1、2022-5-31第第2 2章章 液壓工作介質(zhì)及其力學(xué)基礎(chǔ)液壓工作介質(zhì)及其力學(xué)基礎(chǔ) 2.1 液壓工作介質(zhì)液壓工作介質(zhì) 2.2 液體靜力學(xué)液體靜力學(xué) 2.3 液體動(dòng)力學(xué)液體動(dòng)力學(xué) 2.4 管道中液流的能量損失管道中液流的能量損失 2.5 孔口與縫隙液流特性孔口與縫隙液流特性 2.6 氣穴現(xiàn)象及液壓沖擊氣穴現(xiàn)象及液壓沖擊2022-5-322.1.1 2.1.1 液壓油主要特性液壓油主要特性（1 1）密度）密度 密度隨著溫度或壓力的變化而變化，但變化不大，通密度隨著溫度或壓力的變化而變化，但變化不大，通常忽略常忽略Vm單位體積內(nèi)液體的質(zhì)量。單位體積內(nèi)液體的質(zhì)量。3/mkg2.1 2.1 液壓工作介質(zhì)

2、液壓工作介質(zhì)一般取=9003/mkg2022-5-33液壓油液的體積將隨壓力的增高而減小的性質(zhì)。液壓油液的體積將隨壓力的增高而減小的性質(zhì)。01VVpk即即: :單位壓力變化下的體積相對(duì)變化量。單位壓力變化下的體積相對(duì)變化量。體積變化體積變化初始體積初始體積壓力變化壓力變化（2 2）可壓縮性）可壓縮性用體積壓縮系數(shù)用體積壓縮系數(shù)k k表示：表示：2022-5-34VpVkK01體積彈性模量體積彈性模量K (體積壓縮系數(shù)的倒數(shù)體積壓縮系數(shù)的倒數(shù))V0一定，在同樣p下， K 越大, V 越小。說(shuō)明K 越大，液體的抗壓能力越強(qiáng)。礦物油 K = (1.42.0)10 9 N/m 2鋼 K = 2.06

3、10 11 N/m 2K鋼= 100150 K油在靜態(tài)下工作時(shí)，不考慮液體的可壓縮性。2022-5-35 液體在外力作用下流動(dòng)（或有流動(dòng)趨勢(shì)）時(shí)，液體在外力作用下流動(dòng)（或有流動(dòng)趨勢(shì)）時(shí)，分子間的內(nèi)聚力會(huì)產(chǎn)生一種阻礙其相對(duì)運(yùn)動(dòng)的內(nèi)摩分子間的內(nèi)聚力會(huì)產(chǎn)生一種阻礙其相對(duì)運(yùn)動(dòng)的內(nèi)摩檫力，這種現(xiàn)象叫做液體的粘性。檫力，這種現(xiàn)象叫做液體的粘性。 靜止液體不呈現(xiàn)粘性。靜止液體不呈現(xiàn)粘性。（3 3）粘性）粘性 粘性的定義粘性的定義2022-5-36粘性示意圖粘性示意圖 下板固定下板固定 上板以上板以u(píng) u0 0運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng) A A點(diǎn)：點(diǎn)：u = 0 u = 0 B B點(diǎn)：點(diǎn)：u = uu = u0 0 兩板之間液

4、流速度兩板之間液流速度呈線性規(guī)律分布呈線性規(guī)律分布B BA AdyduAFf式中：式中：粘性系數(shù)粘性系數(shù)( (粘度粘度) ) A 液層接觸面積液層接觸面積 du /dy速度梯度速度梯度兩液層間的內(nèi)摩擦力：兩液層間的內(nèi)摩擦力：- -液體的粘度液體的粘度2022-5-37 粘性的表示方法粘性的表示方法b. b. 運(yùn)動(dòng)粘度運(yùn)動(dòng)粘度 單位：?jiǎn)挝唬簃 m2 2/ /s s單位：?jiǎn)挝唬篘 s/m2 或 Pa.SPa.SdyduAFfa. a. 動(dòng)力粘度動(dòng)力粘度( (絕對(duì)粘度絕對(duì)粘度) )它直接表示液體的粘性即內(nèi)摩擦力的大小。 如：舊牌號(hào)20號(hào)機(jī)械油，是在溫度為50時(shí)，其運(yùn)動(dòng)粘度的平均值為202/s2022

5、-5-38c.c.相對(duì)粘度相對(duì)粘度21ttEt式中：式中：t1 油流出的時(shí)間油流出的時(shí)間 t220OC蒸餾水蒸餾水流出時(shí)間流出時(shí)間恩氏粘度與運(yùn)動(dòng)粘度的換算關(guān)系恩氏粘度與運(yùn)動(dòng)粘度的換算關(guān)系610)31. 631. 7(ttEE200ml=2. 8mm恩氏粘度計(jì)恩氏粘度計(jì)1005020,EEE 通常以通常以20、50、100OC作為標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定溫度，作為標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定溫度，記為：記為：恩（中、德、俄）賽（美）雷（英）2022-5-39 粘度與壓力的關(guān)系粘度與壓力的關(guān)系 p 應(yīng)用時(shí)忽略影響應(yīng)用時(shí)忽略影響 粘度與溫度的關(guān)系粘度與溫度的關(guān)系 T 影響：影響： 大，阻力大，能耗大，阻力大，能耗 小，油變稀，泄漏小，

6、油變稀，泄漏 限制油溫：限制油溫：T，加冷卻器，加冷卻器 T，加熱器，加熱器2022-5-310（4）其他性質(zhì)穩(wěn)定性 (熱、氧化、水解、剪切）相容性（金屬、密封、涂料）通過(guò)添加劑控制抗泡沫性防銹性2022-5-3112.1.2 2.1.2 對(duì)工作介質(zhì)的要求對(duì)工作介質(zhì)的要求 合適的粘度，粘溫特性好合適的粘度，粘溫特性好 潤(rùn)滑性能好潤(rùn)滑性能好 雜質(zhì)少雜質(zhì)少 相容性好相容性好 穩(wěn)定性好穩(wěn)定性好 抗泡性好、防銹性好抗泡性好、防銹性好 凝點(diǎn)低凝點(diǎn)低, ,閃點(diǎn)、燃點(diǎn)高閃點(diǎn)、燃點(diǎn)高 無(wú)公害、成本低無(wú)公害、成本低2022-5-312液壓油的種類液壓油的種類石油型石油型難燃型難燃型機(jī)械油機(jī)械油汽輪機(jī)油汽輪機(jī)油合

