液壓傳動基礎知識任務三液體動力學基礎液體動力學的主要內容是研究液體流動時流速和壓力的變化規(guī)律。

流動液體的連續(xù)性方程、伯努利方程和動量方程是描述流動液體力學規(guī)律的三個基本方程式。前兩個方程式反映壓力、流速與流量之間的關系，動量方程式用來解決液體與固體壁面間的作用力問題。液壓傳動基礎知識一、液體流動的基本概念任務三液體動力學基礎1.理想液體和穩(wěn)定流動（1）理想液體所謂理想液體是一種假想的無黏性、不可壓縮的液體，而把實際上既有黏性又可壓縮的液體稱為實際液體。（2）穩(wěn)定流動液體流動時，若液體中任意點處的壓力、流速和密度都不隨時間而變化，則稱為穩(wěn)定流動；反之，稱為非穩(wěn)定流動。液壓傳動基礎知識一、液體流動的基本概念任務三液體動力學基礎2.流量與平均流速

流量與平均流速是描述液體流動的兩個主要參數(shù)。液體在管道中流動時，通常將垂直于液體流動方向的截面稱為通流截面，或稱為過流斷面。

液壓傳動基礎知識一、液體流動的基本概念任務三液體動力學基礎

在實際工程計算中，平均流速才具有應用價值。在液壓缸工作時，活塞的運動速度與缸內液體的平均流速相等。由此可見，當液壓缸的有效面積A一定時，活塞的運動速度v

由進入液壓缸的流量q

決定。液壓傳動基礎知識一、液體流動的基本概念任務三液體動力學基礎3．流動流體的壓力靜止液體內任意點處的壓力在各個方向都是相等的，但在流動液體內，由于慣性和黏性的影響，任意點處在各個方向上的壓力并不相等。但因為數(shù)值相差甚微，所以流動液體內任意點處的壓力在各個方向上的數(shù)值可以看作是相等的。液壓傳動基礎知識一、液體流動的基本概念任務三液體動力學基礎孔板流量計工作原理:充滿管道的流體，當它們流經(jīng)管道內的節(jié)流裝置時，流束將在節(jié)流裝置的節(jié)流件處形成局部收縮，從而使流速增加，靜壓力低，于是在節(jié)流件前后便產(chǎn)生了壓力降，即壓差，介質流動的流量越大，在節(jié)流件前后產(chǎn)生的壓差就越大，所以孔板流量計可以通過測量壓差來衡量流體流量的大小。這種測量方法是以能量守衡定律和流動連續(xù)性定律為基準的。視頻液壓傳動基礎知識一、液體流動的基本概念任務三液體動力學基礎視頻液壓傳動基礎知識二、液體的流動狀態(tài)任務三液體動力學基礎1.層流和湍流英國物理學家雷諾通過大量實驗發(fā)現(xiàn)，液體的流動有層流和湍流兩種基本形態(tài)。用滴管在水杯2的流體內注入有色顏料，打開開關7，發(fā)現(xiàn)流速不大時，玻璃管6內呈現(xiàn)一條條與管壁平行并清晰可見的有色細絲即脈線，管內流體分層流動，互不混淆，說明管內流體處于層流運動狀態(tài)。

逐漸增大開關，增大流速，則脈線變粗，開始出現(xiàn)波紋，隨管內流速的增加，波紋的數(shù)目和振幅逐漸加大，當流速達到某數(shù)值時，脈線突然分裂成許多運動著的小渦旋，繼而很快消失，使整個管內的流體帶上了淡薄的顏料的顏色。這說明管內流體的不規(guī)則運動，使各部分顏料顆粒相互劇烈摻混，并混亂而均勻地分散到整個流體之中，導致脈線消失，此時流體處于湍流狀態(tài)。1隔板；2水杯；3、7開關；4水箱；5細管；6玻璃管液壓傳動基礎知識二、液體的流動狀態(tài)任務三液體動力學基礎1隔板；2水杯；3、7開關；4水箱；5細管；6玻璃管層流和湍流是兩種不同性質的流態(tài)。層流時，液體流速較低，質點受黏性制約，不能隨意流動，黏性力起主導作用；湍流時，液體流速較高，黏性的制約作用減弱，慣性力起主要作用。層流湍流在層流時，液體質點互不干擾，其流動呈線性或層狀，且平行于管道軸線；在湍流時，液體質點的運動雜亂無章，除了平行于管道軸線的運動外，還存在著劇烈的橫向運動。液壓傳動基礎知識二、液體的流動狀態(tài)任務三液體動力學基礎2.

雷諾數(shù)

通過雷諾實驗還可以證明，液體在圓管中的流動狀態(tài)不僅與管內平均流速υ有關，還與管徑d

及液體的黏度ν

有關。而決定流動狀態(tài)的，是這三個參數(shù)所組成的，稱作雷諾數(shù)Re

的無量綱數(shù)，即：

液流由層流轉變?yōu)橥牧鲿r的雷諾數(shù)與由湍流轉變?yōu)閷恿鞯睦字Z數(shù)是不相同的。后者較前者數(shù)值小，故將后者作為判別液流狀態(tài)的依據(jù)，稱為臨界雷諾數(shù)Rec

。當Re<

Rec時，液流為層流；當Re>

Rec時，液流為湍流。即：如果液體的雷諾數(shù)相同，它的流動狀態(tài)亦相同。液壓傳動基礎知識二、液體的流動狀態(tài)任務三液體動力學基礎雷諾數(shù)的物理意義：雷諾數(shù)是液流的慣性作用對黏性作用的比。當雷諾數(shù)較大時，說明液體流速較高，黏性的制約作用減弱，慣性力起主導作用，這時液體處于湍流狀態(tài)；當雷諾數(shù)較小時，說明液體流速較低，質點受黏性制約，不能隨意運動，黏性力起主導作用，這時液體處于層流狀態(tài)。常見管道臨界雷諾數(shù)管道形式

