液壓油與液壓流體力學(xué)基礎(chǔ)

1、 液壓傳動是以液體作為工作介質(zhì)進行能量傳遞液壓傳動是以液體作為工作介質(zhì)進行能量傳遞的，因而，了解液體的物理性質(zhì)，掌握液體在靜止的，因而，了解液體的物理性質(zhì)，掌握液體在靜止和運動過程中的基本力學(xué)規(guī)律，對于正確理解液壓和運動過程中的基本力學(xué)規(guī)律，對于正確理解液壓傳動的基本原理，合理設(shè)計和使用液壓系統(tǒng)都非常傳動的基本原理，合理設(shè)計和使用液壓系統(tǒng)都非常必要。必要。 液壓油的物理性質(zhì)液壓油的物理性質(zhì) 液體靜力學(xué)和液體動力學(xué)基礎(chǔ)液體靜力學(xué)和液體動力學(xué)基礎(chǔ) 定常管流的壓力損失定常管流的壓力損失 孔口和縫隙流動特性孔口和縫隙流動特性 空穴現(xiàn)象和液壓沖擊空穴現(xiàn)象和液壓沖擊 了解液體的物理性質(zhì)，靜壓特性、方程、傳

2、遞規(guī)了解液體的物理性質(zhì)，靜壓特性、方程、傳遞規(guī)律，掌握液體在靜止和運動過程中的基本力學(xué)規(guī)律，律，掌握液體在靜止和運動過程中的基本力學(xué)規(guī)律，掌握靜力學(xué)基本方程、壓力表達式和結(jié)論掌握靜力學(xué)基本方程、壓力表達式和結(jié)論； 了解流動液體特性、傳遞規(guī)律，掌握動力學(xué)三大了解流動液體特性、傳遞規(guī)律，掌握動力學(xué)三大方程、流量和結(jié)論；方程、流量和結(jié)論； 掌握薄壁孔流量公式及通用方程、液壓沖擊和空掌握薄壁孔流量公式及通用方程、液壓沖擊和空穴現(xiàn)象的危害及消除。穴現(xiàn)象的危害及消除。 靜壓傳遞方程、流體流態(tài)、液壓沖擊靜壓傳遞方程、流體流態(tài)、液壓沖擊 和空穴現(xiàn)象和空穴現(xiàn)象一一 液體的密度液體的密度二二 液體的可壓縮性液體的

3、可壓縮性三三 液體的粘性液體的粘性一、液體的密度一、液體的密度密度密度單位體積液體的質(zhì)量單位體積液體的質(zhì)量 由于油液的體積隨著溫度的上升而增加，隨著壓力的提由于油液的體積隨著溫度的上升而增加，隨著壓力的提高而減少，故礦物型液壓油的密度隨著溫度的上升而有所減高而減少，故礦物型液壓油的密度隨著溫度的上升而有所減少，隨著壓力的提高而稍有增加，但其變動值很小，可認為少，隨著壓力的提高而稍有增加，但其變動值很小，可認為其為常數(shù)。其為常數(shù)。 常用液壓油的密度約為常用液壓油的密度約為900 kg/m3。二、液體的可壓縮性二、液體的可壓縮性- - 液體受壓力作用而使體積減小的性質(zhì)液體受壓力作用而使體積減小的性

4、質(zhì)1. 1. 液體的體積壓縮系數(shù)液體的體積壓縮系數(shù)： 體積為體積為V的液體，當壓力增大的液體，當壓力增大p時，體積減小時，體積減小V, ,則液體在單位壓力變化下體積的相對變化量為則液體在單位壓力變化下體積的相對變化量為01VVpp,V分析：分析：越大，則液體的可壓縮性越大，液體越容易壓縮。越大，則液體的可壓縮性越大，液體越容易壓縮。為保證為保證為正值，式中須加負號為正值，式中須加負號2.2.液體的體積模量液體的體積模量K：液體壓縮系數(shù)的倒數(shù)液體壓縮系數(shù)的倒數(shù)VpVK01表示單位體積相對變化量所需要的表示單位體積相對變化量所需要的壓力增量，也即液體抵抗壓縮能力壓力增量，也即液體抵抗壓縮能力的大小

5、。的大小。 量化概念量化概念： 碳鋼的彈性模量為：碳鋼的彈性模量為：E=(2.02.1)1011 N/m2。 油的彈性模量為：油的彈性模量為：K=(1.42.0)109 N/m2 。 可見：油的可壓縮性是鋼的可見：油的可壓縮性是鋼的100100150150倍。或說鋼比油難倍?；蛘f鋼比油難100100150150倍壓縮。倍壓縮。二、液體的可壓縮性二、液體的可壓縮性 - - 液體的可壓縮性很小液體的可壓縮性很小，K = （1.42）109 N/m2。 - - 在一般情況下當液壓系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)下工作時可以不考慮可壓縮的影響。在一般情況下當液壓系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)下工作時可以不考慮可壓縮的影響。 但在高壓下或受壓體