7、成型液壓油合成型液壓油水水- -乙二醇液乙二醇液磷酸酯液磷酸酯液水包油水包油油包水油包水乳化液乳化液合成型合成型抗磨液壓油抗磨液壓油液壓導(dǎo)軌油液壓導(dǎo)軌油2.1.3 2.1.3 工作介質(zhì)的種類工作介質(zhì)的種類2022-5-3132.1.4 2.1.4 液壓油液的液壓油液的選用選用 優(yōu)先考慮粘性優(yōu)先考慮粘性 按工作壓力按工作壓力 p p 高，選高，選大；大； p p 低，選低，選小小 按環(huán)境溫度按環(huán)境溫度 T T 高，選高，選大；大； T T 低，選低，選小小 按運(yùn)動(dòng)速度按運(yùn)動(dòng)速度 v v 高，選高，選??；小； v v 低，選低，選大大 其他其他 環(huán)境環(huán)境 （污染、抗燃）（污染、抗燃） 經(jīng)濟(jì)經(jīng)濟(jì) （

8、價(jià)格、使用壽命）（價(jià)格、使用壽命） 特殊要求（精密機(jī)床、野外工作的工程機(jī)械）特殊要求（精密機(jī)床、野外工作的工程機(jī)械）2022-5-3142.2 2.2 液體靜力學(xué)液體靜力學(xué)2.2.1 2.2.1 液體靜壓力及其特性液體靜壓力及其特性(1) 液體靜壓力：液體靜壓力：靜止液體靜止液體在單位面積上所受的法向力。在單位面積上所受的法向力。AFp (2) 靜壓力的兩個(gè)特性靜壓力的兩個(gè)特性 1）液體靜壓力垂直于其承壓面，方向和該面的內(nèi)法線方）液體靜壓力垂直于其承壓面，方向和該面的內(nèi)法線方向一致向一致 2）靜止液體內(nèi)任一點(diǎn)所受的壓力在各個(gè)方向都相等）靜止液體內(nèi)任一點(diǎn)所受的壓力在各個(gè)方向都相等靜止液體：指液體

9、內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)之間沒(méi)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，至于液體整體完全靜止液體：指液體內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)之間沒(méi)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，至于液體整體完全可以象剛體一樣做各種運(yùn)動(dòng)?？梢韵髣傮w一樣做各種運(yùn)動(dòng)。研究?jī)?nèi)容：研究液體處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)的力學(xué)性質(zhì)和平衡規(guī)律。研究?jī)?nèi)容：研究液體處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)的力學(xué)性質(zhì)和平衡規(guī)律。單位單位: Pa（Nm2） 工程上常用工程上常用:MPa（兆帕）（兆帕）換算關(guān)系：換算關(guān)系：1MPa106Pa 1MPa105bar 2022-5-3152.2.2 2.2.2 靜壓力基本方程靜壓力基本方程重力作用下的靜止液體，其壓力分布具有如下特征：重力作用下的靜止液體，其壓力分布具有如下特征：（1 1）靜止液體內(nèi)任一點(diǎn)處的壓力由兩部分

10、組成：一部分是液面上的）靜止液體內(nèi)任一點(diǎn)處的壓力由兩部分組成：一部分是液面上的壓力，另一部分是該點(diǎn)以上液體自重所形成的壓力。壓力，另一部分是該點(diǎn)以上液體自重所形成的壓力。（2 2）靜止液體內(nèi)的壓力隨液體深度按線性規(guī)律遞增。）靜止液體內(nèi)的壓力隨液體深度按線性規(guī)律遞增。（3 3）液面深度相同處各點(diǎn)的壓力均相等，壓力相等的所有點(diǎn)組成的）液面深度相同處各點(diǎn)的壓力均相等，壓力相等的所有點(diǎn)組成的面叫做等壓面。面叫做等壓面。 ：該點(diǎn)液面深度：該點(diǎn)液面深度ghppooph液體靜壓力基本方程為液體靜壓力基本方程為：液面上的壓力：液面上的壓力hGPP0AdA2022-5-3162.2.3 2.2.3 壓力的表示方

11、法壓力的表示方法絕對(duì)壓力：當(dāng)壓力以絕對(duì)真空為基準(zhǔn)度量時(shí)，稱為絕對(duì)壓力。絕對(duì)壓力：當(dāng)壓力以絕對(duì)真空為基準(zhǔn)度量時(shí)，稱為絕對(duì)壓力。相對(duì)壓力：超過(guò)大氣壓力的那部分壓力稱為相對(duì)壓力或表壓力。相對(duì)壓力：超過(guò)大氣壓力的那部分壓力稱為相對(duì)壓力或表壓力。真空度：當(dāng)絕對(duì)壓力低于大氣壓時(shí)，將絕對(duì)壓力不足于大氣壓真空度：當(dāng)絕對(duì)壓力低于大氣壓時(shí)，將絕對(duì)壓力不足于大氣壓力的那部分壓力值稱為真空度。力的那部分壓力值稱為真空度。(1) 壓力的表示方法壓力的表示方法2022-5-317 壓力的單位除法定計(jì)量單位壓力的單位除法定計(jì)量單位PaPa外，還有以前沿用的一些單位，如外，還有以前沿用的一些單位，如barbar，工程大氣壓，

