器内充满油液。已知油液密度=900kg/m3,活塞上的作用力F=10 000N，活塞直径d=2 10-1m,活塞厚度H=5 10-2m，活塞材料为钢，其密度为7 800kg/m3。试求活塞下方深度为h=0.5m处的液体压力。,解：1. 活塞重力Fg： Fg=2gv=120 N 2. 油活塞严重的压力pg： pg=
3、Fg/A=3826 Pa 3. 由F产生的压力： pf=F/A=318 310 Pa 4.h处的压力 p=(pg+pf)+1gh=3.226x105 Pa,从例2.1可以看出，表面力形成的压力远远大于质量力形成的压力，因此，在液压传动系统中近似地认为整个液体内部的压力是处处相等的，并且等于表面力形成的压力。,结论,第2章 液压传动流体力学基础,2.1 液体静力学 2.1.2 静止液体中的压力分布 二、应用举例 例2.2 如图所示，有一直径为d，重量为G的活塞侵在液体中，并在力F的作用下处于静止状态，若液体的密度为，活塞侵入深度为h，试确定液体在测量管内的上升高度x。,解：对活塞进行受力分析，
4、活塞受到向下的力： F下FG 活塞受到向上的力： 由于活塞在F作用下受力平衡，则：F下F上，所以：,第2章 液压传动流体力学基础,2.1 液体静力学 2.1.3 压力的表示方法和单位,一、压力的表示方法 压力有两种表示方法：绝对压力和相对压力。 绝对压力：以绝对真空为基准来进行度量的压力。 相对压力：以标准大气压为基准来进行度量的压力，高于大气压称表压力，低于大气压称真空度。 二、压力的单位,压力的法定计量单位是帕(Pa)，1Pa=1N/m2。 1at(工程大气压，即Kgf/cm2)=1.01972105帕。 1bar=1公斤力=1105Pa= 1at,解：如图a）所示，柱塞受力平衡，假设液压
5、缸中的压力等于p1，则： 所以： 如图b)所示，柱塞缸受力平衡，假设液压缸中的压力等于p2，则： 所以：,第2章 液压传动流体力学基础,2.1 液体静力学 2.1.4 静止液体中的压力传递,一、帕斯卡原理 在密闭容器内，施加于静止液体上的压力可以等值传递到液体内各点。 二、应用举例,例2.3：液压缸直径D=150mm，柱塞直径d=100mm，液压缸中充满油液。如果柱塞上作用着F=50000N的力，不计油缸和活塞的重量，求图示两种情况下液压缸中的的压力分别等于多少？,*,第2章 液压传动流体力学基础,2.2 液体动力学 流体运动学研究流体的运动规律，流体动力学研究作用于流体上的力与流体运动之间的
6、关系。流体的连续性方程、能量（伯努利）方程和动量方程是流体运动学和流体动力学的三个基本方程。 2.2.1 基本概念,一、理想液体，定常流动和一维流动 1、理想液体：既无粘性又不可压缩的假想液体称为理想液体。 2、定常流动：液体流动时，如果液体中任一空间点处的压力、速度和密度等都不随时间变化，则称这种流动为定常流动(或稳定流动，恒定流动)。,3、一维流动：当液体整个作线性流动时，称为一维流动。严格意义上的一维流动要求液流截面上各点处的速度矢量完全相同，这种情况在现实中极为少见。通常把封闭容器内液体的流动按一维流动处理，再用实验数据来修正其结果，液压传动中对工作介质流动的分析讨论就是这样进行的。,
