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1、1第 2 章 液压与气压传动流体力学基础思考题和习题2.1 什么叫压力？压力有哪几种表示方法？液压系统的压力与外界负载有什么关系？（答案略）2.2 解释下述概念：理想流体、定常流动、过流断面、流量、平均流速、层流、紊流和雷诺数。 （答案略）2.3 说明连续性方程的本质是什么？它的物理意义是什么？（答案略）2.4 说明伯努利方程的物理意义并指出理想液体伯努利方程和实际液体伯努利方程有什么区别？（答案略）2.5 如图 2.32 所示，已知测压计水银面高度，计算 M 点处的压力是多少？解：取 BC 等压面， CBp ：Hga5.0因为 DB 为等压面，故 CBDp 。取 M 水平面为等压面， OHM
2、2)5.01( OHgap20.15. 。2.6 一个压力水箱与两个 U 形水银测压计连接如图 2.33，a，b，c，d 和 e 分别为各液面相对于某基准面的高度值，求压力水箱上部的气体压力 pg 是多少？解：由等压面概念： )(0depHgd2cOc)(bHgb2apObags 整理： 20()()gasHHpceddca（ 为 e处大气压力）2.7 如图 2.34 所示的连通器，内装两种液体，其中已知水的密度 1= 1 000 kg/m，h1= 60 cm，h1= 75 cm，试求另一种液体的密度 是多少？解：取等压面 11 列方程：ghpa左右 212h2.8 水池如图 2.35 侧壁排
3、水管为 0.50.5 mm 的正方形断面，已知，h = 2 m， = 45，不计盖板自重及铰链处摩擦影响，计算打开盖板的力 是多少？解：盖板所受的总压力，54.38.05)24sin5.0(81.90 AghFG （N ）压心位置， 09.35.)204sin(1.25.04sin24） （ AJGC（m ）对铰链力矩平衡， 4cos.)5i(ThFC6.3944cos5.0n2938 T（N）2.9 如图 2.36 所示的渐扩水管，已知 d = 15 cm，D = 30 cm，p A = 6.8610 4 Pa，p B = 5.8810 4 Pa，h = 1 m， B = 1.5 m/s，求
4、（1） A=？（2）水流的方向， （3）压力损失为多少？解：（1） ABdDq220.651)05(322 A （m/s）（2）A 点总能头 83.192.8.4 gpA（mH 2O）B 点总能头 .7.5.105224 hB （mH 2O）故水流方向为由 A 到 B（3）能头损失为 7.83.（mH 2O）压力损失为： 410691072 （Pa）2.10 如图 2.37 中，液压缸直径 D = 150 mm，活塞直径 d = 100 mm，负载 F = 510N。若不计液压油自重及柱塞与缸体重量，试求图示两种情况下液压缸内的液体压力是多少？3解：（a） pdF2462342 107.)10
5、(5（Pa）（b） pd462342 107.)10(5 F（Pa）2.11 消防水龙软管如图 2.38 所示，已知水龙出口直径 d = 5 cm，水流流量 q = 2.36 m3/min，水管直径 D = 10 cm，为保持消防水管不致后退，试确定消防员的握持力为多大？解： 94.78)105(63.2402 dqqFx （N ） ；向左98.16)01(3.2402 Dqqy （N ） ；向上握持力： xxF ， yy19.82.1964.7822 yF（N ）握持力方向 04.7 arctgrtxy；（右下）2.12 如图 2.39 中所示的压力阀，当 p= 6 MPa 时，液压阀动作。
6、若 d= 10 mm，d= 15 mm，p= 0.5 MPa，试求：（1）弹簧的预压力 Fs；（2）当弹簧刚度 k = 100 N/mm 时的弹簧预压缩量 x。解：（1）力平衡关系：2663211()(0.5)(01)4.9744sF （N ）（2）由于 0kxs则有 03.97.21 （mm）2.13 虹吸管道如图 2.40 所示，已知水管直径 D = 10 cm，水管总长 L = 1 000 4m，h 0 = 3 m，求流量 q 是多少？（局部阻力系数：入口 = 0.5，出口 = 1.0，弯头 = 0.3，沿程阻力系数 = 0.06）解： ggDL220出 口弯 头入 口 ）（ 2 30
7、234.9851010.6.5h 入 口 出 口弯 头 （m）3.8192985.43 （m/s）2 3(0)2.4610qD （m 3/s）2.14 压力表校正装置原理如图 2.41 所示，已知活塞直径 d = 10 mm，丝杠导程 S =2 mm，装置内油液的体积弹性模量 K =1.210 MPa。当压力为 1 个大气压 (p 0.1 MPa) 时，装置内油液的体积为 200 mL。若要在装置内形成 21 MPa压力，试求手轮要转多少转？解：由于 VK则有： 48.3102.)(966 p （mL）而， Snd24故， 15.20)10(48.33262 V（转）2.15 如图 2.42