12、工程大氣壓atat（即（即kgf/cmkgf/cm2 2）、標(biāo)準(zhǔn)大氣壓（）、標(biāo)準(zhǔn)大氣壓（atmatm）、水柱高）、水柱高（mHmH2 2O O）或汞柱高（）或汞柱高（mmHgmmHg）等。）等。PaPabarbarKgf/cmKgf/cm2 2atatatmatmmHmH2 2O OmmHgmmHg1 110105 51 11.019721.019721.019721.019720.9869230.9869231.019721.0197210104 47.500627.5006210102 2 由于液壓傳動(dòng)的用途不同，系統(tǒng)所需要的壓力也不相同，為了便于由于液壓傳動(dòng)的用途不同，系統(tǒng)所需要的壓力也

13、不相同，為了便于液壓元件的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和使用，將壓力分為幾個(gè)等級(jí)。液壓元件的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和使用，將壓力分為幾個(gè)等級(jí)。壓力等級(jí)壓力等級(jí)低壓低壓中壓中壓中高壓中高壓高壓高壓超高壓超高壓壓力（壓力（MpaMpa）2.52.52.52.58 8881616161632323232表表2-5 各種壓力單位的換算關(guān)系各種壓力單位的換算關(guān)系表表2-6 壓力分級(jí)壓力分級(jí)(2) 壓力的單位和等級(jí)壓力的單位和等級(jí)2022-5-318例例2-12-1 圖2-5所示的容器內(nèi)充滿 kg/m3的液壓油液，活塞上的作用力F=1000N，活塞面積A=110-3m2，忽略活塞的重量。試計(jì)算活塞下方深度為h=0.5m處的靜壓力p。9

14、002022-5-319解：解：活塞與油液接觸面上的壓力為:ghppoPamNAFpo62310/1011000MPamNmNghppo1/10/100044.15 .08 .99001026266則深度為h=0.5m處的液體壓力為:注意注意: :分析液壓系統(tǒng)時(shí)分析液壓系統(tǒng)時(shí), ,重力所產(chǎn)生上的壓力可忽略重力所產(chǎn)生上的壓力可忽略據(jù)2022-5-3202.2.4 2.2.4 液體靜壓力的傳遞液體靜壓力的傳遞 液壓系統(tǒng)中靜壓力的傳遞服從帕斯卡原理，即液壓系統(tǒng)中靜壓力的傳遞服從帕斯卡原理，即:密閉容器內(nèi)靜止液密閉容器內(nèi)靜止液體的壓力可以等值地向液體中各點(diǎn)傳遞。體的壓力可以等值地向液體中各點(diǎn)傳遞。21

15、pp 根據(jù)帕斯卡原理和靜壓力的特性，液壓傳動(dòng)不僅可以進(jìn)行力的傳根據(jù)帕斯卡原理和靜壓力的特性，液壓傳動(dòng)不僅可以進(jìn)行力的傳遞，而且還能遞，而且還能將力放大將力放大和和改變力的方向改變力的方向。 2211FAAF 上式表明，只要上式表明，只要A1/A2足夠大，用很小的力足夠大，用很小的力F2就可產(chǎn)生很大的力就可產(chǎn)生很大的力F1。液壓千斤頂和水壓機(jī)就是按此原理制成的。液壓千斤頂和水壓機(jī)就是按此原理制成的。 根據(jù)帕斯卡原理有根據(jù)帕斯卡原理有p1= p2。因此有：。因此有：2022-5-3212.2.液壓系統(tǒng)壓力的形成液壓系統(tǒng)壓力的形成 p = F/A F p F p F = 0 p = 0 結(jié)論：液壓系

16、統(tǒng)的工作壓力取決結(jié)論：液壓系統(tǒng)的工作壓力取決于負(fù)載，并且于負(fù)載，并且 隨著負(fù)載的變化隨著負(fù)載的變化而變化。而變化。FA可知可知: : 液壓系統(tǒng)中油液的壓力是在前阻后推的情況下產(chǎn)生的；液壓系統(tǒng)中油液的壓力是在前阻后推的情況下產(chǎn)生的； 壓力的大小取決于負(fù)載壓力的大小取決于負(fù)載，并隨負(fù)載變化而變化；，并隨負(fù)載變化而變化； 當(dāng)某處有幾個(gè)當(dāng)某處有幾個(gè)負(fù)載并聯(lián)負(fù)載并聯(lián)時(shí)，則壓力取決于克服負(fù)載的各個(gè)時(shí)，則壓力取決于克服負(fù)載的各個(gè)壓力值中的壓力值中的最小值最小值。2022-5-3222.2.5 2.2.5 靜壓力對(duì)固體壁面的作用力靜壓力對(duì)固體壁面的作用力 當(dāng)靜止液體和固體壁面接觸時(shí)，固體壁面上各點(diǎn)在某一方當(dāng)靜

17、止液體和固體壁面接觸時(shí)，固體壁面上各點(diǎn)在某一方向上受到的液體靜壓作用力的總和，即為液體在該方向上作用向上受到的液體靜壓作用力的總和，即為液體在該方向上作用于固體壁面上的力于固體壁面上的力pAF 當(dāng)固體壁面為一平面時(shí)，平面上各點(diǎn)的靜壓力大小相等，其當(dāng)固體壁面為一平面時(shí)，平面上各點(diǎn)的靜壓力大小相等，其作用方向于該平面垂直。即作用方向于該平面垂直。即xxFxxpAF 當(dāng)固體壁面為一曲面時(shí)，液體壓力在該曲面當(dāng)固體壁面為一曲面時(shí)，液體壓力在該曲面 方向上的分力為方向上的分力為2022-5-3232.3 2.3 液體動(dòng)力學(xué)液體動(dòng)力學(xué)2.3.1 2.3.1 基本概念基本概念(1) 實(shí)際液體和理想液體實(shí)際液體

