1、第一章液壓流體力學基礎,機電工程學院 .,液壓流體力學是液壓傳動專業(yè)的技術(shù)基礎知識。 包含： 2 液壓油的性質(zhì)、要求和選用 2 液體靜力學 2 液體動力學,液壓油的性質(zhì),液壓油的性質(zhì),注意： *處于壓縮狀態(tài)下的液體，能產(chǎn)生向外膨脹的力，這種力類似于一種彈性力。,P壓縮加劇p （ P 0）（壓縮恢復到0）（ p 0） 由于液體可以隨意改變形狀，且又幾乎是不可壓縮的，也就是說，液體既具有無限的“柔軟性”，又可以視為具有很大的“剛度”。因此，密閉的液體便成為能可靠而又靈活地傳遞動力和運動的最好的工作介質(zhì)。,注意： *當油液中混有空氣時，其壓縮性會顯著地增加，并將嚴重影響液壓系統(tǒng)的工作性能。故在液壓系

2、統(tǒng)中盡量減少油液中的空氣含量。,牛頓內(nèi)摩擦定律,思考題,1、試述油液粘性的定義和牛頓內(nèi)摩擦定律。 2、液壓油的牌號是怎樣規(guī)定的？說明N32、N12 的含義。 3、影響油液粘度的主要因素是什么？ 4、試述選用液壓油的依據(jù)和原則，防止液壓油污染的措施。,作業(yè),1、P46：1-2 2、P46 ：1-3,液壓流體力學,液壓流體力學是研究液體平衡和運動的力學規(guī)律的一門學科。液壓流體力學-液壓傳動的力學基礎。 液體靜力學 研究液體在靜止狀態(tài)下的力學規(guī)律及其應用 液體動力學 研究液體流動時流速和壓力的變化規(guī)律 管道中液流的特性 用于計算液體在管路中流動時的壓力損失 孔口及縫隙的壓力流量特性 是分析節(jié)流調(diào)速回

3、路性能和計算元件泄漏量的理論依據(jù) 液壓沖擊和氣穴現(xiàn)象,一、液體靜壓力及其特性,1. 作 用 于 流 體 上 的 力,作用在液體上的力有兩種，即質(zhì)量力和表面力。, 質(zhì)量力: 指與流體質(zhì)量成正比的力。,如：重力、慣性力,直線：,離心：, 表面力: 指與流體的作用面積成正比的力。,如：固體壁面對液體的作用力，液體表面上氣體的作用力等,外力,從液體內(nèi)取出的分離體所受的力,內(nèi)力,流體力學基礎,流體靜力學,靜壓力及其特性,流體處于靜止（或平衡）狀態(tài)時，單位面積上所受到的法向力，稱為靜壓力（p）。,2. 流體靜壓力及其特性, 若包含液體某點的微小面積A上所作用的法向力為F， 則該點的靜壓力p定義為：,流體力

4、學基礎,流體靜力學,靜壓力及其特性, 若法向力F均勻地作用在面積A上，則壓力可表示為:,重要性質(zhì)：,流體靜壓力的方向必然是沿作用面的內(nèi)法線方向；,由于液體質(zhì)點間的凝聚力很小，微小的切力作用就會引起 質(zhì)點的相對運動，這就破壞了流體的靜力平衡。因此平衡 條件下的流體只能承受壓應力，而壓力即為內(nèi)法線方向。,？,靜止流體內(nèi)任一點的流體靜壓力在各個方向上都相等， 即：作用于一點的流體靜壓力的大小與該點的作用面 在空間的方位無關。,方向,大小,雖然同一點的各方向壓力相等，但不同點的壓力卻不是一樣 的， 因流體是連續(xù)介質(zhì)，所以壓力是空間坐標的連續(xù)函數(shù)， 即： P = f ( x. y. z ),流體力學基礎

5、,流體靜力學,靜壓力及其特性,3 流體靜壓強的特點,(1)特點一 :流體靜壓強引起的作用力總是垂直于作用面，且指向作用面的內(nèi)法線方向。,(2)特點二：流體內(nèi)部一點的流體靜壓強在各方向相等，即靜壓強為標量。,x,y,o,a,b,G,由于流體處于靜止：,所以：,取微元體、受力到如圖,故,得證, 微元體分析法的步驟： 1 取合適的微元體 2 受力分析 3 建立方程,三維微元體,二、流體平衡微分方程,1 歐拉平衡方程 1755年 Euler,即：靜止流體內(nèi)的壓強梯度僅與體積力有關，該方程表明了靜止流體在質(zhì)量力和表面力作用下保持平衡的條件。,根據(jù)牛頓第二定理:,類似地：,歐拉微分方程的矢量形式：, 靜止