7、第2章 液压传动流体力学基础,2.2 液体动力学 2.2.1 基本概念 二、流线，流管和流束 1、流线是流场中一条条的曲线，它表示同一瞬时流场中各质点的运动状态。 2、流管：在流场中给出一条不属于流线的任意封闭曲线，沿该封闭曲线上的每一点作流线，由这些流线组成的表面称为流管。 3、流束：流管内的流线群称为流束。,图2.7 流线、流管、流束,第2章 液压传动流体力学基础,2.2 液体动力学 2.2.1 基本概念 三、通流截面，流量和平均流速 1、通流截面：在流束中与所有流线正交的截面称为通流截面。 2、流量：在单位时间内流过某一截面的液体的体积称为体积流量，简称流量。 3、平均流速：假设通过某一
8、通流截面上各点的流速均匀分布，液体以此均布流速v流过此通流截面的流量等于以实际流速u流过的流量，即： 所以，通流截面上的平均流速：,图2.8 流量和平均流速,第2章 液压传动流体力学基础,2.2 液体动力学 2.2.2 连续性方程 一、连续性方程 连续性方程是质量守恒定律在流体力学中的一种具体的表现形式。 液体在同一连通管道内作定常流动的连续方程： q=vA=const（常数） 即：在同一连通管道内，任意两个通流截面的流量相等，并且等于平均流速与通流截面的面积之积。,连续方程是流量连续性方程的简称，它是流体运动学方程，其实质是质量守恒定律的另一种表示形式，即将质量守恒转化为理想液体作恒定流动时
9、的体积守恒。,说明,解：根据液体在同一连通管道中作定常流动的连续方程q=vA，求大小活塞的运动速度v1，v2。,第2章 液压传动流体力学基础,2.2 液体动力学 2.2.2 连续性方程 二、连续性方程应用举例 如图2.10所示，已知流量qt25L/min，小活塞杆直径d120mm，小活塞直径D175mm，大活塞杆直径d2=40mm，大活塞直径D2125mm，假设没有泄漏流量，求大小活塞的运动速度v1，v2。,第2章 液压传动流体力学基础,2.2 液体动力学 2.2.3 能量（伯努利）方程方程 1、理想液体作恒流流动时，任意微元体具有的三种能量形式：比压力能(p/g)、比位能(z)、比动能(u2
10、/2g)。 2、根据能量守恒和转换定律，液流微元体具有的三种形式的能量可以相互转换，在三者的总和为定值。所以，理想液体伯努利方程： p/gzu2/2gconst(常数) (2.13) 3、实际的液体： 在流动过程中会产生能量损耗(粘性存在产生的内磨擦力；管道形状和尺寸骤然变化使液体产生扰动，消耗能量)。 用平均流速v代替实际流速u。引入动能修正系数.。所以实际液体的伯努利方程： p1/gz11v12/2gp2/gz22v22/2g+hw (2.14) hw能量损耗； 1、2动能修正系数。,第2章 液压传动流体力学基础,2.2 液体动力学 2.2.4 动量方程 1、动量方程是动量定律在流体力学中
11、的具体应用，利用动量方程可以求解在某一方向上，液流对通道固体壁面的作用力。 2、作恒定流动的液体的在某一方向上的动量定理：,提示,圆管层流时，动能修正系数2，动量修正系数4/3。 圆管紊流时，动能修正系数1.05，动量修正系数1.04,第2章 液压传动流体力学基础,2.3 液体流动时的压力损失 压力损失分为沿程压力损失和局部压力损失。 2.3.1 液压的流动状态 一、液体的流动状态 1、层流：层流时，液体的流速低，液体质点受粘性约束，不能随意运动，粘性力起主导作用，液体的能量主要消耗在液体之间的摩擦损失上。 2、紊流：紊流时，液体的流速较高，粘性的制约作用减弱，惯性力起主导作用，液体的能量主要
12、消耗在动能损失上。,第2章 液压传动流体力学基础,2.3 液体流动时的压力损失 2.3.1 液压的流动状态 二、液体在管道中流动状态的判断依据：临界雷诺数Recr 1、雷诺数Re 2、临界雷诺数Recr 液流由层流转变为紊流时的雷诺数和用紊流转变为层流时的雷诺数是不同的，后者的数值小，所以一般用后者作为判断液流状态的依据，称为临界雷诺数，记作Recr。,第2章 液压传动流体力学基础,2.3 液体流动时的压力损失 2.3.1 液压的流动状态 二、液体在管道中流动状态的判断依据：临界雷诺数Recr 3、常见液流管道的水力直径dH和临界雷诺数Recr,第2章 液压传动流体力学基础,2.3 液体流动时