18、和理想液體理想液體：理想液體：通常把假設(shè)的既無(wú)粘性又不可壓縮的液體稱為理想液體通常把假設(shè)的既無(wú)粘性又不可壓縮的液體稱為理想液體實(shí)際液體：實(shí)際液體：具有粘性和壓縮性的液體具有粘性和壓縮性的液體(2) 恒定流動(dòng)和非恒定流動(dòng)恒定流動(dòng)和非恒定流動(dòng)恒定流動(dòng)：恒定流動(dòng)：液體流動(dòng)時(shí)，流動(dòng)空間中每一點(diǎn)上的液體流動(dòng)時(shí)，流動(dòng)空間中每一點(diǎn)上的壓力、速度和密度壓力、速度和密度都都不隨時(shí)間而變化，這樣的流動(dòng)稱為恒定流動(dòng)不隨時(shí)間而變化，這樣的流動(dòng)稱為恒定流動(dòng)非恒定流動(dòng)：非恒定流動(dòng)：液體流動(dòng)時(shí)，流動(dòng)空間中每一點(diǎn)上的液體流動(dòng)時(shí)，流動(dòng)空間中每一點(diǎn)上的壓力、速度和密度壓力、速度和密度中只要有一個(gè)是時(shí)間的函數(shù)，則這樣的流動(dòng)稱為非恒

19、定流動(dòng)中只要有一個(gè)是時(shí)間的函數(shù)，則這樣的流動(dòng)稱為非恒定流動(dòng)動(dòng)畫演示動(dòng)畫演示（3）一維流動(dòng)：當(dāng)液體整個(gè)作線形流動(dòng)時(shí)，稱為一維流動(dòng)。一維流動(dòng)：當(dāng)液體整個(gè)作線形流動(dòng)時(shí)，稱為一維流動(dòng)。2022-5-3244 4、流線、流束和通流截面、流線、流束和通流截面 流線：流線：某一瞬時(shí)，表示液流中各點(diǎn)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的一條條光滑某一瞬時(shí)，表示液流中各點(diǎn)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的一條條光滑曲線。在此瞬時(shí)，流線上各質(zhì)點(diǎn)速度方向與該線相切。曲線。在此瞬時(shí)，流線上各質(zhì)點(diǎn)速度方向與該線相切。 注意：由于流動(dòng)液體中任一質(zhì)點(diǎn)在其一瞬時(shí)只能有一個(gè)注意：由于流動(dòng)液體中任一質(zhì)點(diǎn)在其一瞬時(shí)只能有一個(gè)速度，所以流線之間不可能相交，也不可能突然轉(zhuǎn)折。速度，所以

20、流線之間不可能相交，也不可能突然轉(zhuǎn)折。 流束：流束：通過(guò)某截面上所有各點(diǎn)作出的流線集合構(gòu)成流束。通過(guò)某截面上所有各點(diǎn)作出的流線集合構(gòu)成流束。通流截面：通流截面： 流束中與所有流線正交的截面稱為通流截流束中與所有流線正交的截面稱為通流截面。截面上每點(diǎn)處的流動(dòng)速度都垂直于這個(gè)面。面。截面上每點(diǎn)處的流動(dòng)速度都垂直于這個(gè)面。2022-5-3252.3.2 2.3.2 連續(xù)性方程連續(xù)性方程質(zhì)量守恒定律在流體力學(xué)中的應(yīng)用質(zhì)量守恒定律在流體力學(xué)中的應(yīng)用 21 若忽略液體可壓縮性：若忽略液體可壓縮性： 按守質(zhì)量守恒定律，在單位時(shí)間內(nèi)流過(guò)兩通流截面的液按守質(zhì)量守恒定律，在單位時(shí)間內(nèi)流過(guò)兩通流截面的液體質(zhì)量相等。

21、體質(zhì)量相等。即即222111AvAv上式稱為連續(xù)性方程上式稱為連續(xù)性方程結(jié)論結(jié)論: 1)通過(guò)流管任一通流截面的流量相等；通過(guò)流管任一通流截面的流量相等； 2)液體的流速與管道通流截面積成反比；液體的流速與管道通流截面積成反比； 3)在具有分支的管路中具有在具有分支的管路中具有q=q1+q2的關(guān)系。的關(guān)系。2211AvAvconstvAq或或21mmqq2022-5-3262.3.3 2.3.3 伯努利方程伯努利方程gvgpzgvgpz2222222111constgvgpz22(1) 理想液體的伯努利方程理想液體的伯努利方程 根據(jù)能量守恒定律得到理想液體的伯努利方程為：根據(jù)能量守恒定律得到理想

22、液體的伯努利方程為：伯努利方程是能量守恒定律在流體力學(xué)中的一種表達(dá)形式。伯努利方程是能量守恒定律在流體力學(xué)中的一種表達(dá)形式?；蚧騴gpgv22通流截面上三者之和為一定值，但三者可以相互轉(zhuǎn)換，即能量守恒。通流截面上三者之和為一定值，但三者可以相互轉(zhuǎn)換，即能量守恒。理想液體的伯努利方程的物理意義是：理想液體的伯努利方程的物理意義是： 在管內(nèi)作定常流動(dòng)的理想液體的總比能在管內(nèi)作定常流動(dòng)的理想液體的總比能由比位能由比位能、比壓能、比壓能和比動(dòng)能和比動(dòng)能三種形式的能量組成，三種形式的能量組成， 在任一在任一 式中式中Z為單位重量液體所具有的勢(shì)能，稱為比位能。為單位重量液體所具有的勢(shì)能，稱為比位能。 (p

23、/g)為單為單位重量液體所具有的壓力能，稱為比壓能。（位重量液體所具有的壓力能，稱為比壓能。（v2/2g）為單位重量液）為單位重量液體所具有的動(dòng)能，稱為比動(dòng)能。它們的量綱都為長(zhǎng)度。體所具有的動(dòng)能，稱為比動(dòng)能。它們的量綱都為長(zhǎng)度。 2022-5-327(2) 實(shí)際液體的伯努利方程實(shí)際液體的伯努利方程whgvgpzgvgpz222222221111wh其中，其中，為單位質(zhì)量液體在管路兩截面之間流動(dòng)的能量損失；為單位質(zhì)量液體在管路兩截面之間流動(dòng)的能量損失；為動(dòng)能修正系數(shù)，為動(dòng)能修正系數(shù)，的數(shù)值與管路中液體的流態(tài)有關(guān)，的數(shù)值與管路中液體的流態(tài)有關(guān)，液體在圓管中層流時(shí)液體在圓管中層流時(shí)，205. 11紊

