液體流體力學(xué)基礎(chǔ)

1、教學(xué)要求教學(xué)要求重點(diǎn)難點(diǎn)重點(diǎn)難點(diǎn)本章目錄本章目錄 液壓傳動是以液體作為工作液壓傳動是以液體作為工作介質(zhì)進(jìn)行能量傳遞的，因此，了介質(zhì)進(jìn)行能量傳遞的，因此，了解液體的物理性質(zhì)，掌握液體在解液體的物理性質(zhì)，掌握液體在靜止和運(yùn)動過程中的基本力學(xué)規(guī)靜止和運(yùn)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律，對于正確理解液壓傳動的基本原理，合理設(shè)計(jì)和使用液壓系本原理，合理設(shè)計(jì)和使用液壓系統(tǒng)都非常必要。統(tǒng)都非常必要。教學(xué)要求教學(xué)要求 液壓傳動是以液體作為工作介質(zhì)進(jìn)行能量液壓傳動是以液體作為工作介質(zhì)進(jìn)行能量的傳遞。的傳遞。1、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(yùn)動過程中的基本力學(xué)規(guī)

2、律，掌握靜力學(xué)基本方程、壓力表達(dá)式和結(jié)論 ；2、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；3、了解流量公式、特點(diǎn)、兩種現(xiàn)象產(chǎn)生原因，掌握薄壁孔流量公式及通用方程、兩種現(xiàn)象的危害及消除。重點(diǎn)難點(diǎn)重點(diǎn)難點(diǎn) 液壓油的粘性和粘度液壓油的粘性和粘度 粘溫特性粘溫特性 靜壓特性靜壓特性 壓力形成壓力形成 靜力學(xué)基本方程靜力學(xué)基本方程 流量與流速的關(guān)系，三大方程的流量與流速的關(guān)系，三大方程的形式及物理意義形式及物理意義本章目錄本章目錄第一節(jié)第一節(jié) 液體的物理性質(zhì)液體的物理性質(zhì)第二節(jié)第二節(jié) 流體靜力學(xué)基礎(chǔ)流體靜力學(xué)基礎(chǔ)第三節(jié)第三節(jié) 流體動力學(xué)基礎(chǔ)流體動力學(xué)基礎(chǔ)第四節(jié)第四節(jié) 液體流動時(shí)的壓力損

3、失液體流動時(shí)的壓力損失第五節(jié)第五節(jié) 液體流經(jīng)小孔和縫隙的流量液體流經(jīng)小孔和縫隙的流量第六節(jié)第六節(jié) 液壓沖擊和空穴現(xiàn)象液壓沖擊和空穴現(xiàn)象第一節(jié)第一節(jié) 液體的物理性質(zhì)液體的物理性質(zhì)流體的密度和重度流體的密度和重度液體的可壓縮性液體的可壓縮性液體的粘性和粘度液體的粘性和粘度液壓油的類型和選用液壓油的類型和選用液壓油的污染和控制液壓油的污染和控制液壓油的要求液壓油的要求主要內(nèi)容：主要內(nèi)容：一、流體的密度和重度一、流體的密度和重度n液體的密度液體的密度VM液壓油的密度為900kg/m3n液體的重度液體的重度VG液壓油的重度為8800N/m3n重度與密度的關(guān)系重度與密度的關(guān)系g二、液體的可壓縮性二、液體的

4、可壓縮性n液體的彈性模量液體的彈性模量K KllplAlAAFVVpK/l液體產(chǎn)生單位體積相對壓縮量所需的壓力增量液體產(chǎn)生單位體積相對壓縮量所需的壓力增量l液壓油彈性模量為液壓油彈性模量為K=(1.42.0)X109Pal等效（常用）彈性模量為等效（常用）彈性模量為K=(0.71.4)X109Pa三、液體的粘性和粘度三、液體的粘性和粘度1. 1.液體的粘性液體的粘性yuAFfdd 液體在外力作用下流動時(shí)，液體在外力作用下流動時(shí)，液體分子間的內(nèi)聚力（內(nèi)摩液體分子間的內(nèi)聚力（內(nèi)摩擦力）阻礙其相對運(yùn)動的性擦力）阻礙其相對運(yùn)動的性質(zhì)。質(zhì)。yudd內(nèi)摩擦力內(nèi)摩擦力內(nèi)摩擦應(yīng)力內(nèi)摩擦應(yīng)力2.2.液體的粘度液