6、積較大以及對液壓系統(tǒng)進行動態(tài)分析時，就需要但在高壓下或受壓體積較大以及對液壓系統(tǒng)進行動態(tài)分析時，就需要 考慮液體可壓縮性的影響。考慮液體可壓縮性的影響。三、液體的粘性三、液體的粘性1. 粘性的定義粘性的定義- - 液體在外力作用流動（或有流動趨勢）時，分液體在外力作用流動（或有流動趨勢）時，分 子間的內(nèi)聚力要阻止分子間的相對運動而產(chǎn)生子間的內(nèi)聚力要阻止分子間的相對運動而產(chǎn)生 的一種內(nèi)摩擦力，這種現(xiàn)象叫做液體的粘性。的一種內(nèi)摩擦力，這種現(xiàn)象叫做液體的粘性。 液體只有在流動（或有流動趨勢）時才會呈現(xiàn)液體只有在流動（或有流動趨勢）時才會呈現(xiàn) 出粘性，靜止液體是不呈現(xiàn)粘性的。出粘性，靜止液體是不呈現(xiàn)粘

7、性的。 粘性是造成液體流動時能量損失的主要原因之一粘性是造成液體流動時能量損失的主要原因之一l粘性實驗：粘性實驗：見右圖見右圖- - 實驗結(jié)果實驗結(jié)果 FfA液層接觸面積液層接觸面積Ffdu/dy 液層間的速度梯度液層間的速度梯度三、液體的粘性三、液體的粘性f內(nèi)摩察力內(nèi)摩察力牛頓液體內(nèi)摩擦定律牛頓液體內(nèi)摩擦定律l靜止液體靜止液體du/dy= 0, F = 0靜止液體不呈現(xiàn)粘性靜止液體不呈現(xiàn)粘性三、液體的粘性三、液體的粘性l液層單位面積上的內(nèi)摩察力液層單位面積上的內(nèi)摩察力（內(nèi)摩擦切應(yīng)力）（內(nèi)摩擦切應(yīng)力）2. 粘度粘度- -衡量粘性大小的物理量衡量粘性大小的物理量（即反映內(nèi)摩擦力大小的程度）。（即

8、反映內(nèi)摩擦力大小的程度）。l 動力粘度動力粘度l 運動粘度運動粘度l 相對粘度相對粘度三、液體的粘性三、液體的粘性 1）動力粘度）動力粘度 - - 用牛頓內(nèi)摩擦定律中的粘性系數(shù)用牛頓內(nèi)摩擦定律中的粘性系數(shù)表示的粘度稱為動力粘表示的粘度稱為動力粘 度，又稱絕對粘度。度，又稱絕對粘度。（Pas或或Ns/m2）du/dy=三、液體的粘性三、液體的粘性- - 表征液體粘性的內(nèi)摩擦系數(shù)表征液體粘性的內(nèi)摩擦系數(shù)物理意義：物理意義： - - 指液體在單位速度梯度下流動時指液體在單位速度梯度下流動時, ,單位面積上產(chǎn)生單位面積上產(chǎn)生 的內(nèi)摩擦力的大小的內(nèi)摩擦力的大小。動力粘度動力粘度與液體密度與液體密度之比值

9、稱為運動粘度，即：之比值稱為運動粘度，即：2）運動粘度）運動粘度 v v =/（m2/S）- - 沒有明確的物理意義，但工程實際中常用于液壓油沒有明確的物理意義，但工程實際中常用于液壓油 牌號標注牌號標注- - 新新3232號液壓油號液壓油: :指指4040o oC C時運動粘度的平為時運動粘度的平為3232mm2/s三、液體的粘性三、液體的粘性3）相對粘度（條件粘度）相對粘度（條件粘度）- - 在規(guī)定的條件下測定的液體粘度在規(guī)定的條件下測定的液體粘度- - 我國采用恩氏粘度我國采用恩氏粘度oE三、液體的粘性三、液體的粘性測定方法測定方法：ToC的的200ml被測液體裝入底部被測液體裝入底部有

10、有2.8mm小孔的容器，流完小孔的容器，流完所用所用時間時間t1，同體積，同體積20oC蒸餾水流完蒸餾水流完所用時間所用時間t2；恩氏粘度恩氏粘度：oE=t1/t2恩氏粘度與運動粘度的換算關(guān)系為：恩氏粘度與運動粘度的換算關(guān)系為：61031. 631. 7EEmm2/s3. 粘度與壓力的關(guān)系粘度與壓力的關(guān)系 p，內(nèi)摩擦力，內(nèi)摩擦力F，粘度，粘度隨隨p而而，壓力較小時忽略，壓力較小時忽略，32Mpa以上才考慮。以上才考慮。4. 粘度與溫度的關(guān)系粘度與溫度的關(guān)系- - 液壓油的粘度對溫度變化十分敏感。液壓油的粘度對溫度變化十分敏感。 溫度溫度 ，粘度顯著，粘度顯著。- - 在液壓中，希望工作液體的粘