24、流時(shí)，紊流時(shí)，實(shí)際計(jì)算時(shí)常取實(shí)際計(jì)算時(shí)常取 實(shí)際液體具有實(shí)際液體具有粘性粘性，因此液體在流動(dòng)時(shí)還需克服由于粘性所引起，因此液體在流動(dòng)時(shí)還需克服由于粘性所引起的的摩擦阻力摩擦阻力，這必然要消耗能量，假定因粘性而消耗的能量為，這必然要消耗能量，假定因粘性而消耗的能量為h hw w，則實(shí)，則實(shí)際液體的伯努利方程為：際液體的伯努利方程為：2022-5-328應(yīng)用伯努利方程時(shí)必須注意的問(wèn)題：應(yīng)用伯努利方程時(shí)必須注意的問(wèn)題： 1） 截面截面1、2需順流向選?。ǚ駝t需順流向選取（否則hw為負(fù)），且為負(fù)），且應(yīng)選在緩變的通流截面上（使應(yīng)選在緩變的通流截面上（使v=0)。 2） 截面中心在基準(zhǔn)面以上時(shí)，截面中心

25、在基準(zhǔn)面以上時(shí)，z取正值；反之取正值；反之取負(fù)值。通常選取特殊位置的水平面作為基準(zhǔn)面取負(fù)值。通常選取特殊位置的水平面作為基準(zhǔn)面（使（使z=0) 。例例212022-5-3292.3.4 2.3.4 動(dòng)量方程動(dòng)量方程 動(dòng)量方程是動(dòng)量方程是動(dòng)量定理動(dòng)量定理在流體力學(xué)中的一種表達(dá)形式。在流體力學(xué)中的一種表達(dá)形式。可以用來(lái)計(jì)算可以用來(lái)計(jì)算流動(dòng)液體對(duì)固體壁面的作用力。流動(dòng)液體對(duì)固體壁面的作用力。 液體作定常流動(dòng)時(shí)的動(dòng)量方程為：液體作定常流動(dòng)時(shí)的動(dòng)量方程為：)()(1122vvqdtmvdF作用在液體控制體積上的全部外力之和作用在液體控制體積上的全部外力之和F該動(dòng)量方程表明：該動(dòng)量方程表明：等于單位時(shí)間內(nèi)

26、流出等于單位時(shí)間內(nèi)流出控制表面與流入控制表面的液體的動(dòng)量之差。控制表面與流入控制表面的液體的動(dòng)量之差。 例例2-22022-5-3302.4 2.4 管道中液流的能量損失管道中液流的能量損失 實(shí)際液體具有粘性實(shí)際液體具有粘性, ,流動(dòng)時(shí)會(huì)損耗一部分能量，這種流動(dòng)時(shí)會(huì)損耗一部分能量，這種能量損失就是實(shí)際液體伯努利方程中的能量損失就是實(shí)際液體伯努利方程中的 。本節(jié)解決。本節(jié)解決如何計(jì)算問(wèn)題。如何計(jì)算問(wèn)題。whwh一一.流態(tài)及其判別方法流態(tài)及其判別方法（一）層流和紊流（一）層流和紊流液體質(zhì)點(diǎn)互不干擾，液體的流動(dòng)呈線性或?qū)訝?，液體質(zhì)點(diǎn)互不干擾，液體的流動(dòng)呈線性或?qū)訝睿移叫杏诠艿垒S線，這種流動(dòng)叫層流且

27、平行于管道軸線，這種流動(dòng)叫層流1.層流層流：特點(diǎn)特點(diǎn)：液體流速較低，粘性力起主導(dǎo)作用液體流速較低，粘性力起主導(dǎo)作用;能量損失主要是粘性摩擦造成的損失能量損失主要是粘性摩擦造成的損失,直接轉(zhuǎn)直接轉(zhuǎn)化為熱能（液體帶走、傳給管壁）化為熱能（液體帶走、傳給管壁） 。層流和紊流是兩種不同性質(zhì)的流態(tài)層流和紊流是兩種不同性質(zhì)的流態(tài)2022-5-331液體質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)雜亂無(wú)章，除了平行于管道軸線液體質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)雜亂無(wú)章，除了平行于管道軸線的運(yùn)動(dòng)以外，還存在著劇烈的橫向運(yùn)動(dòng)。這種流的運(yùn)動(dòng)以外，還存在著劇烈的橫向運(yùn)動(dòng)。這種流動(dòng)叫紊流。動(dòng)叫紊流。2.紊流紊流：特點(diǎn)特點(diǎn)：液體流速液體流速較高，粘性作用減弱較高，粘性作用減

28、弱，慣，慣性力起主性力起主導(dǎo)作用導(dǎo)作用;能量損失主要是動(dòng)能損失。產(chǎn)生噪聲、振動(dòng)、能量損失主要是動(dòng)能損失。產(chǎn)生噪聲、振動(dòng)、漩渦、氣穴等，最終轉(zhuǎn)化為熱能（液體帶走、漩渦、氣穴等，最終轉(zhuǎn)化為熱能（液體帶走、傳給管壁）。傳給管壁）。（二）流態(tài)的判別（二）流態(tài)的判別：雷諾實(shí)驗(yàn)動(dòng)畫雷諾實(shí)驗(yàn)動(dòng)畫液體流動(dòng)時(shí)，究竟是層流還是紊流與液體流動(dòng)時(shí)，究竟是層流還是紊流與 有關(guān)有關(guān)要用要用雷諾數(shù)雷諾數(shù)來(lái)判定：來(lái)判定：雷諾實(shí)驗(yàn)雷諾實(shí)驗(yàn)2022-5-332圓形管道雷諾數(shù)：圓形管道雷諾數(shù)： Re = dv/ 非圓管道截面雷諾數(shù)：非圓管道截面雷諾數(shù)： Re = dHv/ 過(guò)流斷面過(guò)流斷面水力直徑水力直徑 dH = 4A/ 水力直