6、流體內(nèi)任意兩點間的壓力差公式： dp=(fxdx+fydy+fzdz),2、質(zhì)量力勢函數(shù), 若流體均勻不可壓，有=常數(shù)，那么： d（p/）=(fxdx+fydy+fzdz)=d(-）,可見：函數(shù)（-）在各方向的偏導數(shù)就是質(zhì)量力在此方向的分量，我們稱為質(zhì)量力的勢函數(shù)，該函數(shù)反映了單位質(zhì)量流體具有的勢能。,其中：, 在重力場作用下的均勻不可壓靜止流體： =gz, 等壓面方程為： fxdx+fydy+fzdz=0, 等壓面就是等勢面, 質(zhì)量力與等壓面處處垂直,等壓面,3、等壓面 由流體中壓強相等的點組成的面。,三、流體靜力學基本方程（重力場條件下）,-流體靜力學基本方程,如果流體不可壓、均質(zhì)，那么：

7、, fx = fy=0 fz= -g dp/dz= -g,1 流體靜力學基本方程,絕對壓力相對壓力大氣壓力,真空度大氣壓力絕對壓力負的相對壓力,1at(工程大氣壓)1kgf/cm2=9.8104N/m2 1bar=105N/m2=10N/cm2=1.02kgf/cm2,例：如圖所示液壓缸筒，半徑為r，其中充滿壓力為p的液壓油。求壓力油對缸筒右半壁內(nèi)表面在x方向上的作用力Fx。,解1： 取長度為 l ，寬度為ds的微小面積dA。,壓力油對dA的作用力為 dF=p dA ，方向為A 的法線方向。,流體力學基礎,流體靜力學,液體對固體壁面的作用力,積分得：,解2： 右半壁內(nèi)表面在x方向上的投影面積為

8、：,流體力學基礎,流體靜力學,液體對固體壁面的作用力,微小面積上，微小作用力的水平分力：,液壓油對缸筒內(nèi)壁作用力的水平分量：,結(jié)論：液體對曲面的作用力在某一方向上的分力， 等于液體壓力與曲面在該方向上的投影 面積的乘積。,F=pA=pd2/4,思考題,1、液體靜壓力有何特征和分布規(guī)律？ 2、液體的壓力是如何產(chǎn)生的？,作業(yè),P47 1-7，1-8,液體動力學,液體動力學的主要內(nèi)容是研究液體流動時流速和壓力的變化規(guī)律。流動液體的連續(xù)性方程、伯努利方程、動量方程是描述流動液體力學規(guī)律的三個基本方程式。前兩個方程反映了液體的壓力、流速與流量之間的關系，動量方程用來解決流動液體與固體壁面間的作用力問題。

9、,液體動力學： 1、基本概念； 2、基本方程： 連續(xù)方程 （質(zhì)量守恒定律） 伯努利方程（能量守恒定律） 動量方程 （動量守恒定律）,跡線、流線 跡線是流動液體的某一質(zhì)點在某一時間間隔內(nèi)在空間的運動軌跡?？梢灾庇^地表示流體質(zhì)點所經(jīng)歷的空間位置和路程。 流線是表示某一瞬時液流中各處質(zhì)點運動狀態(tài)的一條條曲線，在此瞬時，流線上各質(zhì)點速度方向與該線相切。流線只能是一條光滑的曲線。定常流動跡線和流線重合。如圖a所示。,在液體流動空間中任意畫一不屬流線的封閉曲線，沿經(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流管。流管內(nèi)的流線群稱為流束。,思考題：,連續(xù)性方程只適合于同一管道，活塞將液壓缸分成兩

10、腔，因此求qB不能直接使用連續(xù)性方程。,對于圖示液壓缸，如果流入流量為q，活塞面積為A，活塞桿面積為s，流出流量為多少？,利用伯努利方程進行計算時必須注意的是： （1）截面1、2應順流向選取，否則hw為負值,且選在流動平穩(wěn)的過流斷面上； （2）z和p應為過流斷面的同一點上的兩個參數(shù)，為方便起見，一般將這兩個參數(shù)定在過流斷面的軸心處。 （3）兩通流截面壓力的表示應相同，如P1是相對壓力，P2也應是。,思考題,1、理想液體伯努利方程的表達式，物理意義。實際式的表達式。 2、在何種條件下適用伯努利方程？,作業(yè),P47 1-9 1-10 1-11,作業(yè)： P48：1-14,思考題,1、液體在管道中流動時的流動狀態(tài)？與哪些因素有關。 2、液體在管道中流動的壓力損失有幾種？分別產(chǎn)生在何處？