11、度隨溫度變化越小越好。在液壓中，希望工作液體的粘度隨溫度變化越小越好。粘度隨溫度變化特性，可以用粘度溫度特性曲線表示。粘度隨溫度變化特性，可以用粘度溫度特性曲線表示。三、液體的粘性三、液體的粘性t0（1-t）粘度粘度溫度特性曲線溫度特性曲線1. 對液壓油的性能要求對液壓油的性能要求 1 1）合適的粘度，良好的粘溫特性；）合適的粘度，良好的粘溫特性； 2 2）良好的潤滑性能；）良好的潤滑性能； 3 3）良好的化學(xué)溫度性，不易氧化；）良好的化學(xué)溫度性，不易氧化； 4 4）質(zhì)地純凈，雜質(zhì)少；）質(zhì)地純凈，雜質(zhì)少； 5 5）高溫閃點高（防火），低溫凝點低。）高溫閃點高（防火），低溫凝點低。四、四、液壓油

12、的類型與選用液壓油的類型與選用2. 液壓油的類型液壓油的類型 液壓系統(tǒng)通常采用礦物油，常用的有：液壓系統(tǒng)通常采用礦物油，常用的有：l 普通液壓油普通液壓油l 抗磨液壓油抗磨液壓油l 低溫液壓油低溫液壓油l 高粘度液壓油高粘度液壓油l 四、四、液壓油的類型與選用液壓油的類型與選用3. 液壓油的選用液壓油的選用 四、四、液壓油的類型與選用液壓油的類型與選用l 首先選擇品種，然后選擇粘度。首先選擇品種，然后選擇粘度。l 選擇時應(yīng)考慮如下因素：選擇時應(yīng)考慮如下因素： （1 1）液壓泵的類型）液壓泵的類型 （表（表2-1 P92-1 P9） （2 2）液壓系統(tǒng)的工作壓力：）液壓系統(tǒng)的工作壓力：p，m m

13、 （3 3）運動速度）運動速度: : v，m m （4 4）環(huán)境溫度：）環(huán)境溫度：T，m m （5 5）綜合經(jīng)濟性）綜合經(jīng)濟性 l 液壓油受污染液壓油受污染 - - 指油液中含有水分、空氣、微小固體顆粒和指油液中含有水分、空氣、微小固體顆粒和 膠狀生產(chǎn)物膠狀生產(chǎn)物 1. 污染的危害污染的危害 1 1）膠狀生產(chǎn)物）膠狀生產(chǎn)物 堵塞過濾器、閥小孔或縫隙堵塞過濾器、閥小孔或縫隙 2 2）微小固體顆粒）微小固體顆粒 加速零件磨損加速零件磨損 3 3）水分、空氣）水分、空氣 油氧化、氣蝕、降低潤滑能力油氧化、氣蝕、降低潤滑能力五、五、液壓油的污染及其控制液壓油的污染及其控制液壓系統(tǒng)液壓系統(tǒng)80%的故障是

14、由液壓污染造成。的故障是由液壓污染造成。2. 污染的原因污染的原因 1 1）殘留物污染）殘留物污染 - - 元件在制造、儲存、運元件在制造、儲存、運 輸、安裝、維修中殘留輸、安裝、維修中殘留 2 2）侵入物污染）侵入物污染 - - 使用時周圍環(huán)境中污染物使用時周圍環(huán)境中污染物 （空氣、水等）侵入（空氣、水等）侵入 3 3）生成物污染）生成物污染 - - 系統(tǒng)工作過程中產(chǎn)生系統(tǒng)工作過程中產(chǎn)生由液壓缸活塞桿由液壓缸活塞桿密封處侵入密封處侵入由進氣由進氣口侵入口侵入由加油由加油過濾裝過濾裝置侵入置侵入內(nèi)部原有污染物內(nèi)部原有污染物外界侵入污染物外界侵入污染物泵碾壓原有的泵碾壓原有的污染物產(chǎn)生更污染物產(chǎn)

15、生更多的污染多的污染3. 污染的控制污染的控制l 力求減少殘留物污染和外來污染力求減少殘留物污染和外來污染 - - 清洗、防塵、過濾清洗、防塵、過濾l 濾除濾除系統(tǒng)產(chǎn)生雜質(zhì)系統(tǒng)產(chǎn)生雜質(zhì)l 定期定期換油換油，清洗油箱清洗油箱五、五、液壓油的污染及其控制液壓油的污染及其控制工作油液工作油液視頻視頻l 流體力學(xué)流體力學(xué) 是研究液體平衡和運動力學(xué)規(guī)律的一門學(xué)科是研究液體平衡和運動力學(xué)規(guī)律的一門學(xué)科l 內(nèi)容包括內(nèi)容包括 液體靜力學(xué)液體靜力學(xué) 液體動力學(xué)液體動力學(xué) 管道中液流的特性管道中液流的特性 孔口流動及縫隙流動的壓力流量特性孔口流動及縫隙流動的壓力流量特性 液壓沖擊和空穴現(xiàn)象液壓沖擊和空穴現(xiàn)象液壓流

