机械与电子工程学院第二章流体力学第1页，共35页，星期日，2025年，2月5日液体静力学
液体动力学第2页，共35页，星期日，2025年，2月5日液压流体力学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。液体静力学研究液体在静止状态下的力学规律及其应用液体动力学研究液体流动时流速和压力的变化规律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液压冲击和气穴现象第3页，共35页，星期日，2025年，2月5日液体静力学静压力及其特性静压力基本方程式帕斯卡原理静压力对固体壁面的作用力第4页，共35页，星期日，2025年，2月5日静压力及其特性液体的静压力静止液体在单位面积上所受的法向力称为静压力。p=limΔF/ΔA（ΔA→0）若在液体的面积A上所受的作用力F为均匀分布时，静压力可表示为p=F/A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。液体静压力的特性液体静压力垂直于承压面，方向为该面内法线方向。液体内任一点所受的静压力在各个方向上都相等。第5页，共35页，星期日，2025年，2月5日静压力基本方程式静压力基本方程式p=p0+ρgh重力作用下静止液体压力分布特征：压力由两部分组成：液面压力p0，自重形成的压力ρgh。液体内的压力与液体深度成正比。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。静止液体中任一质点的总能量p/ρg+h保持不变，即能量守恒。压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)第6页，共35页，星期日，2025年，2月5日帕斯卡原理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液压传动可使力放大，可使力缩小，也可以改变力的方向。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。第7页，共35页，星期日，2025年，2月5日静压力对固体壁面的作用力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当固体壁面为平面时，液体压力在该平面的总作用力F=pA，方向垂直于该平面。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=pAx，Ax为曲面在该方向的投影面积。第8页，共35页，星期日，2025年，2月5日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。基本概念流量连续性方程伯努利方程动量方程第9页，共35页，星期日，2025年，2月5日液体动力学基本概念理想液体假设的既无粘性又不可压缩的流体称为理想流体。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。第10页，共35页，星期日，2025年，2月5日流量连续性方程质量守恒定律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面的液体流量相等，即：ρ1v1A1=ρ2v2A2不考虑液体的压缩性则得q=vA=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。第11页，共35页，星期日，2025年，2月5日伯努利方程实际流体的伯努利方程p1/ρg+Z1+α1v12/2g=p2/ρg+Z2+α2v22/2g+hw实际流体存在粘性，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。用平均流速替代实际流速，α为动能修正系数。能量守恒定律理想流体的伯努利方程p1/ρg+Z1+v12/2g=p