矿山机械教案

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1、1教学讲义首页教学讲义首页课程名称课程名称矿山机械矿山机械班班 级级 教学时间教学时间 章节章节教材页数教材页数 课型课型讲授讲授 教教 学学 目目 的的 与与 要要 求求教教 学学 内内 容容 提提 要要使使用用教教具具布布置置作作业业2图 1-1 水在圆管中的流速分布u安顺职业技术学院备课笺安顺职业技术学院备课笺第一章第一章 流体力学基础流体力学基础重点：流体静力学基本方程式；连续性方程式；伯努利方程式 难点：流体静力学基本方程式；绝对压力定义；连续性方程式；伯努利方程式 方法：讲授 液体和气体，常称为流体。 流体力学是研究流体平衡和运动规律及这些规律在实际工程应用的一门学科。第一节第一节

2、 流体的主要物理性质流体的主要物理性质一、密度与重度一、密度与重度（一）密度（1-1）Vm（二）重度（1-2）VG（1-3）g二、压缩性和膨胀性二、压缩性和膨胀性流体的压缩性是指流体的体积随压力的增加而缩小的性质。流体的膨胀性是指流体的体 积随温度的升高而增大的性质。三、粘性三、粘性1粘性的概念 粘性是指流体流动时，流 层（或内部质点）间因相对运 动产生内摩擦力而阻碍相对运 动的性质。 粘性是流体本身的物理性 质，但静止流体不显示粘性， 只有流体运动时才有内摩擦力， 才显示其粘性。3安顺职业技术学院备课笺安顺职业技术学院备课笺2牛顿内摩擦力定律 牛顿内摩擦力定律数学表达式为：（1-4）dydu

3、AF（1-5）dydu AF3.流体粘性的度量 不同的流体，其粘性一般也不同。粘性的大小用粘度表示，粘度通常有动力粘度、运动 粘度和相对粘度三种度量方法。 （1）动力粘度 动力粘度是表征流体动力特性的粘度，表征流体抵抗变形的能力，用表示。由公式 （1-5）可得（1-6）dydu/的法定单位是 Pas 或 Ns/m2。 （2）运动粘度（1-7）运动粘度的法定单位是 m2/s、mm2/s。我国用 40时运动粘度（mm2/s）值表示润 滑油的牌号。例如，32 号 L-HH 液压油，就是指这种油在 40时运动粘度为 32 mm2/s。（3）相对粘度恩氏粘度是把加热并保持恒定温度（一般为 50）的 20

4、0 cm3被测液体，靠自重从恩氏粘度计中流出需要的时间，与同体积 20蒸馏水从该恩氏粘度计中流出的时间 t（约为t51s）的比值，用E 表示。（1-8）ttEt0恩氏粘度与运动粘度的换算关系：t （1-9）toto EE31. 631. 7上式中的t和Et，分别为试验温度为t时的运动粘度和恩氏粘度。t的单位为 mm2/s。 4压力、温度对流体粘性的影响 温度升高时，液体分子之间的内聚力减弱，而液体的粘性主要是由液体分子之间的内 聚力引起的。气体则相反，温度升高时，气体的粘性增大。因为，气体分子之间的距离较大， 其粘性主要是由气体分子的热运动使分子之间产生碰撞引起的，温度越高，气体分子的热运 动

5、加剧，分子之间的碰撞加剧，粘性增大。4教学讲义首页教学讲义首页课程名称课程名称矿山机械矿山机械班班 级级 教学时间教学时间 章节章节教材页数教材页数 课型课型讲授讲授 教教 学学 目目 的的 与与 要要 求求教教 学学 内内 容容 提提 要要使使用用教教具具布布置置作作业业5安顺职业技术学院备课笺安顺职业技术学院备课笺第二节第二节 流体静力学流体静力学一、流体静压力及其特征一、流体静压力及其特征（一）流体静压力（1-10）AFp （1-11）AFp A 0lim（二）流体静压力的特性流体静压力有两个重要特性。 （1）流体静压力的作用方向总是沿作用面的内法线方向，即垂直指向作用面。 （2）静止流