16、體力學(xué)液壓流體力學(xué)第二節(jié)第二節(jié) 液體靜力學(xué)液體靜力學(xué)l 液體靜力學(xué)液體靜力學(xué) 主要是研究液體處于主要是研究液體處于靜止狀態(tài)靜止狀態(tài)下的力學(xué)規(guī)律和這下的力學(xué)規(guī)律和這 些規(guī)律的應(yīng)用些規(guī)律的應(yīng)用l 內(nèi)容包括內(nèi)容包括 液體靜壓力及其特性液體靜壓力及其特性 液體靜壓力基本方程液體靜壓力基本方程 帕斯卡原理帕斯卡原理 （壓力傳遞）（壓力傳遞） 靜壓力對固體壁面的作用力靜壓力對固體壁面的作用力l 作用在液體上的力：作用在液體上的力： 質(zhì)量力質(zhì)量力 作用于液體的所有質(zhì)點，如重力、作用于液體的所有質(zhì)點，如重力、 慣性力；慣性力； 表面力表面力 作用于液體的表面，如法向力、切作用于液體的表面，如法向力、切 向力；

17、向力；l 作用在靜止液體上的表面力：作用在靜止液體上的表面力：- - 當液體靜止時，液體質(zhì)點間沒有相對運動，不當液體靜止時，液體質(zhì)點間沒有相對運動，不 存在摩擦力，所以靜止液體的表面力只有法向存在摩擦力，所以靜止液體的表面力只有法向 力力( (壓力壓力) )一、液體的靜壓力及特性一、液體的靜壓力及特性1、壓力的定義：、壓力的定義：一、液體的靜壓力及特性一、液體的靜壓力及特性AFpA0lim - - 液體面積液體面積A A上所受作用力上所受作用力F F為均為均 勻分布時，靜壓力可表示為勻分布時，靜壓力可表示為：p = F / A- - 靜止液體在單位面積上所受的法靜止液體在單位面積上所受的法 向

18、力。物理學(xué)中稱壓強，液壓傳向力。物理學(xué)中稱壓強，液壓傳 動中習(xí)慣稱壓力。即動中習(xí)慣稱壓力。即：2、液體靜壓力的特性：、液體靜壓力的特性：一、液體的靜壓力及特性一、液體的靜壓力及特性（1 1）沿內(nèi)法線垂直作用于承壓面）沿內(nèi)法線垂直作用于承壓面 液體在靜止狀態(tài)下不呈現(xiàn)粘性液體在靜止狀態(tài)下不呈現(xiàn)粘性 內(nèi)部不存在切向剪應(yīng)力而只有法向內(nèi)部不存在切向剪應(yīng)力而只有法向 應(yīng)力應(yīng)力（2 2）各向壓力相等）各向壓力相等 有一向壓力不等，液體就會流動有一向壓力不等，液體就會流動 各向壓力必須相等各向壓力必須相等l 靜力學(xué)基本方程式靜力學(xué)基本方程式二、液體靜壓力基本方程二、液體靜壓力基本方程l 壓力由兩部分組成壓力由

19、兩部分組成 - - 液面壓力液面壓力p0 - - 自重形成的壓力自重形成的壓力gh 重力作用下的靜止液體重力作用下的靜止液體hp0phAp0Ap(hA)g平衡：平衡：pA= p0A +ghAp = p0 +ghl 重力作用下靜止液體壓力分重力作用下靜止液體壓力分 布特征布特征 - - 液體內(nèi)的壓力隨深度呈直液體內(nèi)的壓力隨深度呈直 線變化規(guī)律線變化規(guī)律 - - 離液面深度相同各點組成離液面深度相同各點組成 等壓面，為水平面等壓面，為水平面l絕對壓力絕對壓力 絕絕對真空壓為基準所測對真空壓為基準所測l相對壓力相對壓力以大氣壓力為基準所測以大氣壓力為基準所測（表壓力表壓力）l真空度真空度 - - 絕

20、對壓力小于大氣壓的那絕對壓力小于大氣壓的那 部分壓力數(shù)值。部分壓力數(shù)值。 真空度真空度 = = 大氣壓力大氣壓力- -絕對壓力絕對壓力單位：單位：Pa、MPa、bar三、壓力的表示方法和單位三、壓力的表示方法和單位絕對壓力絕對壓力 = = 大氣壓力大氣壓力 + + 相對壓力相對壓力- - 在密閉容器內(nèi)，施加于靜止液體在密閉容器內(nèi)，施加于靜止液體 的壓力將以等值傳遞到液體內(nèi)各的壓力將以等值傳遞到液體內(nèi)各 點。點。 （若忽略深度的影響，則可認為液（若忽略深度的影響，則可認為液 體內(nèi)部各點的壓力是相等的）體內(nèi)部各點的壓力是相等的）四、靜止液體壓力的傳遞四、靜止液體壓力的傳遞l 帕斯卡原理帕斯卡原理根

21、據(jù)帕斯卡原理根據(jù)帕斯卡原理： p = F/A結(jié)論結(jié)論：液壓系統(tǒng)的壓力取決于負載，并且隨著液壓系統(tǒng)的壓力取決于負載，并且隨著 負載的變化而變化。負載的變化而變化。 p = p0 +gh壓力和流量壓力和流量視頻視頻垂垂直直液液壓壓缸缸水平液壓缸水平液壓缸 密閉容器密閉容器，由帕斯卡定律得由帕斯卡定律得：p1=p2 討論討論： - - 當當F20時時, F2 F1液壓的放大作用液壓的放大作用- - 當當F2 =0時，時，p1=p2=0帕斯卡原理的應(yīng)用帕斯卡原理的應(yīng)用說明說明：液壓系統(tǒng)的壓力取決于負載液壓系統(tǒng)的壓力取決于負載，并且隨著并且隨著 負載的變化而變化負載的變化而變化。 1212FFAA221