29、徑大，液流阻力小，通流能力大。水力直徑大，液流阻力小，通流能力大。 臨界雷諾數(shù)臨界雷諾數(shù)Rec：液體從紊流變成層流的雷諾數(shù)液體從紊流變成層流的雷諾數(shù),是是判判斷液體流態(tài)依據(jù)斷液體流態(tài)依據(jù) 光滑金屬管：光滑金屬管：Rec 2320 Re Rec為紊流為紊流 雷諾數(shù)物理意義：雷諾數(shù)物理意義：液流的慣性力對(duì)粘性力的無(wú)因次比液流的慣性力對(duì)粘性力的無(wú)因次比 -X濕周長(zhǎng)度濕周長(zhǎng)度2022-5-333二二.等直徑圓管中的等直徑圓管中的沿程壓力損失沿程壓力損失定定 義義: 液體沿等徑直管流動(dòng)時(shí)，由于液體的粘性摩擦和質(zhì)液體沿等徑直管流動(dòng)時(shí)，由于液體的粘性摩擦和質(zhì) 點(diǎn)的相互擾動(dòng)作用，而產(chǎn)生的壓力損失點(diǎn)的相互擾動(dòng)作

30、用，而產(chǎn)生的壓力損失 液體在等徑直管中作層流運(yùn)動(dòng)，沿管軸線取一半徑液體在等徑直管中作層流運(yùn)動(dòng)，沿管軸線取一半徑為為r r，長(zhǎng)度為，長(zhǎng)度為l 的小圓柱體的小圓柱體壓力損失的大小與液體的流態(tài)有關(guān)壓力損失的大小與液體的流態(tài)有關(guān)1.1.等徑直管中層流的沿程壓力損失等徑直管中層流的沿程壓力損失2022-5-334fFrpp221 小圓柱體兩小圓柱體兩端面壓力為端面壓力為p p1 1、p p2 2 ，側(cè)面的內(nèi)，側(cè)面的內(nèi)摩擦力為摩擦力為F Ff f，其，其受力平衡方程為：受力平衡方程為：drdurldrduAFf2由牛頓內(nèi)摩擦定律：由牛頓內(nèi)摩擦定律：)r(RlprdrlpurdrlpdurR22422則 代

31、人上式：代人上式：2022-5-3351）通流截面上流速通流截面上流速u分布規(guī)律分布規(guī)律速度速度u u對(duì)稱于圓管中心線并按拋物線規(guī)律分布對(duì)稱于圓管中心線并按拋物線規(guī)律分布 分析：分析：2）流量）流量q22max164:0dlpRlpu時(shí)r0u:時(shí)RrminpldRlp)rdrr(Rlpq)rdrr(RlprdruudAdqR1288424224402222-泊肅葉公式泊肅葉公式2022-5-3363）圓管的平均流速圓管的平均流速：4 4）圓管沿程壓力損失）圓管沿程壓力損失 = 128l q/d4 = 8l q/R4 將將q =R2 v 代入上式并簡(jiǎn)化得：代入上式并簡(jiǎn)化得：max24221321

32、2841upldpld/dAqv232dlvp可知：可知：液流沿等徑直管作層流運(yùn)動(dòng)時(shí)，其沿程壓力損液流沿等徑直管作層流運(yùn)動(dòng)時(shí)，其沿程壓力損失與管長(zhǎng)、流速、粘度成正比，而與管徑的平方成失與管長(zhǎng)、流速、粘度成正比，而與管徑的平方成反比。反比。p2022-5-337= R= Re e = dv/ =64/R= dv/ =64/Re e ：理論值：理論值 64 / Re 實(shí)際值：實(shí)際值：光滑金屬管光滑金屬管 75 / Re 非金屬軟管非金屬軟管 80 / Re 22/6432222vdlvdlddlvp2022-5-33822vdlp2.2.等徑直管中等徑直管中紊流的沿程壓力損失紊流的沿程壓力損失=

33、0.3164Re-0.25 （105 Re 4000） = 0.032+0.221Re-0.237 （3106 Re 105 ） = 1.74+2lg（d/）-2 （Re 3106 或Re900d/） 紊流運(yùn)動(dòng)時(shí)，紊流運(yùn)動(dòng)時(shí)，p比層流大比層流大 液壓系統(tǒng)中液體在管道內(nèi)應(yīng)盡量作層流運(yùn)動(dòng)液壓系統(tǒng)中液體在管道內(nèi)應(yīng)盡量作層流運(yùn)動(dòng) 2022-5-339三三. .局部壓力損失局部壓力損失定義定義 : 液體流經(jīng)管道的彎頭、接口、突變截面以及閥口、濾網(wǎng)等局部裝置時(shí)，液流會(huì)產(chǎn)生旋渦，并發(fā)生強(qiáng)烈的紊動(dòng)現(xiàn)象，由此而造成的壓力損失稱為局部壓力損失。用 表示p 產(chǎn)生原因：產(chǎn)生原因：碰撞、旋渦（突變管、彎管碰撞、旋渦（突

34、變管、彎管) 產(chǎn)生附加摩擦產(chǎn)生附加摩擦 附加摩擦：附加摩擦：只有紊流時(shí)才有，是由于分子只有紊流時(shí)才有，是由于分子 作橫向運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的摩擦，即作橫向運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的摩擦，即 速度分布規(guī)律改變，造成液體速度分布規(guī)律改變，造成液體 的附加摩擦的附加摩擦 2022-5-34022vp局部壓力損失的計(jì)算公式：局部壓力損失的計(jì)算公式：2022-5-341四四. .管路系統(tǒng)的總壓力損失管路系統(tǒng)的總壓力損失l 整個(gè)管路系統(tǒng)的總壓力損失應(yīng)為整個(gè)管路系統(tǒng)的總壓力損失應(yīng)為所有沿程壓力損所有沿程壓力損失和所有局部壓力損失之和失和所有局部壓力損失之和:2222vvdlppp p 熱能熱能 T q 傳散傳散 污染污染 202

