第一章流体力学基础课件.ppt
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1、2019/6/23,第一章 流体力学基础,1,第一节 工作介质,一、液压传动介质 (一)基本要求与种类 液压传动及控制所用的工作介质为液压油液或其他合成液体,其应具备的功能如下: (1)传动,把由液压泵所赋予的能量传递给执行元件。 (2)润滑液压泵、液压阀、液压执行元件等运动件。 (3)冷却,吸收并带出液压装置所产生的热量。 (4)防锈防止液压元件所用各种金属的锈蚀。 为使液压系统长期保持正常的工作性能,对其工作介质提出的要求是: (l)可压缩性,可压缩性尽可能小,响应性好。 (2)黏度,温度及压力对粘度影响小,具有适当的粘度,粘温特性好。 (3)润滑性,能对液压元件滑动部位充分润滑。,201
2、9/6/23,第一章 流体力学基础,2,(4)安定性,不因热、氧化或水解而变质,剪切稳定性好,使用寿命长。 (5)防锈和抗腐蚀性,对铁及非铁金属的锈蚀性小。 (6)抗泡沫性,介质中的气泡容易逸出并消除。 (7)抗乳化性,除含水液压液外的油液,油水分离要容易。 (8)洁净性,质地要纯净,尽可能不含污染物,当污染物从外部侵入时能迅速分离。 (9)相容性,对金属、密封件、橡胶软管、涂料等有良好的相容性。 (10)阻燃性,燃点高,挥发性小,最好具有阻燃性。 (11)其他对工作介质的其他要求还有:无毒性和臭味;比热容和热导率要大;体胀系数要小等。,第一节 工作介质,2019/6/23,第一章 流体力学基
3、础,3,其实,能够同时满足上述各项要求的理想的工作介质是不存在的。液压系统中使用的工作介质按国际标准组织(ISO)的分类如表11所示。目前90以上的液压设备采用石油基液压油液。基油为精制的石油润滑油馏分。为了改善液压油液的性能,以满足液压设备的不同要求,往往在基油中加人各种添加剂。 添加剂有两类: 一类是改善油液化学性能的,加抗氧化剂、防腐剂、防锈剂等; 另一类是改善油液物理性能的,如增粘剂、抗磨剂、防爬剂等。,第一节 工作介质,2019/6/23,第一章 流体力学基础,4,第一节 工作介质,2019/6/23,第一章 流体力学基础,5,第一节 工作介质,(二)物理性质,1密度 单位体积液体所
4、具有的质量称为该液体的密度,即,2019/6/23,第一章 流体力学基础,6,第一节 工作介质,2可压缩性 液体因所受压力增高而发生体积缩小的性质称为可压缩性。,液体压缩率k,液体压缩率k的倒数,称为液体体积模量,20C,一个大气压,2019/6/23,第一章 流体力学基础,7,一般情况下,工作介质的可压缩性对液压系统性能影响不大,但在高压下或研究系统动态性能及计算远距离操纵的液压机构时,则必须予以考虑。 石油基液压油的体积模量与温度、压力有关:温度升高时,K值减小,在液压油正常工作温度范围内,K值会有525的变化;压力增加时,K值增大,但这种变化不呈线性关系,当p3MPa时,K值基本上不再增
5、大。 由于空气的可压缩性很大,因此当工作介质中有游离气泡时,K值将大大减小,且起始压力的影响明显增大。但是在液体内游离气泡不可能完全避免,因此,一般建议石油基液压油 K的取值为(0. 71. 4)103MPa,且应采取措施尽量减少液压系统工作介质中的游离空气的含量。,第一节 工作介质,2019/6/23,第一章 流体力学基础,8,第一节 工作介质,3粘性 (l)粘性的表现液体在外力作用下流动时,分子间内聚力的存在使其流动受到牵制,从而沿其界面产生内摩擦力,这一特性称为液体的粘性。,2019/6/23,第一章 流体力学基础,9,第一节 工作介质,(2)粘性的度量 度量粘性大小的物理量称为粘度。常
6、用的粘度有三种:即动力粘度、运动粘度、相对粘度。 l)动力粘度 其量值等于液体在以单位速度梯度流动时,单位面积上的内摩擦力,Pas或N s /m2,2)运动粘度 m2/s,2019/6/23,第一章 流体力学基础,10,第一节 工作介质,3)相对粘度 相对粘度是根据特定测量条件制定的,故又称条件粘度。测量条件不同,采用的相对粘度单位也不同。如恩氏度E(中国、德国、前苏联)、通用赛氏秒SUS(美国、英国)、商用雷氏秒R1S(英国、美国)和巴氏度B(法国)等。 恩氏粘度用恩氏粘度计测定,即将200mL温度为t的被测液体装入粘度计的容器内,由其底部2.8mm的小孔流出,测出液体流尽所需时间t1,再测
