液体流体力学基础

1、教学要求教学要求重点难点重点难点本章目录本章目录 液压传动是以液体作为工作液压传动是以液体作为工作介质进行能量传递的，因此，了介质进行能量传递的，因此，了解液体的物理性质，掌握液体在解液体的物理性质，掌握液体在静止和运动过程中的基本力学规静止和运动过程中的基本力学规律，对于正确理解液压传动的基律，对于正确理解液压传动的基本原理，合理设计和使用液压系本原理，合理设计和使用液压系统都非常必要。统都非常必要。教学要求教学要求 液压传动是以液体作为工作介质进行能量液压传动是以液体作为工作介质进行能量的传递。的传递。1、了解液体的物理性质，静压特性、方程、传递规律，掌握液体在静止和运动过程中的基本力学规

2、律，掌握静力学基本方程、压力表达式和结论 ；2、了解流动液体特性、传递规律，掌握动力学三大方程、流量和结论；3、了解流量公式、特点、两种现象产生原因，掌握薄壁孔流量公式及通用方程、两种现象的危害及消除。重点难点重点难点 液压油的粘性和粘度液压油的粘性和粘度 粘温特性粘温特性 静压特性静压特性 压力形成压力形成 静力学基本方程静力学基本方程 流量与流速的关系，三大方程的流量与流速的关系，三大方程的形式及物理意义形式及物理意义本章目录本章目录第一节第一节 液体的物理性质液体的物理性质第二节第二节 流体静力学基础流体静力学基础第三节第三节 流体动力学基础流体动力学基础第四节第四节 液体流动时的压力损

3、失液体流动时的压力损失第五节第五节 液体流经小孔和缝隙的流量液体流经小孔和缝隙的流量第六节第六节 液压冲击和空穴现象液压冲击和空穴现象第一节第一节 液体的物理性质液体的物理性质流体的密度和重度流体的密度和重度液体的可压缩性液体的可压缩性液体的粘性和粘度液体的粘性和粘度液压油的类型和选用液压油的类型和选用液压油的污染和控制液压油的污染和控制液压油的要求液压油的要求主要内容：主要内容：一、流体的密度和重度一、流体的密度和重度n液体的密度液体的密度VM液压油的密度为900kg/m3n液体的重度液体的重度VG液压油的重度为8800N/m3n重度与密度的关系重度与密度的关系g二、液体的可压缩性二、液体的

4、可压缩性n液体的弹性模量液体的弹性模量K KllplAlAAFVVpK/l液体产生单位体积相对压缩量所需的压力增量液体产生单位体积相对压缩量所需的压力增量l液压油弹性模量为液压油弹性模量为K=(1.42.0)X109Pal等效（常用）弹性模量为等效（常用）弹性模量为K=(0.71.4)X109Pa三、液体的粘性和粘度三、液体的粘性和粘度1. 1.液体的粘性液体的粘性yuAFfdd 液体在外力作用下流动时，液体在外力作用下流动时，液体分子间的内聚力（内摩液体分子间的内聚力（内摩擦力）阻碍其相对运动的性擦力）阻碍其相对运动的性质。质。yudd内摩擦力内摩擦力内摩擦应力内摩擦应力2.2.液体的粘度液

5、体的粘度度量液体粘性大小的物理量度量液体粘性大小的物理量（1 1）动力粘度动力粘度 单位速度梯度上的内摩擦力单位速度梯度上的内摩擦力; ;是表征液体粘性的内摩擦系数是表征液体粘性的内摩擦系数 。PasPas单位：/dydu=（2 2）运动粘度运动粘度 动力粘度与密度之比值，没有动力粘度与密度之比值，没有明确的物理意义明确的物理意义, ,但是工程实际但是工程实际中常用的物理量。中常用的物理量。=cStcSt单位：单位：m m2 2/s/s, ,cStcSt6 610101 1= =s s2 2/ /m m三、液体的粘性和粘度三、液体的粘性和粘度对同一种介质，其运动粘度新旧牌号对比如下表所示：对同

