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1、华中科技大学液体静力学 液体动力学华中科技大学液压流体力学n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。n液体静力学 研究液体在静止状态下的力学规律及其 应用n液体动力学 研究液体流动时流速和压力的变化规律n管道中液流的特性 用于计算液体在管路中流动时的 压力损失n孔口及缝隙的压力流量特性 是分析节流调速回路性 能和计算元件泄漏量的理论依据n液压冲击和气穴现象华中科技大学液体静力学n静压力及其特性n静压力基本方程式n帕斯卡原理n静压力对固体壁面的作用力华中科技大学静压力及其特性n液体的静压力n静止液体在单位面积上所受的法向力称为静压 力。p=limF/A （A0）n若在液体的面积A
2、上所受的作用力F为均匀分 布时，静压力可表示为 p = F / A n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。n液体静压力的特性n 液体静压力垂直于承压面，方向为该面内法 线方向。n液体内任一点所受的静压力在各个方向上都相 等。华中科技大学静压力基本方程式n静压力基本方程式 p=p0+gh n重力作用下静止液体压力分布特征：n压力由两部分组成：液面压力p0，自重形成的压力gh。n液体内的压力与液体深度成正比。n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。n静止液体中任一质点的总能量 p/g+h 保持不变，即能量守恒。n压
3、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)华中科技大学帕斯卡原理n图示是应用帕斯卡原理的实例 作用在大活塞上的负载F1形成液体压 力 p= F1/A1 为防止大活塞下降，在小活塞上应施 加的力 F2= pA2= F1A2/A1 由此可得n液压传动可使力放大，可使力缩小，也可 以改变力的方向。n液体内的压力是由负载决定的。 在密闭容器内，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。华中科技大学静压力对固体壁面的作用力
4、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n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 。n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。华中科技大学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。n基本概念n流量连续性方程n伯努利方程n动量方程华中科技大学液体动力学基本概念n理想液体
5、 假设的既无粘性 又不可压缩的流体称为理想 流体。n恒定流动 液体流动时，液 体中任一点处的压力、速度 和密度都不随时间而变化的 流动，亦称为定常流动或非 时变流动。 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 实际流体流动时，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 。华中科技大学流量连续性方程流量连续性方程是质量守恒定律在流体力学中的表达方式 。 液体在管内作恒定流 动，任取1、2两个通流截 面，根据质量守恒定律， 在单位时间内流过两个截
6、 面的液体流量相等，即：1v1 A1 = 2v2 A2 不考虑液体的压缩性则得 q = v A = 常量 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。华中科技大学伯努利方程 n理想流体的伯努利方程 n p1 /g + Z1 + v12 / 2g = p2 /g + Z2 + v22 / 2gn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。n实际流体的伯努利方程 n p1/g + Z1+1v12/ 2g = p2 /g+ Z2+2 v22/ 2g + hwn实际流体存在粘
7、性，流动时存在能量损失，hw 为单位质量液体在 两截面之间流动的能量损失。n用平均流速替代实际流速， 为动能修正系数。伯努利方程是能量守恒定 律在流体力学中的表达方式 。液体在管内作恒定流动，任取 两个截面1、2，有：华中科技大学伯努利方程应用举例n如图示简易热水器，左端接冷水管，右端接淋浴莲蓬头。已知 A1=A2/4和A1、h值，问冷水管内流量达到多少时才能抽吸热水 ？ 解：沿冷水流动方向列A1、A2截面的伯努 利方程 p1/g + v12/2g = p2/g + v22/2g补充辅助方程 p1 = pagh p2=pav1A1=v2A2代入得 h+v12/2g = (v1/4)2/2gv1
8、 = (32gh/15)1/2 q = v1A1= (32gh/15)1/2 A1华中科技大学动量方程n动量方程是动量定理在流体力学中的具体应用，用来计算流动液体作 用在限制其流动的固体壁面上的总作用力。nF = （m u）/t = q（u2 - u1）n作用在液体控制体积上的外力总和等于单位时间内流出控制表面与流入 控制表面的液体的动量之差。n应用动量方程注意：F、u是矢量；流动液体作用在固体壁面上的力与作 用在液体上的力大小相等、方向相反。n例：求液流通过滑阀时，对阀芯的轴向作用力的大小。 F = q（v2 cos2 - v1cos1） 液流有一个力图使阀口关闭的力， 这个力称为液动力。 F =-F =qv1cos
