1、任務(wù)2：了解流體力學(xué)基礎(chǔ),一、液壓油 二、流體靜力學(xué)基礎(chǔ) 三、流體動力學(xué)基礎(chǔ),任務(wù)2：了解流體力學(xué)基礎(chǔ),一、液壓油 1液壓油的分類 液壓油主要有礦油型、合成型、乳化型三大類 2液壓油的性質(zhì) （1）粘性 粘性是流體在外力作用下流動時分子間的內(nèi)聚力要阻止分子間的相對運(yùn)動而產(chǎn)生的一種內(nèi)摩擦力。 （動畫） 根據(jù)實(shí)際測定的數(shù)據(jù)所知，流體層間的內(nèi)摩擦力F與流體層的接觸面積A及流體層的相對流速成正比，而與此二流體層間的距離成反比，即：,如果用單位接觸面積上的內(nèi)摩擦力（剪切應(yīng)力）來表示，則上式可改寫成,這就是牛頓內(nèi)摩擦定律。 粘性是液體最重要的物理特征之一，是選擇液壓油的主要依據(jù)，它常用絕對粘度（動力粘度）、

2、運(yùn)動粘度和相對粘度來表示（見表2-2）,（2）液體的可壓縮性 液體的可壓縮性是液體受壓力的作用而使其體積發(fā)生變化的性質(zhì)?？捎皿w積壓縮系數(shù)表示。它是液體在單位壓力變化時的體積相時變化量。即,3液壓油的選用 我國液壓油的牌號是以這種油液40時的運(yùn)動粘度的平均值來標(biāo)定的，例如46號液壓油是指這種油在40時的運(yùn)動粘度的平均值為46cSt（mm2/s）。 正確而合理地選用液壓油，是保證液壓設(shè)備高效率正常運(yùn)轉(zhuǎn)的前提。選用液壓油時，可根據(jù)液壓設(shè)備及液壓元件生產(chǎn)廠所推薦的品種號數(shù)來選用液壓油，或者根據(jù)液壓系統(tǒng)的工作環(huán)境、工作壓力、液壓元件種類及經(jīng)濟(jì)性等因素全面考慮。具體如下表。,二、液體靜力學(xué)基礎(chǔ) 液體靜力學(xué)

3、是研究液體處于相對平衡狀態(tài)下的力學(xué)規(guī)律和這些規(guī)律的實(shí)際應(yīng)用的力學(xué)。所謂相對平衡是指液體內(nèi)部各質(zhì)點(diǎn)間沒有相對運(yùn)動，至于液體本身完全可以和容器一起如同剛體一樣做各種運(yùn)動。因此，液體在相對平衡狀態(tài)下不呈現(xiàn)粘性，不存在切應(yīng)力，只有法向的壓應(yīng)力，即靜壓力。 1液體的靜壓力及特性 液體的靜壓力是指液體相對靜止時，液體單位面積上所受的法向力。,液體靜壓力有以下兩個特性： 液體靜壓力垂直于承壓面,其方向和該面的內(nèi)法線方向一致。 靜止液體內(nèi)任一點(diǎn)所受到的壓力在各個方向上都相等。 2液體的靜力學(xué)基本方程,如圖1-2-3所示，密度為的液體在容器內(nèi)處于靜止?fàn)顟B(tài)，作用在液面上的壓力為，如果計算距液面深度為處某一點(diǎn)的壓力

4、，可以假想從液面往下切取高度為，底面積為的小液柱為研究對象，這個液柱在重力和周圍液體壓力作用下，處于平衡狀態(tài)，所以有,圖1-2-3 靜壓力的分布規(guī)律,如果取X軸為相對高度的起始點(diǎn)，則上式可寫成,3絕對壓力、相對壓力和真空度 壓力的表示方法有絕對壓力和相對壓力兩種。,絕對壓力、相對壓力(表壓力)和真空度的關(guān)系如圖1-2-4所示。,圖1-2-4絕對壓力、相對壓力和真空度,【例1-2-1】如圖1-2-5所示，容器內(nèi)盛有油液。已知油的密度=900kg/m3，活塞上的作用力=1000N，活塞的面積=110-3m2，假設(shè)活塞的重量忽略不計。問活塞下方深度為=1m處的壓力等于多少？,圖1-2-5 例1-2-

5、1圖,解：由式1-2-5得,(a) (b) 圖1-2-6 液壓力作用在曲面上的力,4液體作用在固體壁面上的力 具有一定壓力的液體與固體壁面相接觸時，固體壁面將受到液壓力的作用，如果略去液體自重產(chǎn)生的壓力，液體中各點(diǎn)的靜壓力是均勻分布的，且垂直作用于受壓表面。因此，當(dāng)承受壓力的表面為平面時，液體對該平面的總作用力等于液體的壓力與受壓面積的乘積，即,當(dāng)承受壓力的表面為如圖1-2-6所示的曲面時，液體對該曲面的總作用力等于液體的壓力與受壓曲面在垂直方向的投影面積的乘積，即,當(dāng)承受壓力的表面為曲面時，由于壓力總是垂直于承受壓力的表面，所以作用在曲面上各點(diǎn)的力不平行但相等。要計算曲面上的總作用力，必須明