6、体内任一点各方向的静压力均相等。说明在静止流体中，任一点的流体静二、流体静力学基本方程二、流体静力学基本方程（1-12）hpp0公式（1-12）为流体静力学基本方程式。 在静止液体中，由压力相等各点组成的面称为等压面。在静止、同种、连续的流体中， 水平面就是等压面，如果不能同时满足这三个条件，水平面就不是等压面。三、流体静压力的度量三、流体静压力的度量（一）静压力的计算基准压力的计算基准有两种：一是以绝对真空为基准，二是以大气压力为基准。 绝对压力：以绝对真空为基准（零点）算起的压力称为绝对压力，用 p 表示。 相对压力：以大气压力 pa为基准（零点）算起的压力称为相对压力，用 pb表示。 绝

7、对压力、相对压力和大气压力三者之间的关系为：=+ （1-13）papbp=-=- （1-14）zpbpapp（二）静压力的度量单位1应力单位 液柱高度 大气压单位用标准大气压（atm）或工程大气压（at）表示。 1 atm = 101325Pa =10.33mH2O = 760mmHg。 1 at = 98100Pa=10mH2O = 735mmHg。6图 1-11 连续方程式的推证安顺职业技术学院备课笺安顺职业技术学院备课笺（三）液柱式测压计常用的测压计有液柱式、弹簧金属式、电测式三种。 （四）金属测压计金属测压计共有两种：弹簧式和薄膜式。 在使用压力计时，为了保证读数和仪表的安全可靠，使用

8、压力通常不宜到达压力表测量 上限的 2/3 以上；但是，为了减少读数误差，使用压力也不宜小于测量上限上的 1/3。这点， 是选择压力表量程的依据。四、流体静压力的传递（帕斯卡定律）四、流体静压力的传递（帕斯卡定律）由流体静力学基本方程式 p= p0+h 可知，p0与 h 无关，属于表面力。p0会等值传递到 液体内的各点上，使任意一点的压力发生相应的改变。由此可知，静止液体表面上的压力变 化将等值传递到液体中的任意点。这就是静压力的等值传递规律，也称帕斯卡定律。第三节第三节 流体动力学流体动力学流体动力学是研究流体运动时的力学规律及这些规律在工程上的应用。一、基本概念一、基本概念 （一）稳定流和

9、非稳定流流体质点在流经某一空间坐标点时，它的运动要素不随时间改变称这种运动为稳定流。 否则称之为非稳定流。 （二）（二）过流断面过流断面是指与流体流动方向垂直的横断面，用符号 A 表示，单位 m2。 （三）流量与断面平均流速AvQ二、流体流动的连续性方程二、流体流动的连续性方程流体的连续性方程是质量守恒定律在流体力 学中的一种应用型式。如图 1-11 所示，在单位时 间内流入断面 1-1 的流体质量应等于流出断面 2-2 的流体质量。即常数2211vAvA两边同除 得（1-20）常数Q2211vAvA或 2121 AA vv式（1-20）称为连续性方程式。7安顺职业技术学院备课笺安顺职业技术学

10、院备课笺三、流体的能量方程（伯努利方程）三、流体的能量方程（伯努利方程）（一）能量方程的推导根据动能定理，外力在 dt 时间内所做的功等于该时间段的动能的增量。 压力所做的功：dtppdtvApdtvApQ)(21222111重力所做的功：22211121dtgzvAdtgzvAmgzmgzdtzz)(Q21动能的增量：dtvvmvmvQ2222 12 22 12 2所以+=dtppQ)(21dtzz)(Q21dtvvQ22 12 2整理并移项得（1-21）上式为理想流体的gvpzgvpz222 22 22 11 1能量方程，即理想流体的伯努利方程式。对于实际流体，由于粘性的存在，流动中必然

11、产生摩擦阻力，消耗一部分能量。另外以断面平均流速代替实际流速计算动能时，需乘 以修正因素 ，如果用 hw表示单位重力流体从一断面流到另一断面的能量损失，则实际 流体总流的能量方程为（1-22）式中 动能修正因素 近whgvpzgvpz222 222 22 111 1 似等于 1。 （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，其单位是焦耳/牛 顿（J/N） ，或米（m） 。 如果用 E1和 E2分别表示两个断面的总能量，则公式可写成 E1= E2+hw 可见，E1 E2。这说明流体总是从高能量的断面流向低能量断面。8安顺职业技术学院备课笺安顺职业技术学院备课笺