5、體的粘度度量液體粘性大小的物理量度量液體粘性大小的物理量（1 1）動力粘度動力粘度 單位速度梯度上的內(nèi)摩擦力單位速度梯度上的內(nèi)摩擦力; ;是表征液體粘性的內(nèi)摩擦系數(shù)是表征液體粘性的內(nèi)摩擦系數(shù) 。PasPas單位：/dydu=（2 2）運(yùn)動粘度運(yùn)動粘度 動力粘度與密度之比值，沒有動力粘度與密度之比值，沒有明確的物理意義明確的物理意義, ,但是工程實(shí)際但是工程實(shí)際中常用的物理量。中常用的物理量。=cStcSt單位：單位：m m2 2/s/s, ,cStcSt6 610101 1= =s s2 2/ /m m三、液體的粘性和粘度三、液體的粘性和粘度對同一種介質(zhì)，其運(yùn)動粘度新舊牌號對比如下表所示：對同

6、一種介質(zhì)，其運(yùn)動粘度新舊牌號對比如下表所示：新新 N7 N10 N15 N20 N32 N46 N65 N100 N150舊舊 5710152030406080 一般地，同一種介質(zhì)比較大小時(shí)常用運(yùn)動粘度一般地，同一種介質(zhì)比較大小時(shí)常用運(yùn)動粘度,不不是同一種介質(zhì)比較大小時(shí)一般用動力粘度。是同一種介質(zhì)比較大小時(shí)一般用動力粘度。三、液體的粘性和粘度三、液體的粘性和粘度 （3 3）相對粘度相對粘度 雷氏粘度雷氏粘度R英國、歐洲英國、歐洲 賽氏粘度賽氏粘度SSU美國美國 恩氏粘度恩氏粘度 俄國、德國、中國俄國、德國、中國 單位：無量綱t2oE 200ml 200ml 溫度為溫度為T T的被測液體的被測液

7、體, ,流經(jīng)恩氏粘度計(jì)小流經(jīng)恩氏粘度計(jì)小孔（孔（2.8mm2.8mm）所用時(shí)間）所用時(shí)間t t1 1，與同體積與同體積2020的蒸的蒸餾水通過小孔所用時(shí)間餾水通過小孔所用時(shí)間t t2 2之比。之比。t1oE幾點(diǎn)說明幾點(diǎn)說明l 三種粘度之間的關(guān)系三種粘度之間的關(guān)系EEoo31.631.7l 影響粘度的因素影響粘度的因素)003. 01 ()1 (00ptpt（4 4）調(diào)和油的粘度調(diào)和油的粘度新油摻配后組成（和由EbaEbEaEEEEcEbEaE0201021201020100)%)(100)(粘度隨著溫度升高而顯著下降（粘溫特性）粘度隨著溫度升高而顯著下降（粘溫特性）粘度隨壓力升高而變大（粘壓特

8、性）粘度隨壓力升高而變大（粘壓特性）溫度、壓力溫度、壓力四、液壓油的類型與選用四、液壓油的類型與選用1.對液壓油液的要求對液壓油液的要求 粘溫特性好粘溫特性好 有良好的潤滑性有良好的潤滑性 成分要純凈成分要純凈 有良好的化學(xué)穩(wěn)定性有良好的化學(xué)穩(wěn)定性 抗泡沫性和抗乳化性好抗泡沫性和抗乳化性好 材料相容性好材料相容性好 無毒，價(jià)格便宜無毒，價(jià)格便宜2.2.液壓油的類型液壓油的類型石油型液壓油石油型液壓油 合成型液壓油合成型液壓油乳化型液壓油乳化型液壓油3.3.液壓油的選用液壓油的選用合適的類型（油型）合適的類型（油型）適當(dāng)?shù)恼扯龋ㄓ吞枺┻m當(dāng)?shù)恼扯龋ㄓ吞枺▍⒁娤马搩蓚€(gè)表）（參見下頁兩個(gè)表） 液壓系