6、確要計算哪個方向上的力。 如圖1-2-6c所示為液壓缸筒受力分析圖。設(shè)缸筒半徑為r，長度為l，求液壓力作用在右壁部x方向的力Fx。在缸筒上取一微小窄條，其面積為dA=lds=lrd，壓力油作用在這微小面積上的力dF在x方向的投影為：,圖1-2-6c,dFx=dFcos=pdAcos=plrcosd 在液壓缸筒右半壁上x方向的總作用力為：,式中，2lr為曲面在x方向的投影面積。,由此可得出結(jié)論，作用在曲面上的液壓力在某一方向上的分力等于靜壓力與曲面在該方向投影面積的乘積。這一結(jié)論對任意曲面都適用。,三、液體動力學(xué)基礎(chǔ) 液體動力學(xué)是研究液體在外力的作用下流動時作用在液體上的力與液體運(yùn)動之間的關(guān)系和

7、能量轉(zhuǎn)換關(guān)系的力學(xué)。它是液壓與氣動技術(shù)中分析問題和設(shè)計計算的理論依據(jù)。 1基本概念 （1）理想液體和穩(wěn)定流動 所謂理想液體就是無粘性、不可壓縮的假想液體。 穩(wěn)定流動是液體流動時，液體中任意一點(diǎn)處的壓力、流速和密度不隨時間而變化。 （2）流量和平均流速 流量是指單位時間流過某一過流斷面的液體體積，即,平均流速是假設(shè)過流斷面上各點(diǎn)的流速均勻分布，液流質(zhì)點(diǎn)在單位時間內(nèi)流過的距離。即,式中為液流質(zhì)點(diǎn)流過的距離，為液體通過的時間，單位為m/s。 將式2-9的分子和分母同時乘以，則得,（3）層流、紊流和雷諾數(shù)(動畫） 顏色水和周圍的液體沒有混雜，而是層次分明，能夠維持穩(wěn)定的流束狀態(tài)，這種流動稱為層流。如果

8、A閥繼續(xù)開大，脈動加劇，顏色水就完全與周圍液體混雜而不再維持流束狀態(tài)，引起流層間質(zhì)點(diǎn)相互錯雜交換，這種流動稱為紊流或湍流。 液體流動時究竟是層流還是紊流，可用雷諾數(shù)來判斷，即,2連續(xù)性方程 連續(xù)性方程是質(zhì)量守恒定律在液體力學(xué)中的一種表達(dá)形式。設(shè)不可壓縮的液體在圖1-2-8所示的管道中作穩(wěn)定流動，若取兩個過流截面1和2，其截面積為和，這兩截面上的平均流速為和，兩截面上的密度不變，則在兩截面處的液體質(zhì)量應(yīng)相等，即,常量,圖1-2-8 液流的連續(xù)性原理,3伯努利方程 （1）理想液體的伯努利方程 假定理想液體在如圖1-2-9所示的管道中作穩(wěn)定流動1截面和2截面處的能量如表1-2-6所示。,圖1-2-9

9、伯努利方程的示意圖,（2）實(shí)際液體的伯努利方程 實(shí)際液體在管道中流動時，由于液體有粘性，會產(chǎn)生內(nèi)摩擦力，因此造成能量損失，另外由于實(shí)際流速在管道通流截面上分布是不均勻的，用平均流速來代替，必然會產(chǎn)生偏差，這樣就必須引入動能修正系數(shù)來補(bǔ)償產(chǎn)生的偏差，因此實(shí)際液體的伯努利方程為,【例1-2-2】圖示液壓泵從油箱吸油。液壓泵流量為150L/min，油液粘度=3010-6m2/s，密度=900kg/m3。吸油管長度l=3m，吸油管直徑d =60 mm，在不計局部損失時，試求為保證泵吸油口真空度不超過0.2105Pa，液壓泵吸油口高于油箱液面的高度H。,圖1-2-9 例12-2圖,解：設(shè)以油箱液面為1-

10、1截面，泵的進(jìn)油口處管道截面為2-2截面，流速為、壓力為、泵的吸油口高于油箱液面的高度為，根據(jù)實(shí)際液體的伯努利方程,4動量方程 動量方程是動量定理在流體力學(xué)中的具體應(yīng)用。剛性力學(xué)動量定理指出，作用在物體上的外力等于物體在單位時間內(nèi)的動量變化量，即,5、液壓沖擊 液壓沖擊是指在液壓系統(tǒng)中由于液流速度突變或突然改變流向等原因而引起的油液壓力在瞬間急劇上升的現(xiàn)象。 液壓沖擊會引起振動和噪聲，導(dǎo)致密封裝置、管路等液壓元件的損壞，有時還會使壓力繼電器、順序閥等元件產(chǎn)生誤動作，影響系統(tǒng)的正常工作。因此必須采取有效措施來減輕和防止液壓沖擊。 避免產(chǎn)生液壓沖擊的基本措施是盡量避免液流速度發(fā)生急劇變化，延緩速度變化的時間，其具體辦法是：,6、空穴現(xiàn)象 空穴現(xiàn)象是指在液壓系統(tǒng)中由于流速突然變大、供油不足等因素，壓力會迅速下降至于低于空氣分離壓時，溶于油液中的空氣游離出來形成氣