第一章流体力学基础
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流体力学基础知识(总15页) -本页仅作为预览文档封面,使用时请删除本页-第一章流体力学基本知识学习本章的目的和意义:流体力学基础知识是讲授建筑给排水的专业基础知识,只有掌握了该部分知识才能更好的理解建筑给排水课程中的相关内容。
§1-1流体的主要物理性质1.本节教学内容和要求:1.1本节教学内容:流体的4个主要物理性质。
1.2教学要求:(1)掌握并理解流体的几个主要物理性质(2)应用流体的几个物理性质解决工程实践中的一些问题。
1.3教学难点和重点:难点:流体的粘滞性和粘滞力重点:牛顿运动定律的理解。
2.教学内容和知识要点:易流动性(1)基本概念:易流动性——流体在静止时不能承受切力抵抗剪切变形的性质称易流动性。
流体也被认为是只能抵抗压力而不能抵抗拉力。
易流动性为流体区别与固体的特性2.2密度和重度(1)基本概念:密度——单位体积的质量,称为流体的密度即:Mρ=VM——流体的质量,k g;V——流体的体积,m3。
常温,一个标准大气压下Ρ水=1×103k g/m32Ρ水银=×103k g/m3基本概念:重度:单位体积的重量,称为流体的重度。
重度也称为容重。
Gγ=VG——流体的重量,N;V——流体的体积,m3。
∵G=m g∴γ=ρg常温,一个标准大气压下γ水=×103k g/m3γ水银=×103k g/m3密度和重度随外界压强和温度的变化而变化液体的密度随压强和温度变化很小,可视为常数,而气体的密度随温度压强变化较大。
2..3粘滞性(1)粘滞性的表象基本概念:流体在运动时抵抗剪切变形的性质称为粘滞性。
当某一流层对相邻流层发生位移而引起体积变形时,在流体中产生的切力就是这一性质的表现。
为了说明粘滞性由流体在管道中的运动速度实验加以分析说明。
用流速仪测出管道中某一断面的流速分布如图一所示设某一流层的速度为u,则与其相邻的流层为u+d u,d u为相邻流层的速度增值,设相邻流层的厚度为d y,则d u/d y叫速度梯度。
流体力学基础第一节空气在管道中流动的基本规律一、流体力学基础第一节空气在管道中流动的基本规律第一章流体力学基础第一节空气在管道中流动的基本规律工程流体力学以流体为对象,主要研究流体机械运动的规律,并把这些规律应用到有关实际工程中去。
涉及流体的工程技术很多,如水力电力,船舶航运,流体输送,粮食通风除尘与气力输送等,这些部门不仅流体种类各异,而且外界条件也有差异。
通风除尘与气力输送属于流体输送,它是以空气作为工作介质,通过空气的流动将粉尘或粒状物料输送到指定地点。
由于通风除尘与气力输送是借助空气的运动来实现的,因此,掌握必要的工程流体力学基本知识,是我们研究通风除尘与气力输送原理和设计、计算通风除尘与气力输送系统的基础。
本章中心内容是叙述工程流体力学基本知识,主要是空气的物理性质及运动规律。
一、流体及其空气的物理性质(一) 流体通风除尘与气力输送涉及的流体主要是空气。
流体是液体和气体的统称,由液体分子和气体分子组成,分子之间有一定距离。
但在流体力学中,一般不考虑流体的微观结构而把它看成是连续的。
这是因为流体力学主要研究流体的宏观运动规律它把流体分成许多许多的分子集团,称每个分子集团为质点,而质点在流体的内部一个紧靠一个,它们之间没有间隙,成为连续体。
实际上质点包含着大量分子,例如在体积为10-15厘米的水滴中包含着3×107个水分子,在体积为1毫米3的空气中有2.7×1016个各种气体的分子。
质点的宏观运动被看作是全部分子运动的平均效果,忽略单个分子的个别性,按连续质点的概念所得出的结论与试验结果是很符合的。
然而,也不是在所有情况下都可以把流体看成是连续的。
高空中空气分子间的平均距离达几十厘米,这时空气就不能再看成是连续体了。
而我们在通风除尘与气力输送中所接触到的流体均可视为连续体。
所谓连续性的假设,首先意味着流体在宏观上质点是连续的,其次还意味着质点的运动过程也是连续的。
有了这个假设就可以用连续函数来进行流体及运动的研究,并使问题大为简化。
第一章流体力学基础知识本章先介绍流体力学的基本任务,研究方向和流体力学及空气动力学的发展概述。