35、2-5-342減小p 的措施 1 盡量盡量l ，突變突變 2 加工質(zhì)量，力求光滑，加工質(zhì)量，力求光滑，合適合適3 A，v 過(guò)高過(guò)高 p pv2 其中其中v 的影響最大的影響最大 過(guò)低過(guò)低 尺寸尺寸 成本成本 一般有推薦流速可供參考，見有關(guān)手冊(cè)。一般有推薦流速可供參考，見有關(guān)手冊(cè)。在液壓傳動(dòng)中，可將壓力損失寫成如下在液壓傳動(dòng)中，可將壓力損失寫成如下 形式：形式： p = p1 - p2 例題例題2022-5-343 2.5 2.5 孔口和縫隙液流特性孔口和縫隙液流特性液壓系統(tǒng)中的孔和縫隙液壓系統(tǒng)中的孔和縫隙調(diào)節(jié)流量調(diào)節(jié)流量 (應(yīng)用）應(yīng)用）造成泄漏造成泄漏 (防止）防止）都需計(jì)算其流量都需計(jì)算其流

36、量小孔雖小（直徑小孔雖?。ㄖ睆?mm以內(nèi)）以內(nèi)）縫隙雖窄（寬度縫隙雖窄（寬度0.1mm以下）以下）其作用卻不可等閑視之其作用卻不可等閑視之2022-5-344液體流經(jīng)孔口時(shí)的分析：液體流經(jīng)孔口時(shí)的分析： l / /d0.5 0.5 薄壁小孔；薄壁小孔； l/ /d d44 細(xì)長(zhǎng)小孔；細(xì)長(zhǎng)小孔； 0.50.5l/ /d d 4 4 短孔。短孔。 l 為小孔的通流長(zhǎng)度；為小孔的通流長(zhǎng)度；d d 為小孔的孔徑。為小孔的孔徑。 一一. . 孔口壓力流量特性孔口壓力流量特性2022-5-345hgvgpzgvgpz2222222211111）流速和流量公式推導(dǎo)：）流速和流量公式推導(dǎo)：0AcAcc1.薄壁

37、小孔薄壁小孔如圖，以管道中心為參考平面，對(duì)如圖，以管道中心為參考平面，對(duì)11和和22截面，列截面，列伯努利方程如下：伯努利方程如下： 動(dòng)畫演示動(dòng)畫演示2022-5-346水平放置水平放置 z1=z2 v1 = v2 v14） 液流經(jīng)過(guò)細(xì)長(zhǎng)孔的流量和孔前后壓液流經(jīng)過(guò)細(xì)長(zhǎng)孔的流量和孔前后壓差成正比，和液體粘度成反比，流量受差成正比，和液體粘度成反比，流量受液體溫度影響較大液體溫度影響較大3.3.短孔短孔（0.5 l /d 4)C Cd d 可按手冊(cè)查得可按手冊(cè)查得短孔比薄壁小孔好加工，常用作固定節(jié)流器短孔比薄壁小孔好加工，常用作固定節(jié)流器pAcqd202022-5-349縫隙流動(dòng)的形式縫隙流動(dòng)的形

38、式二二. .縫隙壓力流量特性縫隙壓力流量特性2022-5-350bhuplbhq0321121. 1.平行平板縫隙流量平行平板縫隙流量結(jié)論：結(jié)論：在壓差作用下，通過(guò)固定平行平板在壓差作用下，通過(guò)固定平行平板 縫隙的流量與縫隙高度的三次方成縫隙的流量與縫隙高度的三次方成 正比，這說(shuō)明，液壓元件內(nèi)縫隙的正比，這說(shuō)明，液壓元件內(nèi)縫隙的 大小對(duì)其泄漏量的影響是很大的大小對(duì)其泄漏量的影響是很大的 兩平板既有兩平板既有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，兩端相對(duì)運(yùn)動(dòng)，兩端又有壓差又有壓差2022-5-351vhhpldhq211232.2.同心環(huán)縫隙流量同心環(huán)縫隙流量設(shè)圓柱體直徑為設(shè)圓柱體直徑為d，間隙厚，間隙厚度為度為h，間隙長(zhǎng)

39、度為，間隙長(zhǎng)度為l，若沿，若沿圓周展開，相當(dāng)于平行平板圓周展開，相當(dāng)于平行平板間隙，間隙，b=d，則液體通過(guò)內(nèi)，則液體通過(guò)內(nèi)外表面間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)情況下外表面間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)情況下同心環(huán)形間隙的流量為：同心環(huán)形間隙的流量為：2022-5-352du).p(ldq02321511123.3.偏心環(huán)縫隙流量偏心環(huán)縫隙流量結(jié)論：結(jié)論：1） = 1時(shí)時(shí) q偏偏 = 2.5q同同 2）= 0時(shí)時(shí) 即同心圓環(huán)縫隙即同心圓環(huán)縫隙 3） q與與2成正比，成正比， q 應(yīng)盡量做成同心，以減小泄漏量應(yīng)盡量做成同心，以減小泄漏量 內(nèi)外圓同心時(shí)的間隙內(nèi)外圓同心時(shí)的間隙相對(duì)偏心率，相對(duì)偏心率，/ /。2022-5-3532.6

40、 2.6 氣穴現(xiàn)象及液壓沖擊氣穴現(xiàn)象及液壓沖擊2.6.1 2.6.1 氣穴現(xiàn)象氣穴現(xiàn)象 液壓系統(tǒng)中，由于某種原因（如速度突變），使液壓系統(tǒng)中，由于某種原因（如速度突變），使 壓力壓力降低而使氣泡產(chǎn)生的現(xiàn)象。稱為氣穴現(xiàn)象。降低而使氣泡產(chǎn)生的現(xiàn)象。稱為氣穴現(xiàn)象。（2）產(chǎn)生原因）產(chǎn)生原因 壓力油流過(guò)節(jié)流口、閥口或管道狹縫時(shí)，速度升高，壓壓力油流過(guò)節(jié)流口、閥口或管道狹縫時(shí)，速度升高，壓力降低；力降低； 液壓泵液壓泵吸油管道較小，阻力增大，吸油高度過(guò)大，壓力吸油管道較小，阻力增大，吸油高度過(guò)大，壓力降低。降低。（1）定義）定義2022-5-354（3）氣穴現(xiàn)象引起的結(jié)果）氣穴現(xiàn)象引起的結(jié)果1） 液流不連