6、一种介质，其运动粘度新旧牌号对比如下表所示：新新 N7 N10 N15 N20 N32 N46 N65 N100 N150旧旧 5710152030406080 一般地，同一种介质比较大小时常用运动粘度一般地，同一种介质比较大小时常用运动粘度,不不是同一种介质比较大小时一般用动力粘度。是同一种介质比较大小时一般用动力粘度。三、液体的粘性和粘度三、液体的粘性和粘度 （3 3）相对粘度相对粘度 雷氏粘度雷氏粘度R英国、欧洲英国、欧洲 赛氏粘度赛氏粘度SSU美国美国 恩氏粘度恩氏粘度 俄国、德国、中国俄国、德国、中国 单位：无量纲t2oE 200ml 200ml 温度为温度为T T的被测液体的被测液

7、体, ,流经恩氏粘度计小流经恩氏粘度计小孔（孔（2.8mm2.8mm）所用时间）所用时间t t1 1，与同体积与同体积2020的蒸的蒸馏水通过小孔所用时间馏水通过小孔所用时间t t2 2之比。之比。t1oE几点说明几点说明l 三种粘度之间的关系三种粘度之间的关系EEoo31.631.7l 影响粘度的因素影响粘度的因素)003. 01 ()1 (00ptpt（4 4）调和油的粘度调和油的粘度新油掺配后组成（和由EbaEbEaEEEEcEbEaE0201021201020100)%)(100)(粘度随着温度升高而显著下降（粘温特性）粘度随着温度升高而显著下降（粘温特性）粘度随压力升高而变大（粘压特

8、性）粘度随压力升高而变大（粘压特性）温度、压力温度、压力四、液压油的类型与选用四、液压油的类型与选用1.对液压油液的要求对液压油液的要求 粘温特性好粘温特性好 有良好的润滑性有良好的润滑性 成分要纯净成分要纯净 有良好的化学稳定性有良好的化学稳定性 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 无毒，价格便宜无毒，价格便宜2.2.液压油的类型液压油的类型石油型液压油石油型液压油 合成型液压油合成型液压油乳化型液压油乳化型液压油3.3.液压油的选用液压油的选用合适的类型（油型）合适的类型（油型）适当的粘度（油号）适当的粘度（油号）（参见下页两个表）（参见下页两个表） 液压系

9、统的工作压力液压系统的工作压力压力高，压力高，要选择粘度较大的液压油液要选择粘度较大的液压油液 环境温度环境温度温度高，选用粘度温度高，选用粘度较大的液压油。较大的液压油。 运动速度运动速度速度高，选用粘度速度高，选用粘度较低的液压油。较低的液压油。 液压泵的类型液压泵的类型各类泵适用的各类泵适用的粘度范围见教材中表粘度范围见教材中表2-32-3。环境因素环境因素运动性能运动性能设备种类设备种类四、液压油的类型与选用四、液压油的类型与选用液压油的类型液压油的类型液压油的类型液压油的类型五、液压油的污染及控制五、液压油的污染及控制l 液压油污染的危害液压油污染的危害造成系统故障造成系统故障降低元

10、件寿命降低元件寿命使液压油变质使液压油变质影响工作性能影响工作性能l 液压油的污染源液压油的污染源系统残留物系统残留物外界侵入物外界侵入物内部生成物内部生成物l 污染的控制污染的控制彻底清洗系统彻底清洗系统保持系统清洁保持系统清洁定期清除污物定期清除污物定期换油定期换油第二节第二节 液体静力学基础液体静力学基础u 压力的概念压力的概念u 压力的分布压力的分布u 压力的表示压力的表示u 压力的传递压力的传递u 压力的计算压力的计算一、压力的概念一、压力的概念AFpAlim0静止液体在单位面积上所受的法向力称为静压力。静止液体在单位面积上所受的法向力称为静压力。（A0） 若在液体的面积若在液体的面