然后介绍流体介质,气动力系数,矢量积分知识。
最后引入控制体,流体微团及物质导数的概念。
为流体力学及飞行器空气动力学具体知识的学习做准备。
1.1流体力学的基本任务和研究方法1.1.1流体力学的基本任务流体力学是研究流体和物体之间相对运动(物体在流体中运动或者物体不动而流体流过物体)时流体运动的基本规律以及流体与物体之间的作用力。
而空气动力学则是一门研究运动空气的科学。
众所周知,空气动力学是和飞机的发生,发展联系在一起的。
在这个意义上,这门科学还要涉及到飞机的飞行性能,稳定性和操纵性能问题。
事实上,空气动力学研究的对象还不限于飞机。
空气相对物体的运动,可以在物体的外部进行,像空气流过飞机表面,导弹表面和螺旋浆等;也可以在物体的内部进行,像空气在风洞内部和进气道内部的流动。
在这些外部或内部流动中,尽管空气的具体运动和研究运动的目的有所不同,但它们都发生一些共同的流动现象和遵循一些共同的流动规律,例如质量守恒,牛顿第二定律,能量守恒和热力学第一定律,第二定律等。
研究空气动力学的基本任务,不仅是认识这些流动所发生现象的基本实质,要找出这些共同性的基本规律在空气动力学中的表达,并且研究如何应用这些规律能动地解决飞行器的空气动力学问题和与之相关的工程技术问题,并对流动的新情况、新进展加以预测。
1.1.2空气动力学的研究方法空气动力学研究是航空科学技术研究的重要组成部分,是飞行器研究的“先行官”。
其研究方法,如同物理学各个分支的研究方法一样,有实验研究、理论分析和数值计算三种方法。
这些不同的方法不是相互排斥,而是相互补充的。
通过这些方法以寻求最好的飞行器气动布局形式,确定整个飞行范围作用在飞行器的力和力矩,以得到其最终性能,并保证飞行器操纵的稳定性。
实验研究方法在空气动力学中有广泛的应用,其主要手段是依靠风洞、水洞、激波管以及测试设备进行模拟实验或飞行实验。
液压复习参考题注意:以下题目仅供参考,并非考试题目一、填空题1.液压系统中的压力取决于(负载),执行元件的运动速度取决于(流量)。
2.液压传动装置由(动力元件)、(执行元件)、(控制元件)和(辅助元件)四部分组成,其中(动力元件)和(执行元件)为能量转换装置。
3.液体在管道中存在两种流动状态,(层流)时粘性力起主导作用,(紊流)时惯性力起主导作用,液体的流动状态可用(雷诺数)来判断。
4.由于流体具有(粘性),液流在管道中流动需要损耗一部分能量,它由(沿程压力)损失和(局部压力)损失两部分组成。
5.通过固定平行平板缝隙的流量与(压力差)一次方成正比,与(缝隙值)的三次方成正比,这说明液压元件内的(间隙)的大小对其泄漏量的影响非常大。
6.变量泵是指(排量)可以改变的液压泵,常见的变量泵有( 单作用叶片泵)、( 径向柱塞泵)、( 轴向柱塞泵)其中(单作用叶片泵)和(径向柱塞泵)是通过改变转子和定子的偏心距来实现变量,(轴向柱塞泵)是通过改变斜盘倾角来实现变量。
7.液压泵的实际流量比理论流量(小);而液压马达实际流量比理论流量(大)。
8.斜盘式轴向柱塞泵构成吸、压油密闭工作腔的三对运动摩擦副为(柱塞与缸体)、(缸体与配油盘)、(滑履与斜盘)。
9.外啮合齿轮泵位于轮齿逐渐脱开啮合的一侧是(吸油)腔,位于轮齿逐渐进入啮合的一侧是(压油)腔。
10.为了消除齿轮泵的困油现象,通常在两侧盖板上开(卸荷槽),使闭死容积由大变少时与(压油)腔相通,闭死容积由小变大时与(吸油)腔相通。
11.齿轮泵产生泄漏的间隙为(端面)间隙和(径向)间隙,此外还存在(啮合)间隙,其中(端面)泄漏占总泄漏量的80%~85%。
12.双作用叶片泵的定子曲线由两段(大半径圆弧)、两段(小半径圆弧)及四段(过渡曲线)组成,吸、压油窗口位于(过渡曲线)段。
13.调节限压式变量叶片泵的压力调节螺钉,可以改变泵的压力流量特性曲线上(拐点压力)的大小,调节最大流量调节螺钉,可以改变(泵的最大流量)。
14.溢流阀为(进口)压力控制,阀口常(闭),先导阀弹簧腔的泄漏油与阀的出口相通。
定值减压阀为(出口)压力控制,阀口常(开),先导阀弹簧腔的泄漏油必须(单独引回油箱)。
