《液压与气动技术》第二章

1、第第2章液压流体力学基础章液压流体力学基础 第一部分学习指导第一部分学习指导 第二部分主教材习题及答案第二部分主教材习题及答案 第三部分拓展题及答案第三部分拓展题及答案 第一部分学习指导第一部分学习指导 一、学习方法一、学习方法 流体力学是专门研究流体平衡和流动规律的一门学科。在流体力学是专门研究流体平衡和流动规律的一门学科。在 流体力学的学习中，要深刻理解有关名词的定义、物理意义、流体力学的学习中，要深刻理解有关名词的定义、物理意义、 实质、数学表达式、单位以及影响因素。特别要注意甄别意实质、数学表达式、单位以及影响因素。特别要注意甄别意 思相近或容易混淆的名词、概念之间的差异，紧紧抓住不同

2、思相近或容易混淆的名词、概念之间的差异，紧紧抓住不同 点，从差异找个性，以个性明是非点，从差异找个性，以个性明是非(如流体的迹线与流线，流如流体的迹线与流线，流 竹与流束竹与流束)。在运用定理、公式求解问题时，首先要审题，明。在运用定理、公式求解问题时，首先要审题，明 确己知条件，紧扣所求问题，确运用所学的定理、公式进行确己知条件，紧扣所求问题，确运用所学的定理、公式进行 求解。每个定理都是有其使用范围和条件的，切忌乱用。如求解。每个定理都是有其使用范围和条件的，切忌乱用。如 帕斯卡静压定理只适合于静止的流体帕斯卡静压定理只适合于静止的流体;流量连续方程、伯努利流量连续方程、伯努利 方程和动量

3、方程只适合于流动的流体。方程和动量方程只适合于流动的流体。 下-页 返回 第一部分学习指导第一部分学习指导 二、学习要点二、学习要点 1.液压油的基本要求液压油的基本要求 传递能量、润滑元件、冷却系统、去除污物、防止锈蚀。传递能量、润滑元件、冷却系统、去除污物、防止锈蚀。 2.液压油的物理性质液压油的物理性质 (1)密度密度:单位体积液体所具有的质量。单位体积液体所具有的质量。 (2)可压缩性可压缩性:液体因所受压力增高而发生体积缩小的性质。液体因所受压力增高而发生体积缩小的性质。 (3)孰性孰性:液体在外力作用下流动时，由于液体分了之间的内液体在外力作用下流动时，由于液体分了之间的内 聚力使

4、液体流动受到牵制，从而沿其界面产生内摩擦力，这聚力使液体流动受到牵制，从而沿其界面产生内摩擦力，这 一特性称为液体的孰性。孰性表征了流体抵抗剪切变形的能一特性称为液体的孰性。孰性表征了流体抵抗剪切变形的能 力。薪度的度量方法有以下几种。力。薪度的度量方法有以下几种。 上-页 下-页 返回 第一部分学习指导第一部分学习指导 绝对黏度，又称动力黏度，直接表示流体的绝对黏度，又称动力黏度，直接表示流体的x性大小。性大小。 其物理意义是当速度梯度等于其物理意义是当速度梯度等于1时，单位面积上内摩擦力的时，单位面积上内摩擦力的 大小。大小。 运动黏度运动黏度,指绝对黏度与密度的比值。指绝对黏度与密度的比

5、值。 相对黏度，又称条件黏度，是以相对于蒸馏水的相对黏度，又称条件黏度，是以相对于蒸馏水的x度大度大 小来表示液体的黏度。小来表示液体的黏度。 (4)黏温特性黏温特性:油液的薪度随温度的升高而变小的性质。油油液的薪度随温度的升高而变小的性质。油 液的薪度随温度的变化越小越好。液的薪度随温度的变化越小越好。 3.液体静压力液体静压力P 静压力指静止液体单位面积上所受到的法向力。静压力指静止液体单位面积上所受到的法向力。 0 F pppgh A 上-页 下-页 返回 第一部分学习指导第一部分学习指导 4.气压及单位气压及单位 (1)气压的表示方法气压的表示方法(图图2-1) 绝对压力绝对压力: 以

6、绝对真空为零点而计量的压力。以绝对真空为零点而计量的压力。 相对压力相对压力: 以大气压为基准点而计量的压力。以大气压为基准点而计量的压力。 表压表压: 正的相对压力。正的相对压力。 真空度真空度: 负的相对压力的绝对值。负的相对压力的绝对值。 (2)气压的单位。气压的单位。 帕帕(Pa) 1 Pa=1 N/m2 兆帕兆帕(MPa) 1 MPa=106 Pa 巴巴(bar)， 1 bar=1 kg/cm2 1标准大气压（标准大气压（atm) 1 atm=1.01X105 Pa 上-页 下-页 返回 第一部分学习指导第一部分学习指导 5.流场基本概念示意图流场基本概念示意图(图图2-2) 6.流