Rec管道形式

Rec光滑金屬圓管橡膠軟管

光滑的同心環(huán)狀縫隙光滑的偏心環(huán)狀縫隙23201600～200011001000帶環(huán)槽的同心環(huán)狀縫隙帶環(huán)槽的偏心環(huán)狀縫隙圓柱形滑閥閥口錐閥閥口

70040026020～100液壓傳動基礎知識二、液體的流動狀態(tài)任務三液體動力學基礎水力半徑R對通流能力影響很大，R大，意味著液流和管壁接觸較少，管壁對液流的阻力較小，通流能力較大，即使通流截面面積較小也不容易堵塞。圓形管道的水力半徑是最大的。對于非圓管道，液流的雷諾數(shù)可按下式計算：

R：通流截面的水力半徑，它等于液流的有效面積和它的濕周（通流截面與液體相接處的周長）x之比。

液壓傳動基礎知識任務三液體動力學基礎二、液體的流動狀態(tài)視頻液壓傳動基礎知識三、流動液體的連續(xù)性方程任務三液體動力學基礎

液壓傳動基礎知識三、流動液體的連續(xù)性方程任務三液體動力學基礎

液壓傳動基礎知識四、伯努利方程任務三液體動力學基礎伯努利方程是能量守恒定律在流體力學中的一種表達形式。為了研究方便，先討論理想液體的伯努利方程，然后再對它進行修正，最后給出實際液體的伯努利方程。

液壓傳動基礎知識四、伯努利方程任務三液體動力學基礎伯努利方程是能量守恒定律在流體力學中的一種表達形式。為了研究方便，先討論理想液體的伯努利方程，然后再對它進行修正，最后給出實際液體的伯努利方程。或

1.理想液體的伯努利方程若等式兩邊同除以

，則理想液體伯努利方程可寫成：液壓傳動基礎知識四、伯努利方程任務三液體動力學基礎該式表明了流動液體各質點的位置、壓力和速度之間的關系。其物理意義為：在管內作穩(wěn)定流動的理想液體具有動能、位置勢能和壓力能三種能量，在任一截面上的這三種能量都可以互相轉換，但其和保持不變。液壓傳動基礎知識四、伯努利方程任務三液體動力學基礎2.實際液體的伯努利方程實際液體是有黏性的，流動時產(chǎn)生內摩擦力而消耗部分能量；同時，管道局部形狀和尺寸的驟然變化使液體產(chǎn)生擾動，亦消耗能量。因此，實體液體流動有能量損失存在，設在兩斷面間流動的液體單位體積的能量損失為△pw。需要對動能部分進行修正，設因流速不均勻引起的動能修正系數(shù)為α

。經(jīng)理論推導和實驗測定，對圓管來說，

α=1~2，湍流時取α=1.1

，層流時取α=2

。因此，實際液體的伯努利方程為：式中：h1、h1——液體在流動時的不同高度；△pw

——液體流動時的壓力損失。液壓傳動基礎知識四、伯努利方程任務三液體動力學基礎應用條件：不可壓縮液體作穩(wěn)定流動；液體所受質量力僅為重力，且液流在所取計算點處的通流截面上為緩變流動，截面1-1、截面2-2須順流向選取，（否則△pw為負值）；截面中心在基準面以上時，h取正值，反之取負值。通常取特殊位置的水平面作基準面。在液壓傳動系統(tǒng)中，油液流速變化引起的動能變化和高度引起的位能變化相對壓力能來說可忽略不計。因此，伯努利方程可簡化為：p1-p2=△p=ρgh。因此，在液壓系統(tǒng)中，能量損失主要為壓力損失△pw。這也表明，液壓系統(tǒng)是利用壓力能來工作的，故又稱為靜壓傳動。液壓傳動基礎知識任務三液體動力學基礎例：液壓泵裝置如圖所示，油箱和大氣相通。試分析吸油高度對液壓泵工作性能的影響。解：以油箱液面為基準面，對此截面1-1和液壓泵的進口處管道截面2-2之間的伯努利方程：四、伯努利方程

p1-p2為液壓泵吸油口處的真空度。液壓傳動基礎知識任務三液體動力學基礎四、伯努利方程由上式可知：液壓泵吸油口的真空度由三部分組成：①把油液提升到一定高度H所需的壓力；②產(chǎn)生一定流速所需的壓力；③吸油管內的壓力損失。液壓泵形成真空度的能力，表示泵自吸性能的好壞，但液壓泵吸油口真空度不能太大，即泵吸油口處的絕對壓力不能太低，否則就會產(chǎn)空穴現(xiàn)象，造成液壓泵的噪聲過大，因而在實際使用中H一般應小于0.5m，并且用較大直徑的吸油管，使管路盡可能短些，以減小液體流速v和壓力損失?pw。液壓傳動基礎知識任務三液體動力學基礎四、伯努利方程因為p1=0，所以：當液壓泵安裝于液面之上時，H>0,

p2<0。此時，液壓泵進口處的絕對壓力小于大氣壓力，形成真空，油液依靠大氣壓壓入液壓泵內。當液壓泵安裝于液面之下時，H<0,

|ρgh|>(ρα2υ2/2+△pw

)時，

p2>0。此時，液壓泵進口處不形成真空，油液自行灌入液壓泵內。液壓傳動基礎知識五、動量方程任務三液體動力學基礎動量方程是動量定理在流體力學中的一種表達形式，動量方程可以用來計算流動液體作用于限制其流動的固體壁面上的總作用力。

這就是穩(wěn)定流動液體的動量方程。∑F為作用于控制液體體積上的全部外力之和；