15.调速阀是由(定差减压阀)和节流阀(串联)而成,旁通型调速阀是由(差压式溢流阀)和节流阀(并联)而成。
16.两个液压马达主轴刚性连接在一起组成双速换接回路,两马达串联时,其转速为(高速);两马达并联时,其转速为(低速),而输出转矩(增加)。
串联和并联两种情况下回路的输出功率(相同)。
17.在变量泵—变量马达调速回路中,为了在低速时有较大的输出转矩、在高速时能提供较大功率,往往在低速段,先将(马达排量)调至最大,用(变量泵)调速;在高速段,(泵排量)为最大,用(变量马达)调速。
18.顺序动作回路的功用在于使几个执行元件严格按预定顺序动作,按控制方式不同,分为(压力)控制和(行程)控制。
同步回路的功用是使相同尺寸的执行元件在运动上同步,同步运动分为(速度)同步和(位置)同步两大类。
19.在研究流动液体时,把假设既(无粘性)又(不可压缩)的液体称为理想流体。
20.液体流动时,液体中任意点处的压力、流速和密度都不随时间而变化,称为恒定流动。
21、压力控制阀按其用途不同,可分为溢流阀、减压阀、顺序阀和压力继电器四种基本形式,其符号各是。
22、液压系统利用液体的_压力能来传递动力。
23、在容积调速回路中,定量泵和变量马达式调速回路是恒功率调速回路。
24、在采用液控单向阀的双向锁紧回路中,为了保证执行元件的可靠锁紧,三位四通换向阀应采用H 型中位机能。
25、流量控制阀在系统中依靠改变阀口的通流面积来调节经过阀口的流量,以控制执行元件的运动速度;它分节流阀和调速阀两种,其符号分别是、。
26、调速回路主要有节流调速回路、容积调速回路、容积节流调速回路三种二、选择题1.流量连续性方程是(C )在流体力学中的表达形式,而伯努力方程是(A )在流体力学中的表达形式。
(A)能量守恒定律(B)动量定理(C)质量守恒定律(D)其他2.液体流经薄壁小孔的流量与孔口面积的(A )和小孔前后压力差的(B )成正比。
(A)一次方(B)1/2次方(C)二次方(D)三次方3.流经固定平行平板缝隙的流量与缝隙值的(D )和缝隙前后压力差的(A )成正比。
(A)一次方(B)1/2次方(C)二次方(D)三次方4.双作用叶片泵具有(AC )的结构特点;而单作用叶片泵具有(BD )的结构特点。
(A)作用在转子和定子上的液压径向力平衡(B)所有叶片的顶部和底部所受液压力平衡(C)不考虑叶片厚度,瞬时流量是均匀的(D)改变定子和转子之间的偏心可改变排量5.一水平放置的双伸出杆液压缸,采用三位四通电磁换向阀,要求阀处于中位时,液压泵卸荷,且液压缸浮动,其中位机能应选用(D );要求阀处于中位时,液压泵卸荷,且液压缸闭锁不动,其中位机能应选用(B )。
(A)O型(B)M型(C)Y型(D)H型6.有两个调整压力分别为5MPa和10MPa的溢流阀串联在液压泵的出口,泵的出口压力为(C );并联在液压泵的出口,泵的出口压力又为(A )。
(A)5MPa (B)10MPa (C)15MPa (D)20MPa7.在下面几种调速回路中,(BCD )中的溢流阀是安全阀,(A )中的溢流阀是稳压阀。
(A) 定量泵和调速阀的进油节流调速回路(B) 定量泵和旁通型调速阀的节流调速回路(C) 定量泵和节流阀的旁路节流调速回路(D) 定量泵和变量马达的闭式调速回路8.容积调速回路中,(B )的调速方式为恒转矩调节;(C )的调节为恒功率调节。
(A)变量泵—变量马达(B)变量泵—定量马达(C)定量泵—变量马达9.已知单活塞杠液压缸的活塞直径D为活塞直径d的两倍,差动连接的快进速度等于非差动连接前进速度的( D );差动连接的快进速度等于快退速度的(C )。
(A)1倍(B)2倍(C)3倍(D)4倍10.有两个调整压力分别为5MPa和10MPa的溢流阀串联在液压泵的出口,泵的出口压力为(C );有两个调整压力分别为5MPa和10MPa内控外泄式顺序阀串联在液泵的出口,泵的出口压力为(B )。
(A)5Mpa B)10MPa (C)15MPa11.用同样定量泵,节流阀,溢流阀和液压缸组成下列几种节流调速回路,(B )能够承受负值负载,(C )的速度刚性最差,而回路效率最高。