13、的压力损失 2.3.1 液压的流动状态 二、液体在管道中流动状态的判断依据：临界雷诺数Recr 4、雷诺实验装置,1-溢流口 2-进水管 3-色液罐 4-阀门 5-细管 6-恒水位水箱 7-雷诺试验管 8-出水阀门(可调节出水流量),a) 层流 b) 临界状态 c) 紊流,第2章 液压传动流体力学基础,2.3 液体流动时的压力损失 2.3.2 沿程压力损失 一、层流时的沿程压力损失 为沿程阻力系数。层流时，与雷诺数Re有关。 二、紊流时的沿程压力损失 为沿程阻力系数，紊流时，除与雷诺数有关外，还与管壁的粗糙度有关，即：,第2章 液压传动流体力学基础,2.3 液体流动时的压力损失 2.3.3 局
14、部压力损失,一、局部压力损失产生的原因 液体流经管道的弯头、接头、突变截面以及阀口、滤网等局部装置时，液流方向和流速发生变化，在这些地方形成旋涡、气穴、并发生强烈的撞击现象，由此而造成的压力损失称为局部压力损失。 二、局部压力损失 1、方法一 2、方法二,见教材公式（2.35）,pn阀在额定流量qn下的压力损失(可以从阀的产品样本或设计手册中查出) qn 为通过阀的额定流量 q 为通过阀的实际流量,第2章 液压传动流体力学基础,2.3 液体流动时的压力损失 2.3.4 管路系统总压力损失 一、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： 例2.8 如图2.18所
15、示，某液压泵装在油箱液面以下。液压泵的流量q=25L/min，所用液压油的运动粘度=20mm2/s，油液密度=900kg/m3，吸油管为光滑圆管，管道直径d=20mm，过滤器的压力损失为0.2105Pa，试求油泵入口处的绝对压力。,解：取泵吸油管的管轴为基准面，列出油箱液面1-1和泵吸油腔断面2-2的伯努利方程为： 其中两断面上的参数为，p1=pa=1.013105Pa(大气压)，h1=0.7m，h2=0，v1=0，断面2-2的流速v2为： 由断面1-1到2-2的总能量损失pw= p+ p。 p= 0.2105Pa。要计算沿程压力损失p ，首先需判断液体在光滑圆管内流动的流态。由于雷诺数Re有
16、： 圆管层流时2=2，则沿程压力损失为： 根据伯努利方程可计算的油泵入口处的绝对压力p2=85 332Pa。,第2章 液压传动流体力学基础,2.4 孔口和隙缝流量 2.4.1 孔口流量 孔口根据它们的长径比可分为三种：l/d 0.5时，称为薄壁孔（流量控制阀的孔口多为薄壁孔口） 1、薄壁孔口和短孔流量,第2章 液压传动流体力学基础,2.4 孔口和隙缝流量 2.4.1 孔口流量 2、细长孔口流量 3、各种孔口通用流量计算公式,例2.9圆柱形滑阀如图所示，已知阀心直径d2cm，进口处压力p198105Pa，出口处压力p295105Pa，油的密度为900kg/m3，阀口的流量系数Cq0.65，阀口开口度x=0.2cm。求通过阀的流量q。,解：阀口类型：薄壁孔口 薄壁小孔流量计算公式： 已知：流量系数Cq0.65；密度为900kg/m3。 通流截面为底面直径为d，高度x的圆柱面，所以通流截面积： ATdx=3.14210-20.210-21.2610-4m2 阀口两端的