8、所示，液压泵的流量 q = 25 L/min，吸油管直径 d =25 mm，泵口比油箱液面高出 400 mm，管长 l = 600 mm。如果只考虑吸油管中的沿程压力损失，当用 32 号液压油，并且油温为 40 时，液压油的密度 = 900kg/m，试求油泵吸油腔处的真空度是多少？解：60)125(423dq0.8488（m/s）15.084 Re 2320，所以液体是层流。513.025.67 eRdlp沿32690.84. .035251 8 （Pa）忽略液柱高影响，油泵吸油口的真空度为10325.104.v （Pa）2.16 沿直径 d = 200 mm，长度 l = 3000 m 的钢
9、管（ = 0.1 mm） ，输送密度为 = 900 kg/m3 的油液，流量为 q = 9104 kg/h，若其粘度为 = 1.092 cm2/s，求沿程损失。解： 0278.96 q（m 3/s）流速 4.42 A（m/s）3016909.182eR，液体流动是层流4.75 e沿程损失2 230.84.6.91lhdg （米油柱）597.60lp （Pa）2.17 如图 2.43 所示水的管路，已知： d1 = 300 mm，l 1 = 500 m；d 2 = 250 mm，l 2 = 300 m；d 3 = 400 mm，l 3 = 800 m；d AB = 500 mm，l AB = 8
10、00 m；d CD = 500 mm，l CD = 400 m。B 点流量为 q =300 l/s，液体粘度 0.0101cm2/s，并设 321，计算全程压力损失是多少？解：全程压力损失 沿p 222CDCDBCBABA dldldl 332211 lllBCqdd321246由于 321 ，则有12ld13l解得： 23121214dlldq0.213 (m/s)20.251 (m/s)30.194 (m/s) 1dRe63139.6 2e62005 3dRe 76831.7/d1 = 0.00033，/d 2 = 0.00025，/d 3 = 0.0004。查表： 0.1（mm） ，则
11、10.02， 20.02 ， 30.02。假设成立，故：2 21 3500.1. .BClpd 753（Pa）28.1)(432 ABq（m/s）450.7563.edR 2320，液体流动是紊流。AB0.02572 23801.58. .75ABlpd 469（Pa）ABCD ， CDAB0.0252 23401.58.5.lpd 347（Pa）所以 CDBAp沿.75.1247.8 469.6 09（Pa）2.18 如图 2.44 所示，液压泵从一个大容积的油池中抽吸润滑油，流量为 q = 1.2 L/s，油液的粘度 E = 40，密度 = 900 kg/m，假设液压油的空气分离压为2.8
12、 米水柱，吸油管长度 l = 10 m，直径 d = 40 mm，如果只考虑管中的摩擦损失，求液压泵在油箱液面以上的最大允许安装高度是多少？解：油液粘度： 6103.1.742.9 （m 2/s）33241.00.7302.9edR 故为层流， 7557130.e 沿程损失 232341.09010.574lpd 沿 8.3 （Pa）空气分离压 268.912分 （Pa）最大安装高度处 max05474Hg故 69.1).0()73.81(max H（m ）2.19 管路系统如图 2.45 所示，A 点的标高为 10 米，B 点的标高为 12 米，管径d = 250 mm，管长 l =1000
13、 米，求管路中的流量 q 是多少? （沿程阻力系数 8= 0.03，局部阻力系数：入口 1 = 0.5，弯管 2 = 0.2，出口 3 = 1.0） 。解：有效静压头为 875.4)10(5.7)(2 ABdH（m ）gl(875.42310.521.-329847 01（m/s）2().4qd .（m 3/s）2.20 已知容器中空气的压力为 1.1705105 a（绝对压力） ，空气的温度为 0 ，经管嘴喷入压力为 1.0136105 Pa 的大气中，计算喷嘴出口处气流的速度是多少？解：空气在 0、 5104.Pa 时的密度为 1.285（kg/m 3） ，容器中空气的密度为：83.104.7285.150 （kg/m 3）450 10.6. pk （Pa）因为 k 4.155100 07.136483.107.212 kp.49 （m/s）