9、統(tǒng)的工作壓力液壓系統(tǒng)的工作壓力壓力高，壓力高，要選擇粘度較大的液壓油液要選擇粘度較大的液壓油液 環(huán)境溫度環(huán)境溫度溫度高，選用粘度溫度高，選用粘度較大的液壓油。較大的液壓油。 運(yùn)動速度運(yùn)動速度速度高，選用粘度速度高，選用粘度較低的液壓油。較低的液壓油。 液壓泵的類型液壓泵的類型各類泵適用的各類泵適用的粘度范圍見教材中表粘度范圍見教材中表2-32-3。環(huán)境因素環(huán)境因素運(yùn)動性能運(yùn)動性能設(shè)備種類設(shè)備種類四、液壓油的類型與選用四、液壓油的類型與選用液壓油的類型液壓油的類型液壓油的類型液壓油的類型五、液壓油的污染及控制五、液壓油的污染及控制l 液壓油污染的危害液壓油污染的危害造成系統(tǒng)故障造成系統(tǒng)故障降低元

10、件壽命降低元件壽命使液壓油變質(zhì)使液壓油變質(zhì)影響工作性能影響工作性能l 液壓油的污染源液壓油的污染源系統(tǒng)殘留物系統(tǒng)殘留物外界侵入物外界侵入物內(nèi)部生成物內(nèi)部生成物l 污染的控制污染的控制徹底清洗系統(tǒng)徹底清洗系統(tǒng)保持系統(tǒng)清潔保持系統(tǒng)清潔定期清除污物定期清除污物定期換油定期換油第二節(jié)第二節(jié) 液體靜力學(xué)基礎(chǔ)液體靜力學(xué)基礎(chǔ)u 壓力的概念壓力的概念u 壓力的分布壓力的分布u 壓力的表示壓力的表示u 壓力的傳遞壓力的傳遞u 壓力的計(jì)算壓力的計(jì)算一、壓力的概念一、壓力的概念A(yù)FpAlim0靜止液體在單位面積上所受的法向力稱為靜壓力。靜止液體在單位面積上所受的法向力稱為靜壓力。（A0） 若在液體的面積若在液體的面

11、積A上所上所受的作用力受的作用力F為均勻分布為均勻分布時(shí)，靜壓力可表示為：時(shí)，靜壓力可表示為： p = F / A 液體靜壓力在物理學(xué)上液體靜壓力在物理學(xué)上稱為壓強(qiáng)，工程實(shí)際應(yīng)用稱為壓強(qiáng)，工程實(shí)際應(yīng)用中習(xí)慣稱為壓力。中習(xí)慣稱為壓力。液體靜壓力的特性：液體靜壓力的特性：1 1）液體靜壓力垂直于）液體靜壓力垂直于承壓面，方向?yàn)樵撁鎯?nèi)承壓面，方向?yàn)樵撁鎯?nèi)法線方向。法線方向。2 2）液體內(nèi)任一點(diǎn)所受）液體內(nèi)任一點(diǎn)所受的靜壓力在各個(gè)方向上的靜壓力在各個(gè)方向上都相等。都相等。二、壓力的分布二、壓力的分布)(AghApApo（壓力隨深度（壓力隨深度線性增加；等線性增加；等深等壓。）深等壓。） 靜壓力基本方程