11、积A上所上所受的作用力受的作用力F为均匀分布为均匀分布时，静压力可表示为：时，静压力可表示为： p = F / A 液体静压力在物理学上液体静压力在物理学上称为压强，工程实际应用称为压强，工程实际应用中习惯称为压力。中习惯称为压力。液体静压力的特性：液体静压力的特性：1 1）液体静压力垂直于）液体静压力垂直于承压面，方向为该面内承压面，方向为该面内法线方向。法线方向。2 2）液体内任一点所受）液体内任一点所受的静压力在各个方向上的静压力在各个方向上都相等。都相等。二、压力的分布二、压力的分布)(AghApApo（压力随深度（压力随深度线性增加；等线性增加；等深等压。）深等压。） 静压力基本方程

12、式：静压力基本方程式：如下图如下图 得：得： 重力作用下静止液体压力分布特征：重力作用下静止液体压力分布特征： 压力由两部分组成：液面压力压力由两部分组成：液面压力p p0 0，自重形成的压力，自重形成的压力ghgh； 液体内的压力与液体深度成正比；液体内的压力与液体深度成正比； 离液面深度相同处各点的压力相等，压力相等的所有点组成离液面深度相同处各点的压力相等，压力相等的所有点组成等压面，重力作用下静止液体的等压面为水平面；等压面，重力作用下静止液体的等压面为水平面；ghpp0三、压力的表示三、压力的表示1 1）按测量方式表示）按测量方式表示 水柱高度（水柱高度（m) )、水银柱高、水银柱高

13、度（度（mm) ) 单位面积受力值（帕单位面积受力值（帕Pa、兆帕兆帕MPa、工程大气压、工程大气压atat）2 2）按测量基准不同表示）按测量基准不同表示 p pp pa a p p表压表压=p p相对相对= p p绝对绝对 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 ;管径变化大管径变化大 v110 5时，可以认为是不变的常数，计算时按时，可以认为是不变的常数，计算时按Cq=0.600.62选取；不完全收缩选取；不完全收缩(d1/d7)，Cq=0.70.8。 薄壁小孔因沿程阻力损失小，流量对油温变化不敏感，因薄壁

14、小孔因沿程阻力损失小，流量对油温变化不敏感，因此多被用作调节流量的节流器。此多被用作调节流量的节流器。 112TCVqAACCCpAldlpdqT32128242.细长孔细长孔(l/d4） 液流经过细长孔的流量和孔前后压差成正比，和液体粘液流经过细长孔的流量和孔前后压差成正比，和液体粘度成反比，流量受液体温度影响较大。度成反比，流量受液体温度影响较大。 4.小孔流量通用公式小孔流量通用公式 pKAqmT细长孔细长孔 薄壁孔、短孔薄壁孔、短孔lKmd32123.短孔短孔（0.5l/d4)PCAqqT2 C Cq q应按曲线查得，雷诺数较大时，应按曲线查得，雷诺数较大时， C Cq q基本稳定在基

15、本稳定在0.80.8 左右。左右。短管常用作固定节流器短管常用作固定节流器25 . 0CqKmplby)ydy(lpbubdyqy)y(lpulplppdxdp;时uy；u时yCyCydxdpudxdpdyuddydudxdpdydbdxdp)bdy(pd)bd(pbdy122200021积分后得1因此而整理后得3001221222buplbq032112二、流体流过缝隙流量二、流体流过缝隙流量固定平行平板缝隙相对运动平行平板缝隙1.1.平行板缝隙流量平行板缝隙流量du).p(ldq0232151112dupldq0321122.2.同心环缝隙流量同心环缝隙流量3.3.偏心环缝隙流量偏心环缝隙流量第六节第六节 液压冲击与空穴现象液压冲击与空穴现象一、液压冲击一、液压冲击 1 1、含义、含义：由于某种原因致使压力突然增高的现象。 pmax=p+p 2 2、原因、原因： 管道阀门关闭