22、211()AFFAAA得：力和位移傳遞力和位移傳遞視頻視頻1、當固體壁面為平面時、當固體壁面為平面時l F = pAl 方向垂直于該平面方向垂直于該平面l 液體壓力在曲面某方向上液體壓力在曲面某方向上 的作用力的作用力五、靜壓力對固體壁面的作用力五、靜壓力對固體壁面的作用力2、當固體壁面為曲面時、當固體壁面為曲面時Fx = pAxl Ax為曲面在該方向的投影為曲面在該方向的投影 面積面積例：液壓缸上作用力例：液壓缸上作用力第三節(jié)第三節(jié) 液體動力學(xué)基液體動力學(xué)基礎(chǔ)礎(chǔ) - - 主要是研究液體流動時流速和壓力的變化規(guī)主要是研究液體流動時流速和壓力的變化規(guī)律律l 主要內(nèi)容主要內(nèi)容 基本概念基本概念 流

23、量流量連續(xù)性連續(xù)性方程方程 （質(zhì)量守恒）（質(zhì)量守恒） 伯努利伯努利方程方程 （能量守恒）（能量守恒） 動量動量方程方程 （動量守恒）（動量守恒）- - 液體中任一點處的壓力、速度和密度都不隨時間而液體中任一點處的壓力、速度和密度都不隨時間而 變化的流動。變化的流動。 - - 反之，只要壓力、速度、密度中有一個參數(shù)隨時間反之，只要壓力、速度、密度中有一個參數(shù)隨時間 而變化，就稱為非恒定流動（時變流動）而變化，就稱為非恒定流動（時變流動）一、基本概念一、基本概念l 理想液體理想液體- - 既無粘性又不可壓縮的假想液體既無粘性又不可壓縮的假想液體l 恒定流動恒定流動l 一維流動一維流動- - 液體整

24、個地作線形流動液體整個地作線形流動1、理想液體、恒定流動和一維流動、理想液體、恒定流動和一維流動恒定流動和非恒定流動恒定流動和非恒定流動2、流線、流管、流束、流線、流管、流束l 流線流線- - 某某一瞬時液流中一瞬時液流中一條條標志其一條條標志其各各 處質(zhì)點運動狀態(tài)的曲線處質(zhì)點運動狀態(tài)的曲線l 流管流管- - 流管內(nèi)所有各點流線的集合流管內(nèi)所有各點流線的集合l 流束流束- - 在流場內(nèi)作任一條封閉曲線，沿在流場內(nèi)作任一條封閉曲線，沿 經(jīng)過此封閉曲線上的每一點作流經(jīng)過此封閉曲線上的每一點作流 線，由這些流線組合的表面稱為線，由這些流線組合的表面稱為 流管。流管。l 通流截面通流截面- - 垂直于

25、流束的截面垂直于流束的截面Auqdd 3、流量和平均流速、流量和平均流速l 流量流量 q- - 單位時間內(nèi)流過某一通流截面的液體體積單位時間內(nèi)流過某一通流截面的液體體積, ,單位單位為為m3 3/ /sAAuqdl 平均流速平均流速/vq A- - 通流截面上各點均勻分布的假想流速通流截面上各點均勻分布的假想流速dAqu AvA4、液體流動狀態(tài)、液體流動狀態(tài)l 人們對液體流動狀態(tài)的認識人們對液體流動狀態(tài)的認識- - 液體分層液體分層流動流動，層與層之間互不干擾，層與層之間互不干擾- - 粘性力起主導(dǎo)作用粘性力起主導(dǎo)作用 l 層流層流l 湍流（紊流）湍流（紊流）- - 液體流動不分層，做混雜紊亂

26、流動液體流動不分層，做混雜紊亂流動- - 慣性力起主導(dǎo)作用慣性力起主導(dǎo)作用雷諾實驗雷諾實驗 Reynolds Experiment (1882)雷諾實驗裝置雷諾實驗裝置層流層流變流變流湍流湍流雷諾實驗雷諾實驗動畫動畫流態(tài)的特點流態(tài)的特點l 層流和湍流是兩種不同性質(zhì)的流態(tài)層流和湍流是兩種不同性質(zhì)的流態(tài)- - 流速低流速低, , 質(zhì)點受粘性作用質(zhì)點受粘性作用, ,不能隨意運動不能隨意運動, ,粘性力起主導(dǎo)粘性力起主導(dǎo) 作用，能量損耗以摩擦為主作用，能量損耗以摩擦為主, , 能量損失相對較小。能量損失相對較小。l 層流層流: l 湍流湍流- - 流速高，粘性作用減弱，慣性力起主導(dǎo)作用，能量主要流速高