7、体三大方程流体三大方程 (1)流量连续方程流量连续方程质量守恒。质量守恒。 (2)伯努利方程伯努利方程能量守恒。能量守恒。 (3)动量方程动量方程动量守恒。动量守恒。 1122 v Av A常数 22 1122 12 22 w pupu zzh gggg 2 21 1 ()Fqvv 上-页 下-页 返回 第一部分学习指导第一部分学习指导 7.管路中的总压力损失管路中的总压力损失 8.液体在小孔和缝隙中的流动液体在小孔和缝隙中的流动 (1)液体在小孔中的流动。液体在小孔中的流动。 (2)液体在缝隙中的流动。液体在缝隙中的流动。 液体在平板缝隙中的流动。液体在平板缝隙中的流动。 ppp m qKA

8、 p 3 0 122 ubh qpbh l 上-页 下-页 返回 第一部分学习指导第一部分学习指导 液体在圆柱环形间隙中的流动。液体在圆柱环形间隙中的流动。 9.液压冲击及气穴液压冲击及气穴 (1)液压冲击液压冲击:流体速度急速改变时，由于流动液体的惯性或流体速度急速改变时，由于流动液体的惯性或 运动部件的惯性，使液压系统内的压力发生突然变化的现象。运动部件的惯性，使液压系统内的压力发生突然变化的现象。 液压冲击的危害液压冲击的危害:造成竹道破裂、产生振动和噪声。造成竹道破裂、产生振动和噪声。 (2)气穴气穴:流体压力突降时，混入流体中的气体被分离出来的流体压力突降时，混入流体中的气体被分离出

9、来的 现象。气穴的危害现象。气穴的危害:引起振动，产生冲击、噪声和气蚀。引起振动，产生冲击、噪声和气蚀。 (3)气蚀气蚀:因气穴产生的腐蚀。因气穴产生的腐蚀。 3 000 122 dhdh u qp l 上-页 返回 第二部分主教材习题及答案第二部分主教材习题及答案 2-1为什么压力会有多种不同测量与表示单位为什么压力会有多种不同测量与表示单位? 解解:从理论上讲，采用绝对压力比较精确，但因世界上不从理论上讲，采用绝对压力比较精确，但因世界上不 存在绝对的压力，所以绝对压力的测量在实际工程中难以应存在绝对的压力，所以绝对压力的测量在实际工程中难以应 用。采用相对压力，可以从压力表中直接读取压力

10、值的大小，用。采用相对压力，可以从压力表中直接读取压力值的大小， 若需要求绝对压力，可以很方便地进行换算。若需要求绝对压力，可以很方便地进行换算。 2-2为什么说压力是能量的一种表现形式为什么说压力是能量的一种表现形式? 解解:压力反映了流体内分子之间的距离。分子之间的距离压力反映了流体内分子之间的距离。分子之间的距离 反映了分子之间的内力的大小进而反映了分子能量的大小。反映了分子之间的内力的大小进而反映了分子能量的大小。 压力增大，导致分子内能增大，使能量储存起来，而压力减压力增大，导致分子内能增大，使能量储存起来，而压力减 少表小分子的能量被释放出来。少表小分子的能量被释放出来。 下-页

11、返回 第二部分主教材习题及答案第二部分主教材习题及答案 2-4为什么减缓阀门的关闭速度可以降低液压冲击为什么减缓阀门的关闭速度可以降低液压冲击? 解解:减缓阀门的关闭速度可以削减冲击波的强度。减缓阀门的关闭速度可以削减冲击波的强度。 2-5为什么在液压传动中对竹道内油液的最大流速要加以限为什么在液压传动中对竹道内油液的最大流速要加以限 制制? 解解:为了减少液冲击。为了减少液冲击。 2-6如题如题图图2-6所示，充满液体的倒置所示，充满液体的倒置U形竹，一端位于一形竹，一端位于一 液面与大气相通的容器中，另一端位于一密封容器中。容器液面与大气相通的容器中，另一端位于一密封容器中。容器 与竹中液

12、体相同，密度与竹中液体相同，密度1 000 kg/m3。在静止状态下，。在静止状态下，h1 =0.5 m h2=2 m，试求在，试求在A, B两处的真空度。两处的真空度。 解解:(1) A点的真空度为点的真空度为 5 0 0.25 10 A ppPa 上-页 下-页 返回 第二部分主教材习题及答案第二部分主教材习题及答案 (2) B点的真空度为点的真空度为 2-8如题如题图图2-8所示所示 解解:(1)求重力求重力G (2)求浮力求浮力FM 5 0 0.05 10 B ppPa 3 4 329 32 D GgN 3 2 4 37() 3223 M DDh FhgN 上-页 下-页 返回 第二部

13、分主教材习题及答案第二部分主教材习题及答案 (3)求水平力求水平力F 将己知数据代入上式得将己知数据代入上式得 4 22 22 3 64 0.0064 2 () 3 261222 d a DDDDd 2 4 173.3 3 FdgHH 24 14.06 10 16 d bm HH 上-页 下-页 返回 第二部分主教材习题及答案第二部分主教材习题及答案 2-9如题如题2-9图图所示所示 解解(1)选择油液面为选择油液面为1-1截面，出油日为截面，出油日为2-2截面，写出伯努截面，写出伯努 利方程为利方程为 (2)可将上式简化为可将上式简化为 (3)出口流量为出口流量为 22 1122 12 22