12、式：靜壓力基本方程式：如下圖如下圖 得：得： 重力作用下靜止液體壓力分布特征：重力作用下靜止液體壓力分布特征： 壓力由兩部分組成：液面壓力壓力由兩部分組成：液面壓力p p0 0，自重形成的壓力，自重形成的壓力ghgh； 液體內(nèi)的壓力與液體深度成正比；液體內(nèi)的壓力與液體深度成正比； 離液面深度相同處各點(diǎn)的壓力相等，壓力相等的所有點(diǎn)組成離液面深度相同處各點(diǎn)的壓力相等，壓力相等的所有點(diǎn)組成等壓面，重力作用下靜止液體的等壓面為水平面；等壓面，重力作用下靜止液體的等壓面為水平面；ghpp0三、壓力的表示三、壓力的表示1 1）按測量方式表示）按測量方式表示 水柱高度（水柱高度（m) )、水銀柱高、水銀柱高

13、度（度（mm) ) 單位面積受力值（帕單位面積受力值（帕Pa、兆帕兆帕MPa、工程大氣壓、工程大氣壓atat）2 2）按測量基準(zhǔn)不同表示）按測量基準(zhǔn)不同表示 p pp pa a p p表壓表壓=p p相對相對= p p絕對絕對 p pa a p p4） 短孔（短孔（0.5l/d4) 1.薄壁孔薄壁孔 (l/d0.5) 水平放置水平放置 h1=h2 ;管徑變化大管徑變化大 v110 5時(shí)，可以認(rèn)為是不變的常數(shù)，計(jì)算時(shí)按時(shí)，可以認(rèn)為是不變的常數(shù)，計(jì)算時(shí)按Cq=0.600.62選?。徊煌耆湛s選??；不完全收縮(d1/d7)，Cq=0.70.8。 薄壁小孔因沿程阻力損失小，流量對油溫變化不敏感，因薄壁

14、小孔因沿程阻力損失小，流量對油溫變化不敏感，因此多被用作調(diào)節(jié)流量的節(jié)流器。此多被用作調(diào)節(jié)流量的節(jié)流器。 112TCVqAACCCpAldlpdqT32128242.細(xì)長孔細(xì)長孔(l/d4） 液流經(jīng)過細(xì)長孔的流量和孔前后壓差成正比，和液體粘液流經(jīng)過細(xì)長孔的流量和孔前后壓差成正比，和液體粘度成反比，流量受液體溫度影響較大。度成反比，流量受液體溫度影響較大。 4.小孔流量通用公式小孔流量通用公式 pKAqmT細(xì)長孔細(xì)長孔 薄壁孔、短孔薄壁孔、短孔lKmd32123.短孔短孔（0.5l/d4)PCAqqT2 C Cq q應(yīng)按曲線查得，雷諾數(shù)較大時(shí)，應(yīng)按曲線查得，雷諾數(shù)較大時(shí)， C Cq q基本穩(wěn)定在基

15、本穩(wěn)定在0.80.8 左右。左右。短管常用作固定節(jié)流器短管常用作固定節(jié)流器25 . 0CqKmplby)ydy(lpbubdyqy)y(lpulplppdxdp;時(shí)uy；u時(shí)yCyCydxdpudxdpdyuddydudxdpdydbdxdp)bdy(pd)bd(pbdy122200021積分后得1因此而整理后得3001221222buplbq032112二、流體流過縫隙流量二、流體流過縫隙流量固定平行平板縫隙相對運(yùn)動平行平板縫隙1.1.平行板縫隙流量平行板縫隙流量du).p(ldq0232151112dupldq0321122.2.同心環(huán)縫隙流量同心環(huán)縫隙流量3.3.偏心環(huán)縫隙流量偏心環(huán)縫隙流量第六節(jié)第六節(jié) 液壓沖擊與空穴現(xiàn)象液壓沖擊與空穴現(xiàn)象一、液壓沖擊一、液壓沖擊 1 1、含義、含義：由于某種原因致使壓力突然增高的現(xiàn)象。 pmax=p+p 2 2、原因、原因： 管道閥門關(guān)閉