27、，粘性作用減弱，慣性力起主導(dǎo)作用，能量主要 損耗在動能上，使流體產(chǎn)生混合，產(chǎn)生旋渦、造成氣損耗在動能上，使流體產(chǎn)生混合，產(chǎn)生旋渦、造成氣 穴，撞擊管殼，引起振動，形成液體噪聲等。湍流時的穴，撞擊管殼，引起振動，形成液體噪聲等。湍流時的 能量損失較大。能量損失較大。究竟是層流還是湍流，要用雷諾數(shù)來判定。究竟是層流還是湍流，要用雷諾數(shù)來判定。雷諾數(shù)雷諾數(shù)- - 判斷液體流態(tài)的參數(shù)判斷液體流態(tài)的參數(shù)- - 液體在圓管中的流態(tài)與平均速度液體在圓管中的流態(tài)與平均速度v，管道內(nèi)徑，管道內(nèi)徑d，液體，液體 的運動粘度的運動粘度有關(guān)。有關(guān)。l 雷諾實驗結(jié)論：雷諾實驗結(jié)論：vd Rel 雷諾數(shù)雷諾數(shù)Re- -

28、無量綱數(shù)無量綱數(shù)- - 如果液流的如果液流的R Re e相同，它的流動狀態(tài)就相同相同，它的流動狀態(tài)就相同l 雷諾數(shù)雷諾數(shù)物理意義物理意義- - Re e是液流的慣性力對粘性力的無因次比是液流的慣性力對粘性力的無因次比- - Re e較小時粘性力起主要作用，較小時粘性力起主要作用， Re較大時慣性力起主較大時慣性力起主 要作用要作用- - 流動狀態(tài)的判斷流動狀態(tài)的判斷l(xiāng) 臨界雷諾數(shù)臨界雷諾數(shù) Crtical Reynolds Number Recr- - 液流由湍流轉(zhuǎn)變?yōu)閷恿鲿r的雷諾數(shù)液流由湍流轉(zhuǎn)變?yōu)閷恿鲿r的雷諾數(shù)l 流動狀態(tài)的判斷流動狀態(tài)的判斷- - 當當實際實際Re Recr時時，為湍流為湍

29、流表表2-4 2-4 常見液流管道的臨界雷諾數(shù)常見液流管道的臨界雷諾數(shù)流體流態(tài)流體流態(tài)視頻視頻二、連續(xù)性方程二、連續(xù)性方程l 質(zhì)量守恒定律在流體力學(xué)中的表現(xiàn)形式質(zhì)量守恒定律在流體力學(xué)中的表現(xiàn)形式- - 理想液體在管道中恒定流動時，根據(jù)質(zhì)量守恒理想液體在管道中恒定流動時，根據(jù)質(zhì)量守恒 定律，液體在管道內(nèi)既不能增多，也不能減定律，液體在管道內(nèi)既不能增多，也不能減 少，因此單位時間內(nèi)流入液體的質(zhì)量應(yīng)恒等于少，因此單位時間內(nèi)流入液體的質(zhì)量應(yīng)恒等于 流出液體的質(zhì)量。流出液體的質(zhì)量。l 連續(xù)性原理連續(xù)性原理:二、連續(xù)性方程二、連續(xù)性方程- - 單位時間內(nèi)流過兩流斷面液體質(zhì)量相等單位時間內(nèi)流過兩流斷面液體質(zhì)

30、量相等 m1 = m2，有：有：- - 恒定流動恒定流動- - 通流截面通流截面1 1，2 2 l 研究模型研究模型l 分析分析222111AvAvl 連續(xù)性方程連續(xù)性方程 （忽略液體的可壓縮性，（忽略液體的可壓縮性，1= 2 ）常數(shù)即vAqAvAv,2211l 物理意義物理意義- - 恒定流動時通過流管任一截面的流量不變恒定流動時通過流管任一截面的流量不變- - 流速與通流截面的面積成反比流速與通流截面的面積成反比三、伯努利方程三、伯努利方程l 能量守恒定律在流體力學(xué)中的表達形式能量守恒定律在流體力學(xué)中的表達形式l 理想流體的伯努利方程理想流體的伯努利方程l 實際流體的伯努利方程實際流體的伯

31、努利方程l 能量守恒定律能量守恒定律- - 理想液體在管道中穩(wěn)定流動時，根據(jù)能量守理想液體在管道中穩(wěn)定流動時，根據(jù)能量守 恒定律，同一管道內(nèi)任一截面上的總能量應(yīng)恒定律，同一管道內(nèi)任一截面上的總能量應(yīng) 該相等。該相等。 或：外力對物體所做的功應(yīng)該等于該物體機或：外力對物體所做的功應(yīng)該等于該物體機 械能的變化量。械能的變化量。三、伯努利方程三、伯努利方程1. 理想液體的伯努利方程理想液體的伯努利方程abab理想液體的伯努利方程推導(dǎo)理想液體的伯努利方程推導(dǎo)l 分析分析- - 外力對液體所做的功外力對液體所做的功tqpptuAptuApW)(21222111- - 液體機械能變化液體機械能變化（aa段

32、段與與bb段段比較）比較）位能差位能差Ep = gq t (h2 - - h1) 動能差動能差Ek= q t (u22 - - u12)/2 l 能量守恒能量守恒 W = Ep + Ek22122121()()/ 2ppg hhuu22122121()()()/ 2ppq tgq t hhq t uu 理想液體的伯努利方程理想液體的伯努利方程l 伯努利方程物理意義伯努利方程物理意義- - 在管內(nèi)作恒定流動的理想液體有三種形式的在管內(nèi)作恒定流動的理想液體有三種形式的 能量：壓力能、動能和位能能量：壓力能、動能和位能- - 在流動過程中，三種能量之間可以互相轉(zhuǎn)化在流動過程中，三種能量之間可以互相轉(zhuǎn)