14、 w pupu zzh gggg 2 22 2 a ppv H ggg 22 1.72/qv AL s 上-页 下-页 返回 第二部分主教材习题及答案第二部分主教材习题及答案 (4) 需时间为需时间为 2-10如题如题2-10图图所示所示 解根据局部压力损失方程得解根据局部压力损失方程得 通过管道的流量为通过管道的流量为 1.62th 2 2 v P 2 6.09(/ )qvAL s 上-页 返回 第三部分拓展题及答案第三部分拓展题及答案 T2-1如果活塞不能移动，液压缸又是刚性的，试求由于温如果活塞不能移动，液压缸又是刚性的，试求由于温 度的变化，油液的膨胀使液压缸中液压油的压力上升多少度的

15、变化，油液的膨胀使液压缸中液压油的压力上升多少? 解：则可得压力增大值为解：则可得压力增大值为 T2-2某液压系统的油液中混入占体积某液压系统的油液中混入占体积1%的空气，试求压的空气，试求压 力分别为力分别为3.5 MPa和和7.0MPa时该油的等效体积模量。当油时该油的等效体积模量。当油 液中混入液中混入5%的空气，压力为的空气，压力为3.5 MPa时，油液的等效体积时，油液的等效体积 模量等于多少模量等于多少(设钢竹的弹性忽略不计设钢竹的弹性忽略不计)? 6 102 0 206.76 10 58.5 5 100.150.4 4 V pPaMPa kV 下-页 返回 第三部分拓展题及答案第

16、三部分拓展题及答案 解：油液的等效体积模量为解：油液的等效体积模量为 T2-3图图T2-3所示所示 解：动力黏度解：动力黏度 带入数据带入数据 2 96 3 1151 / 2.0 101001.4 3.5 10 0.093 10 mN K KMPa / / f FA du dy 8/0.0628 0.051() 2512 Pa s 上-页 下-页 返回 第三部分拓展题及答案第三部分拓展题及答案 T2-4图图T2-4所示所示 解：解： 求得求得 2 1 0.1196 0.140.0526() 0.50 2500() 0.120.1196 2 du FA dy Am du s dy 8.55()F

17、N 上-页 下-页 返回 第三部分拓展题及答案第三部分拓展题及答案 T2-5在连通器中存在两种液体，如图在连通器中存在两种液体，如图T2-5所示。所示。 解：取解：取1-1为基准面，由于在同一液体单，所以为基准面，由于在同一液体单，所以1-1是等压是等压 面，于是面，于是 T2-6如图如图T2-6所示所示 解解:设球形容器内气体的绝对压力为设球形容器内气体的绝对压力为P，取和大气相接触的液，取和大气相接触的液 面为等压面，得面为等压面，得 1 122 3 2 1000 0.6 800(/) 0.75 hh kg m 1122a ppghgh 上-页 下-页 返回 第三部分拓展题及答案第三部分拓

18、展题及答案 真空度为真空度为 T2-7图图T2-7所小为一微压计所小为一微压计 解解:取取P1液面为等压面，则液面为等压面，则 T2-8如图如图T2-8所示所示 解解:U形竹内的静压力平衡方程为形竹内的静压力平衡方程为 所以，所以， 1122 ghgh 12 12 sin 1000 9.8 0.08 sin6 ppgl pp AAABBB pgzpgzgh 汞 8350() AB pppPa 上-页 下-页 返回 第三部分拓展题及答案第三部分拓展题及答案 T2-9图图T2-9所示所示 解：解： 底而的作用力为底而的作用力为 T2-10 解：解： 2 1000 9.8 2115394 4 pA

19、2 15286624.2112000000() 4 pAN 12 8 12 H H H ddmm dDdmm dDdmm 上-页 下-页 返回 第三部分拓展题及答案第三部分拓展题及答案 T2-11 解：方形截面槽的流量为解：方形截面槽的流量为 T2-13 解：并联管道同并联电路一样，两个分管流量之和等于总流解：并联管道同并联电路一样，两个分管流量之和等于总流 量。量。 2 63 417.32 10 (/ ) 128 d H qpms l 2 11 22 vd vd 上-页 下-页 返回 第三部分拓展题及答案第三部分拓展题及答案 T2-14一高架水箱如图一高架水箱如图T2-14所示所示 解：解： T2-15如图如图T2-15所示。所示。 所以沿程压力损失为所以沿程压力损失为 局部阻力损失为局部阻力损失为 2 1 785 7851.57 H H dh dt h dh tH h 2 0.105 2 l v pMPa d 0.051pMPa 上-页 下-页 返回 第三部分拓展题及答案第三部分拓展题及答案 因此总阻力损失因此总阻力损失P为为 T2-16液压泵从油池中抽吸润滑油如图液压泵从油池中抽吸润滑油如图T2-16所示所示 解：列出伯努利方程为解：列出伯努利方程为 将这些数值代入伯努利方程，得将这些数值代入伯努利