7、出相同体积温度为20的蒸馏水在同一容器中流尽所需的时间t2;这两个时间之比即为被测液体在t下的恩氏粘度,即 思氏粘度与运动粘度间的换算关系式为,2019/6/23,第一章 流体力学基础,11,第一节 工作介质,(3)温度对粘度的影响 (4)压力对粘度的影响 (5)气泡对粘度的影响 (三)选用和维护,2019/6/23,第一章 流体力学基础,12,第二节 流体静力学,一、静压力及其特性,我国采用法定计量单位Pa来计量压力,1Pa1N/m2。液压技术中习惯用MPa,1MPa=106Pa。 液体静压力有两个重要特性: 1)液体静压力垂直于承压面,其方向和该面的内法线方向一致。这是由于液体质点间的内聚
8、力很小,不能受拉只能受压之故。 2)静止液体内任一点所受到的压力在各个方向上都相等。如果某点受到的压力在某个方向上不相等,那么液体就会流动,这就违背了液体静止的条件。,2019/6/23,第一章 流体力学基础,13,第二节 流体静力学,二、静压力基本方程 ()静压力基本方程,l)静止液体内任一点的压力由两部分组成:一部分是液面上的压力p0,另一部分是该点以上液体重力所形成的压力gh。 2)静止液体内的压力随液体深度呈线性规律递增。 3)同一液体中,离液面深度相等的各点压力相等。由压力相等的点组成的面称为等压面。在重力作用下静止液体中的等压面是一个水平面。,2019/6/23,第一章 流体力学基
9、础,14,第二节 流体静力学,(二)静压力基本方程的物理意义,(三)压力的表示方法,2019/6/23,第一章 流体力学基础,15,第三节 流体运动学和流体动力学,一、基本概念 (一)理想液体、恒定流动和一维流动 一般把既无粘性又不可压缩的假想液体称为理想液体; 液体流动时,如液体中任何一点的压力、速度和密度都不随时间而变化,便称液体是在作恒定流动; 当液体整个作线形流动时,称为一维流动;当作平面或空间流动时,称为二维或三维流动。 (二)流线、流管和流束,2019/6/23,第一章 流体力学基础,16,第三节 流体运动学和流体动力学,(三)通流截面、流量和平均流速 流束中与所有流线正交的截面称
10、为通流截面; 单位时间内流过某通流截面的液体体积称为流量.平均流速:,2019/6/23,第一章 流体力学基础,17,第三节 流体运动学和流体动力学,二、连续方程 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的体积守恒。,2019/6/23,第一章 流体力学基础,18,第三节 流体运动学和流体动力学,三、能量方程 能量方程又常称伯努利方程,它实际上是流动液体的能量守恒定律。,(一)理想液体的运动微分方程 1)压力在两端截面上所产生的作用力,2)作用在微单元上的重力:,在恒定流动下微单元上的惯性力:,根据牛顿第二
11、定律:,2019/6/23,第一章 流体力学基础,19,第三节 流体运动学和流体动力学,由于,代入上式,整理可得,这就是理想液体沿流线作恒定流动时的运动微分方程 (二)理想液体的能量方程,(三)实际液体的能量方程,2019/6/23,第一章 流体力学基础,20,第三节 流体运动学和流体动力学,例15推导文丘利流量计的流量公式。,2019/6/23,第一章 流体力学基础,21,四、动量方程 动量方程是动量定理在流体力学中的具体应用。用动量方程来计算液流作用在固体壁面上的力,比较方便。动量定理指出:作用在物体上的合外力的大小等于物体在力作用方向上的动量的变化率,即,第三节 流体运动学和流体动力学,
12、2019/6/23,第一章 流体力学基础,22,第三节 流体运动学和流体动力学,例1-7 喷嘴一挡板如图1-19所示。试求射流对挡板的作用力。,因为Pa0(相对压力),所以,2019/6/23,第一章 流体力学基础,23,第三节 流体运动学和流体动力学,例1-8 图1-20所示为一锥阀,锥阀的锥角为2。当液体在压力p下以流量q流经锥阀时,液流通过阀口处的流速为2,出口压力为p2= 0。试求作用在锥阀上的力的大小和方向。 对于图 a),取121,因1 2,忽略1,故得,对于图 b),同样取121,因1 2,忽略1,故得,2019/6/23,第一章 流体力学基础,24,第六节 管道流动,一、流态与
13、雷诺数 (一)层流和紊流 层流和紊流是两种不同性质的流态。层流时,液体流速较低,质点受粘性制约,不能随意运动,粘性力起主导作用;紊流时,液体流速较高,粘性的制约作用减弱,惯性力起主导作用。 (二)雷诺数 液体的流动状态可用雷诺数来判别。,对于非圆管:,2019/6/23,第一章 流体力学基础,25,第六节 管道流动,液流由层流转变为紊流时的雷诺数和由紊流转变为层流时的雷诺数是不同的,后者数值小。所以一般都用后者作为判别流动状态的依据,称为临界雷诺数,记作Recr。当雷诺数Re小于临界雷诺数Recr时,液流为层流;反之,液流大多为紊流。,2019/6/23,第一章 流体力学基础,26,第六节 管
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