41、續(xù)，流量、壓力脈動(dòng)液流不連續(xù)，流量、壓力脈動(dòng)2） 系統(tǒng)發(fā)生強(qiáng)烈的振動(dòng)和噪聲系統(tǒng)發(fā)生強(qiáng)烈的振動(dòng)和噪聲 3） 發(fā)生氣蝕發(fā)生氣蝕2022-5-355減小小孔和縫隙前后壓力降，希望減小小孔和縫隙前后壓力降，希望 p1/p2 工作壓力工作壓力 1）引起振動(dòng)、噪聲）引起振動(dòng)、噪聲 2）導(dǎo)致某些元件如密封裝置、管路等）導(dǎo)致某些元件如密封裝置、管路等 損壞損壞 3）使某些元件（如壓力繼電器、順序閥等）使某些元件（如壓力繼電器、順序閥等） 產(chǎn)生誤動(dòng)作產(chǎn)生誤動(dòng)作2022-5-358（4）減小液壓沖擊的措施）減小液壓沖擊的措施 1） 延長(zhǎng)閥門關(guān)閉和運(yùn)動(dòng)部件制動(dòng)換向的時(shí)間。延長(zhǎng)閥門關(guān)閉和運(yùn)動(dòng)部件制動(dòng)換向的時(shí)間。2）

42、限制管道流速及運(yùn)動(dòng)部件速度限制管道流速及運(yùn)動(dòng)部件速度 v管管 5m/s ， v缸缸 10m/min 。3） 加大管道直徑，盡量縮短管路長(zhǎng)度。加大管道直徑，盡量縮短管路長(zhǎng)度。 4） 采用軟管，以增加系統(tǒng)的彈性。采用軟管，以增加系統(tǒng)的彈性。5） 設(shè)置卸荷閥和蓄能器設(shè)置卸荷閥和蓄能器2022-5-359本章結(jié)束本章結(jié)束謝謝謝謝!2022-5-360類型類型名稱名稱ISOISO代號(hào)代號(hào)特性和用途特性和用途礦礦物物油油型型普通液壓油普通液壓油L-HLL-HL精制礦物油加添加劑，提高抗氧化和防銹性能，適用于室內(nèi)一般設(shè)備精制礦物油加添加劑，提高抗氧化和防銹性能，適用于室內(nèi)一般設(shè)備的中低壓系統(tǒng)的中低壓系統(tǒng)抗磨

43、液壓油抗磨液壓油L-HML-HML-HLL-HL油加添加劑，改善抗磨性能，適用于工程機(jī)械、車輛液壓系統(tǒng)油加添加劑，改善抗磨性能，適用于工程機(jī)械、車輛液壓系統(tǒng)低溫液壓油低溫液壓油L-HVL-HVL-HML-HM油加添加劑，改善粘溫特性，可用于環(huán)境溫度在油加添加劑，改善粘溫特性，可用于環(huán)境溫度在-20-204040的的高壓系統(tǒng)高壓系統(tǒng)高粘度指數(shù)液壓油高粘度指數(shù)液壓油L-HRL-HRL-HLL-HL油加添加劑，改善粘溫特性，油加添加劑，改善粘溫特性，VIVI值達(dá)值達(dá)175175以上，適用于對(duì)粘溫特以上，適用于對(duì)粘溫特性有特殊要求的低壓系統(tǒng)，如數(shù)控機(jī)床液壓系統(tǒng)性有特殊要求的低壓系統(tǒng)，如數(shù)控機(jī)床液壓系統(tǒng)

44、液壓導(dǎo)軌油液壓導(dǎo)軌油L-HGL-HGL-HML-HM油加添加劑，改善粘一滑性能，適用于機(jī)床中液壓和導(dǎo)軌潤(rùn)滑油加添加劑，改善粘一滑性能，適用于機(jī)床中液壓和導(dǎo)軌潤(rùn)滑全損耗系統(tǒng)用油全損耗系統(tǒng)用油L-HHL-HH淺度精制礦物油，抗氧化性、抗泡沫性較差，主要用于機(jī)械潤(rùn)滑，用淺度精制礦物油，抗氧化性、抗泡沫性較差，主要用于機(jī)械潤(rùn)滑，用于要求不高的低壓系統(tǒng)于要求不高的低壓系統(tǒng)汽輪機(jī)油汽輪機(jī)油L-TSAL-TSA深度精制礦物油加添加劑，改善抗氧化、抗泡沫等性能，為汽輪機(jī)專深度精制礦物油加添加劑，改善抗氧化、抗泡沫等性能，為汽輪機(jī)專用油，用于一般液壓系統(tǒng)用油，用于一般液壓系統(tǒng)乳乳化化型型水包油乳化液水包油乳化液

45、L-HFAL-HFA又稱高水基液，特點(diǎn)是難燃、粘溫特性好，有一定的防銹能力，潤(rùn)滑又稱高水基液，特點(diǎn)是難燃、粘溫特性好，有一定的防銹能力，潤(rùn)滑性差，易泄漏。適用于有抗燃要求、油液用量大且泄漏嚴(yán)重的系性差，易泄漏。適用于有抗燃要求、油液用量大且泄漏嚴(yán)重的系統(tǒng)統(tǒng)油包水乳化液油包水乳化液L-HFBL-HFB既具有礦物油型液壓油的抗磨、防銹性能，又具有抗燃性，適用于有既具有礦物油型液壓油的抗磨、防銹性能，又具有抗燃性，適用于有抗燃要求的中壓系統(tǒng)抗燃要求的中壓系統(tǒng)合合成成型型水水乙二醇液乙二醇液L-HFCL-HFC難燃，粘溫特性和抗蝕性好，能在難燃，粘溫特性和抗蝕性好，能在-30-306060溫度下使用，適用于溫度下使用，適用于有抗燃要求的中低壓系統(tǒng)有抗燃要求的中低壓系統(tǒng)磷酸酯液磷酸酯液L