12、（三）能量方程的应用条件（1）流体的流动必须是稳定流。实际上稳定流很少，但只要各运动要素变化较小，或 者在较长时间内平均值是稳定不变的，便可视为稳定流； （2）流体不可压缩。适用于压缩性很小的液体，也适用于无压缩性或压缩性很小的气 体； （3）所选的两过流断面为缓变流； （4）两断面间没有能量输入或输出。如果有能量输入或输出，能量方程应写为：whgvpzHgvpz222 222 22 111 1 式中 单位重力流体获得或失去的能量，单位 m。H （5）所选两断面之间应没有分流或合流情况，即符合连续性方程，Q=常数； （6）两断面的压力可取为绝对压力，亦可取为相对压力，但二者的基准应统一。 （四

13、）能量方程应用举例9安顺职业技术学院备课笺安顺职业技术学院备课笺第四节第四节 流动状态与能量损失流动状态与能量损失一、流体的流动状态一、流体的流动状态雷诺通过大量试验发现：流体流动时存在层流和紊流两种不同的状态，并产生不同的能 量损失。 图 1-16 为雷诺实验装置，主要由水箱 B、液杯 K 及其上阀门 L、玻璃管 C 及其上的两 根细玻璃管 1 与 2 和阀门 D、量杯 E 等组成。由紊流转变为层流时的流速称为下临界流速，用 vk表示。实践证明，vk。通常把下kv临界流速 vk作为判别流态的界限。（1-23）vdReRek2320 层流 Rek2320 紊流二、能量损失二、能量损失能量损失有

14、两种形式，一是沿程阻力损失，二是局部阻力损失。 1沿程阻力损失，m （1-24）gv dLhf22 图 1-16 雷诺实验装置10安顺职业技术学院备课笺安顺职业技术学院备课笺2局部阻力损失（1-28）gvhj22 3流体流动的总能量损失 管路系统中的总能量损失等于沿程阻力损失与局部阻力损失之和，即（1-29）mhhhjfw11安顺职业技术学院备课笺安顺职业技术学院备课笺第五节第五节 水击与气蚀现象水击与气蚀现象一、水击现象一、水击现象液体压力在瞬间突然升高现象称为水击。水击所产生的增压波和减压波交替进行，对 管壁或阀门的作用有如锤击一样，故又称为水锤。二、气蚀现象二、气蚀现象压力降低到有气泡形

15、成的现象统称为气穴现象。因气穴现象而产生的机械剥蚀和化学 腐蚀现象称为气蚀现象。12安顺职业技术学院备课笺安顺职业技术学院备课笺第二章第二章 液压传动基础液压传动基础重点：液压传动的工作原理；液压元件的结构原理；液压元件的职能符号 难点：液压元件的职能符号 方法：挂图讲解液压元件的结构原理；作图讲解液压元件的职能符号第一节第一节 概述概述一、液压传动的工作原理一、液压传动的工作原理液压传动的定义：液压传动是利用液体的压力能传递能量的一种传动方式。 其工作原理是：液压泵将输入的机械能变为液压能，经密封的管道传递给液压缸（或 液压马达） ，再转变为机械能输出，带动工作机构做功。通过对液体的方向、压力和流量 的控制，可使工作机构获得所需的运动形式。由于能量的转换是通过密封工作容积的变化 实现的，故又称容积式液压传动。二、液压传动系统的组成二、液压传动系统的组成1能源装置。 它是供给液压系统压力油，把机械能转换成液压能的装置。最常见的形式是液压泵。 2执行装置。 它是把液压能转换成机械能的装置。其形式有作直线运动的液压缸，有作回转运动的 液压马达，它们又称为液压系统的执行元件。 3控制调节装置。 它是对系统中的压力、流量或流动方向进行控制或调节的装置。如溢流阀、节流阀、