(A)进油节流调速回(B)回油节流调速回路(C)旁路节流调速回路12.为保证负载变化时,节流阀的前后压力差不变,是通过节流阀的流量基本不变,往往将节流阀与(B )串联组成调速阀,或将节流阀与( D )并联组成旁通型调速阀。
(A)减压阀(B)定差减压阀(C)溢流阀(D)差压式溢流阀13.在定量泵节流调速阀回路中,调速阀可以安放在回路的(ABC ),而旁通型调速回路只能安放在回路的( A )。
(A)进油路(B)回油路(C)旁油路14.液压缸的种类繁多,(BC )可作双作用液压缸,而(A )只能作单作用液压缸。
(A)柱塞缸(B)活塞缸(C)摆动缸15.下列液压马达中,(ABC )为高速马达,( D )为低速马达。
(A)齿轮马达(B)叶片马达(C)轴向柱塞马达(D)径向柱塞马达16.三位四通电液换向阀的液动滑阀为弹簧对中型,其先导电磁换向阀中位必须是(C )机能,而液动滑阀为液压对中型,其先导电磁换向阀中位必须是(D )机能。
(A)H型(B)M型(C)Y型(D)P型17.为保证锁紧迅速、准确,采用了双向液压锁的汽车起重机支腿油路的换向阀应选用(AC )中位机能;要求采用液控单向阀的压力机保压回路,在保压工况液压泵卸载,其换向阀应选用(AB )中位机能。
(A)H型(B)M型(C)Y型(D)D型18.液压泵单位时间内排出油液的体积称为泵的流量。
泵在额定转速和额定压力下的输出流量称为(C );在没有泄漏的情况下,根据泵的几何尺寸计算而得到的流量称为(B ),它等于排量和转速的乘积。
(A)实际流量(B)理论流量(C)额定流量19.在实验中或工业生产中,常把零压差下的流量(即负载为零时泵的流量)视为(B );有些液压泵在工作时,每一瞬间的流量各不相同,但在每转中按同一规律重复变化,这就是泵的流量脉动。
瞬时流量一般指的是瞬时(B )。
(A)实际流量(B)理论流量(C)额定流量20.当限压式变量泵工作压力p>p拐点时,随着负载压力上升,泵的输出流量(B );当恒功率变量泵工作压力p>p拐点时,随着负载压力上升,泵的输出流量(C )。
(A)增加(B)呈线性规律衰减(C)呈双曲线规律衰减(D)基本不变21.在减压回路中,减压阀调定压力为p j,溢流阀调定压力为p y,主油路暂不工作,二次回路的负载压力为p L。
若p y>p j>p L,减压阀进、出口压力关系为( D );若p y>p L>p j,减压阀进、出口压力关系为( A )。
(A)进口压力p1=p y ,出口压力p2=p j(B)进口压力p1=p y ,出口压力p2=p L(C)p1=p2=p j ,减压阀的进口压力、出口压力、调定压力基本相等(D)p1=p2=p L ,减压阀的进口压力、出口压力与负载压力基本相等22.当控制阀的开口一定,阀的进、出口压力差Δp<(3~5)ⅹ105Pa时,随着压力差Δp变小,通过节流阀的流量( B );通过调速阀的流量( B )。
(A)增加(B)减少(C)基本不变(D)无法判断23.当控制阀的开口一定,阀的进、出口压力相等时,通过节流阀的流量为(A);通过调速阀的流量为( A )。
(A)0 (B)某调定值(C)某变值(D)无法判断24.在调速阀旁路节流调速回路中,调速阀的节流开口一定,当负载从F1降到F2时,若考虑泵内泄漏变化因素时液压缸的运动速度v( A );若不考虑泵内泄漏变化的因素时,缸运动速度v可视为( C )。
(A)增加(B)减少(C)不变(D)无法判断25.在定量泵-变量马达的容积调速回路中,如果液压马达所驱动的负载转矩变小,若不考虑泄漏的影响,试判断马达转速( C );泵的输出功率( B )。
(A )增大 (B )减小 (C )基本不变 (D )无法判断三、名词解释1. 层流(粘性力起主导作用,液体质点受粘性的约束,不能随意运动,层次分明的流动状态。
)2. 紊流(惯性力起主导作用,高速流动时液体质点间的粘性不再约束质点,完全紊乱的流动状态。
)3. 沿程压力损失(液体在管中流动时因粘性摩擦而产生的损失。
)4. 局部压力损失(液体流经管道的弯头、接头、突然变化的截面以及阀口等处时,液体流速的大小和方向急剧发生变化,产生漩涡并出现强烈的紊动现象,由此造成的压力损失)5. 液压卡紧现象(当液体流经圆锥环形间隙时,若阀芯在阀体孔内出现偏心,阀芯可能受到一个液压侧向力的作用。