33、化- - 但其總和不變，即能量守恒但其總和不變，即能量守恒 22112212=22pupuh gh g或常數(shù)221112221122pghupghu2. 實際液體的伯努利方程實際液體的伯努利方程l 實際液體應(yīng)考慮因素實際液體應(yīng)考慮因素l 實際液體的伯努利方程實際液體的伯努利方程2211 12221222wpvpvh gh gh g22111 122221122pghvpghvp或或伯努利方程應(yīng)用實例伯努利方程應(yīng)用實例h11p122p2側(cè)壁孔流出速度解：伯努利方程解：伯努利方程例：已知例：已知p1 1和和p2 2、h，以小孔中心，以小孔中心線為基準，線為基準， =1=1，不考慮能量損，不考慮能量

34、損失，失，求側(cè)壁孔口流出速度？求側(cè)壁孔口流出速度？2211122211pghvpghv22其中v1=0,以2為基準，則h2=0,h1=h,21221pghpv21222( ppgh)v可得：可得：l 動量定理在流體力學(xué)中的具體應(yīng)用動量定理在流體力學(xué)中的具體應(yīng)用- - 作用在物體上的外力矢量總和等于單位時間內(nèi)作用在物體上的外力矢量總和等于單位時間內(nèi) 的動量變化量（變化率）的動量變化量（變化率）四、動量方程四、動量方程l 用于求解流動液體對固體壁面上的作用力用于求解流動液體對固體壁面上的作用力l 動量定理：動量定理：dtvmdF)(四、動量方程四、動量方程l 恒定流動液體的動量方程恒定流動液體的動

35、量方程四、動量方程四、動量方程l 液流在液流在x指定方向的動量方程指定方向的動量方程動量方程實例動量方程實例)(2211xxxxvvqFF)cos(90cos2211vvqcos22vq結(jié)論：對于滑閥，作用在滑閥閥芯上的穩(wěn)態(tài)液動結(jié)論：對于滑閥，作用在滑閥閥芯上的穩(wěn)態(tài)液動 力的方向總是趨于關(guān)閉閥門力的方向總是趨于關(guān)閉閥門Fx正值，與正值，與v2在軸線投影方向相反在軸線投影方向相反- - 流體流動時，由于管道截面突然變化，因流速或流流體流動時，由于管道截面突然變化，因流速或流向的急劇變化引起的壓力損失向的急劇變化引起的壓力損失第四節(jié)第四節(jié)液體流動的壓力損失液體流動的壓力損失l 液體流動中能量損失液

36、體流動中能量損失l 局部壓力損失：局部壓力損失：l 壓力損失包括壓力損失包括一、層流時的沿程壓力損失一、層流時的沿程壓力損失02)(221rlrpp受力平衡有受力平衡有由牛頓內(nèi)摩擦定律（由牛頓內(nèi)摩擦定律（P8 2-6P8 2-6）可知）可知 ruddm（式中負號表示（式中負號表示 r 增加，增加，u 減?。p?。?12ppp 將 及代入上式，得22ddup rrlrm 1. 通流截面流速分布規(guī)律通流截面流速分布規(guī)律2 ddpur rlm 得2 ddpur rlm 由224dppur rrCllmm 積分得代入邊界條件代入邊界條件r = R 時，時，u=0，得，得 24pCRlm22()4puR

37、rlm所以1. 層流通流截面流速分布規(guī)律層流通流截面流速分布規(guī)律上式說明：上式說明： 圓管內(nèi)流速沿半徑方向按拋物線規(guī)律分布圓管內(nèi)流速沿半徑方向按拋物線規(guī)律分布。 最大速度發(fā)生在軸線上，最大速度發(fā)生在軸線上， 既當既當r=0時時，22max416pRpduullmm 最小速度發(fā)生在管壁上，最小速度發(fā)生在管壁上， 即：當即：當r=R時，時，0minuu2. 通過管道的流量通過管道的流量一、層流時的沿程壓力損失一、層流時的沿程壓力損失 在右圖中取微小圓環(huán)面積，則在右圖中取微小圓環(huán)面積，則2dddqu Aru r所以積分得所以積分得22()4=2dpRrr rlm220()4q=2dRpRrr rlm

38、448128=Rdppllmm上式說明：上式說明： - - 圓管層流時，流量與管徑的四次方成正比，壓圓管層流時，流量與管徑的四次方成正比，壓 差（壓力損失）與管徑的四次方成反比。差（壓力損失）與管徑的四次方成反比。 3. 管道內(nèi)的平均流速管道內(nèi)的平均流速一、層流時的沿程壓力損失一、層流時的沿程壓力損失 根據(jù)平均流速的定義，得根據(jù)平均流速的定義，得4211284=qdvpdAlm232=dplm 與與umax值比較，平均流速值比較，平均流速v為最大流速為最大流速umax的的1/24. 沿程壓力損失沿程壓力損失一、層流時的沿程壓力損失一、層流時的沿程壓力損失232=dvplm由上式， 得232 l

