第02章流体力学基础.ppt

单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,航空工程学院,飞机液压与燃油系统,一、液压系统工作介质,二、液压,流体静力学,三、液压流体动力学,四、管道中液流的能量损失,五、孔口和缝隙流动,2.1.1,液压油的主要参数,密度和重度：,一般认为液压油的密度和重度是不变的，计算时可用：,液压油是液压传动的工作介质,压缩性,体积弹性模数,系统内混有空气时，体积弹性模数大大降低,2.1.1液压油的主要参数,粘性：,流体流动时，在液体内部显示出的内摩擦力的性质。,粘度：,粘度是流体在单位速度梯度下流动时产生的剪切应力，是衡量流体粘性的指标。,类型,动力粘度,运动粘度,相对粘度,2.1.1液压油的主要参数,2.1.2,粘度,-,动力粘度,动力粘度,2.1.2,粘度,-,运动粘度,运动粘度,运动粘度没有特殊的物理意义,粘度名称,单位制,动力粘度,运动粘度,国 际 制,N,s/m,2,(,帕,秒，,Pa,S,),m,2,/sec,厘米克秒制,dyne,sec,/cm,2,(,泊，,P),1P=100cP(,厘泊，,cP,),cm,2,/sec(,斯，,st,),1st=100cst(,厘斯，,cst,),英 制,lb-sec/ft,2,lb-sec/in,2,ft,2,/sec,in,2,/sec(,牛特,),2.1.2,粘度,-,相对粘度,相对粘度：,在规定条件下，用粘度计测出的液体的粘度,。,中国：恩氏粘度,0,E,美国：赛氏通用秒,SSU,英国：雷氏秒,RSS,法国：巴氏度,0,B,2.1.2,粘度,-,恩氏粘度的测定方法,恩氏粘度的测定方法,测定,200cm,在温度为,t,C,的被测液体在自重作用下流过专用恩格勒粘度计中直径为,2.8,小孔所需的时间,t,1,，然后测出同体积的蒸馏水在,20,C,时流过同一小孔所需时间,t,2,，,t,1,与,t,2,的比值即为被测液体在,t,C,的恩氏粘度值,工业一般以,20,、,50,和,100,作为测定恩氏粘度的标准温度,2.1.2,粘度,-,赛氏粘度的测定方法,赛氏粘度的测定方法,测定,60cm3温度为,t,C,的油液在自重作用下，流过专用赛波尔特（,Saybolt,）测试仪中一个标准长度和直径小孔所需的时间。,赛波尔特粘度计,水箱,容器,加热组件,温度计,水浴,油液,塞子,2.1.2,粘度,-,各国粘度及换算,粘度单位 名称,又 名,符 号,单 位,采用国家,与运动粘度（,2,/S,）,之换算公式,动力粘度,动力粘性系数,（绝对粘度）,厘泊,苏,运动粘度,运动粘性系数,（绝对粘度）,厘斯,cct,（苏）,cst,（英）,中苏英美日,恩氏粘度,相对粘度,E,BY(,苏,),度,中、欧洲,（乌别洛德近似公式）,国际赛氏秒,通用赛波尔特秒,SSU,(SUB),秒,美,商用雷氏秒,雷氏,1,秒,R,(RSS),秒,英,2.1.2,粘度,-,粘度特性,粘温特性,液体,VS.,气体,温度升高，液体粘度下降而气体粘度上升。,粘压特性,压力增大，液体粘度增大,压力低于,30Mpa,时，可忽略不计。,2.1.2,粘度,-,粘度对液压系统性能的影响,油液的粘度对系统的功率损失有较大的影响,机械损失,VS.,泄漏损失,粘度,机械损失,泄漏损失,功率损失,适合的粘度,2.1.3,液压油的化学性能,热稳定性,氧化稳定性,水解稳定性,相容性,2.1.4,液压油性能指标,良好的润滑性；,合适的粘度；,高的弹性模数；,较高的化学稳定性；,较高的材料相容性；,防火性；,对人体无毒或过敏反应。,2.1.5,液压传动工作液的分类,特性,液压油,颜色,耐燃性,粘度,稳定性,毒性,吸水性,适用的,密封材料,应用,植物基,蓝色,易燃,大,低,无毒,小,天然橡胶,老式飞机,矿物基,红色,可燃,适中,较高,无毒,小,合成耐油橡胶,减震支柱,磷酸酯基,紫色,耐燃,较小,高,低毒,大,异丁烯橡胶,聚四氟乙烯,大型客机,2.1.6,液压油使用注意事项,对液压系统的防护,不同规格的液压油绝不能混用,保持油液必要的清洁度,防止系统进入空气,对其他系统和飞机结构的防护,对维护人员的防护,一、液压系统工作介质,二、液压,流体静力学,三、液压流体动力学,四、管道中液流的能量损失,五、孔口和缝隙流动,2.2.1,平衡流体上的作用力,一、质量力,与流体微团质量大小有关并且集中作用在微团质量中心上的力。,质量力包括：,重力、直线运动惯性力、离心惯性力。,2.2.1,平衡流体上的作用力,二、表面力,作用在所研究某部分流体的表面上，且与表面积大小成比例的力,沿表面内法线方向的压力,沿表面切向的摩擦力,从普遍意义上讲，表面力,有如下特点：,和作用面不一定垂直；（可分解为正,应力和切应力两部分）。,和,的方向有关。,切应力：,正应力（压强）：,2.2.1,平衡流体上的作用力,2.2.2,流体静压强及其特性,二、流体静压强的两个特性,1.,方向性,流体静压力的方向总是沿着作用面的内法线方向；,(2),因流体几乎不能承受拉力故,p,指向受压面。,原,因,:(1),静止流体不能承受剪力，即,=0,，故,p,垂直受压面；,2.2.2,流体静压强及其特性,二、流体静压强的两个特性,2.,大小性,流体静压力与作用面在空间的方位无关，仅是该点坐标的函数。,略去无穷小项,o,z,x,dz,dx,dy,y,B,D,C,o,2.2.3,流体平衡微分方程式,一、,平衡微分方程式,在静止流体中取如图所示微小六面体。,设其中心点,a(x,y,z),的密度为,，,压强为,p,，,所受质量力为,f,。,y,z,o,y,x,z,y,dx,dz,dy,a,f,p,2.2.3,流体平衡微分方程式,以,x,方向为例,列力平衡方程式,表面力：,质量力,:,p-,p/x,dx/2,p+,p/x,dx/2,y,z,o,y,x,z,y,dx,dz,dy,b,a,c,f,p,2.2.3,流体平衡微分方程式,同理，考虑,y,，,z,方向，可得,:,上式即为,流体平衡微分方程,(,欧拉平衡微分方程,),p-,p/x,dx/2,p+,p/x,dx/2,y,z,o,y,x,z,y,dx,dz,dy,b,a,c,f,p,2.2.3,流体平衡微分方程式,同理，考虑,y,，,z,方向，可得,:,上式即为,流体平衡微分方程,(,欧拉平衡微分方程,),一、,平衡微分方程式（续）,1.,平衡微分方程式（续）,物理意义：,在静止流体中，单位质量流体上的质量力与静压强的合力相平衡,适用范围：,所有静止流体或相对静止的流体。,2.2.4,流体静力学基本方程式,一、,流体静力学基本方程式,作用在流体上的质量力只有重力,均匀的不可压缩流体,积分得：,z,x,p,1,1,基准面,z,2,p,2,2,p,0,g,o,z,1,1.,基本方程式,2.2.4,流体静力学基本方程式,一、,流体静力学基本方程式（续）,2.,物理意义,位势能,压强势能,h,p,总势能,在重力作用下的连续均质不可压所静止流体中，各点的单位重力流体的,总势能保持不变,。,2.2.4,流体静力学基本方程式,一、,流体静力学基本方程式（续）,3.,几何意义,位置水头,压强水头,静水头,在重力作用下的连续均质不可压静止流体中，静水头线为水平线。,p,0,2,p,2,z,2,z,1,1,p,1,完全真空,z,1,1,2,z,2,p,e2,/,g,A,A,A,A,基准面,p,e1,/,g,p,a,/,g,p,2,/,g,p,1,/,g,p,1,p,0,p,2,p,a,2.2.4,流体静力学基本方程式,一、,流体静力学基本方程式（续）,4.,帕斯卡原理,在重力作用下不可压缩流体表面上的压强，将以同一数值沿各个方向传递到流体中的所有流体质点。,a,点压强：,2.2.5,绝对压强 计示压强 液柱式测压计,一、压强的计量,1.,绝对压强,以完全真空为基准计量的压强。,2.,计示压强,以当地大气压强为基准计量的压强。,表压：,真空：,完全真空,p=0,大气压强,p=p,a,p,o,绝对,压强,绝对,压强,a,pp,a,p4),的流动,通过薄壁小孔的流动,称为小孔流量系数,通过薄壁小孔的流量与液体粘度无关，因而流量受液体温度影响较小,.,但流量与孔口前后压差的关系是非线性的,图,2-15,液体在薄壁小孔中的流动,通过细长小孔的流动,是细长小孔的通流截面积,液体流经细长小孔的流量将随液体温度的变化而变化。,但细长小孔的流量与孔前后的压差关系是线性的,2.3.3,通过小孔的流动,统一的经过小孔的流量公式,式中,A:,孔的通流截面积，,p:,孔前后压差，,m:,由孔结构形式决定的指数,0.5m1,k:,由孔口形式有关的系数,当孔为薄壁小孔时，,m=0.5,为细长小孔时,m=1,，,2.3.4,通过间隙的流动,配合间隙,泄漏,:,当流体流经这些间隙时就会发生从压力高处经过间隙流到系统中压力低处或直接进入大气的现象,(,前者称为内泄漏，后者称为外泄漏,),泄漏主要是由压力差与间隙造成的,油液在间隙中的流动状态一般是层流,2.4,液压系统的气穴与液压冲击现象,气穴,(,空穴,):,在流动液体中，由于某点处的压力低于空气分离压而产生汽泡的现象,液压冲击,:,在液压系统中由于某种原因，液体压力在一瞬间会突然升高,产生很高的压力峰值,这种现象称为液压冲击,