39、vppdm 適當變化上式，可改寫為：適當變化上式，可改寫為：2642lvpdv dm264e2lvRd22lvd- - 沿程阻力系數(shù)，沿程阻力系數(shù)， 64eR（理論值）（理論值） l 湍流時的沿程壓力損失公式與層流相同湍流時的沿程壓力損失公式與層流相同二、湍流時的沿程壓力損失二、湍流時的沿程壓力損失- - 除了與雷諾數(shù)除了與雷諾數(shù)Re有關(guān)有關(guān) 外，還與管道的粗糙度外，還與管道的粗糙度 有關(guān)有關(guān)22lvpd l 局部壓力損失局部壓力損失三、局部壓力損失三、局部壓力損失l 局部壓力損失計算局部壓力損失計算22vp - - 局部阻力系數(shù)，具體數(shù)值可查局部阻力系數(shù)，具體數(shù)值可查 有關(guān)手冊有關(guān)手冊 l

40、閥類元件局部壓力損失閥類元件局部壓力損失()Vnnqppq - - 液流流過各種閥，可由閥在額定流量液流流過各種閥，可由閥在額定流量qn下的下的 壓力損失壓力損失pn來換算來換算三、局部壓力損失三、局部壓力損失l p的危害的危害ppp 四、管路系統(tǒng)總壓力損失四、管路系統(tǒng)總壓力損失2222lvvdl 影響影響p的因素的因素應(yīng)用舉例應(yīng)用舉例l 求求: (1): (1)進油路的壓力損失進油路的壓力損失 （2 2）泵的供油壓力）泵的供油壓力p p1 1應(yīng)用舉例應(yīng)用舉例l 例（續(xù)）：求例（續(xù)）：求p1- - 薄壁孔薄壁孔 l/d 0.5- - 厚壁孔厚壁孔 0.5 4第五節(jié)第五節(jié)液體流經(jīng)小孔的流量液體流

41、經(jīng)小孔的流量一、液流經(jīng)過小孔的流量壓力特性一、液流經(jīng)過小孔的流量壓力特性l 液流經(jīng)過孔口的流量公式是研究節(jié)流調(diào)速液流經(jīng)過孔口的流量公式是研究節(jié)流調(diào)速 的理論基礎(chǔ)的理論基礎(chǔ)l 小孔小孔1 11 12 22 2D Dd dld d2 2p p2 2p p1 1一、液流經(jīng)過小孔的流量壓力特性一、液流經(jīng)過小孔的流量壓力特性1. 薄壁小孔薄壁小孔小孔收縮動畫薄壁小孔流量公式薄壁小孔流量公式l 則則22111 122221122pghvpghvp1212112,=1hhvvv其中忽略 ，22=2vp局部壓力損失薄壁小孔流量公式薄壁小孔流量公式l 薄壁小孔流量薄壁小孔流量一、液流經(jīng)過小孔的流量壓力特性一、液

42、流經(jīng)過小孔的流量壓力特性2. 厚壁孔和細長孔厚壁孔和細長孔一、液流經(jīng)過小孔的流量壓力特性一、液流經(jīng)過小孔的流量壓力特性3. 小孔流動時流量壓力統(tǒng)一公式小孔流動時流量壓力統(tǒng)一公式第六節(jié)、液體流過縫隙流量壓力特性第六節(jié)、液體流過縫隙流量壓力特性- - 平板縫隙平板縫隙- - 圓環(huán)環(huán)形縫隙圓環(huán)環(huán)形縫隙l 同心同心l 偏心偏心l 液流經(jīng)過縫隙的流量公式是分析計算液壓液流經(jīng)過縫隙的流量公式是分析計算液壓 元件的泄漏的理論依據(jù)元件的泄漏的理論依據(jù)l 縫隙縫隙縫隙流量縫隙流量1、液體流過平行平板縫隙的流量、液體流過平行平板縫隙的流量（推導(dǎo)見書（推導(dǎo)見書P27P27）1、液體流過平行平板縫隙的流量、液體流過平行平板縫隙的流量2、液體流過環(huán)形縫隙的流量、液體流過環(huán)形縫隙的流量第八節(jié)第八節(jié) 液壓沖擊和空穴現(xiàn)象液壓沖擊和空穴現(xiàn)象u 液壓沖擊和空穴現(xiàn)象給液壓系統(tǒng)帶來液壓沖擊和空穴現(xiàn)象給液壓系統(tǒng)帶來 不利影響，必加以防治。不利影響，必加以防治。第七節(jié)第七節(jié) 液壓卡緊現(xiàn)象液壓卡緊現(xiàn)象 略略一、液壓沖擊一、液壓沖擊 液壓沖擊：液壓沖擊：- - 液壓系統(tǒng)中，由于某種原因（如速度突然變液壓系統(tǒng)中，由于某種原因（如速度突然變 小），?。?引起系統(tǒng)壓力在某一瞬間突然急劇上引起系統(tǒng)壓力在某一瞬間突然急劇上 升，形成很高壓力峰值的現(xiàn)象。升，形成很