液压与气压传动 第1章 液压流体力学基础

1、1第一章第一章 液压流体力学基础液压流体力学基础1.1 流体介质液压油流体介质液压油1.2 流体静力学流体静力学1.3 流体动力学流体动力学1.4 管道流动管道流动1.5 孔口流动孔口流动1.6 缝隙流动缝隙流动1.7 液压冲击和气穴现象液压冲击和气穴现象21.1 流体介质液压油流体介质液压油液压油的密度和重度（比重）因油的牌液压油的密度和重度（比重）因油的牌号而异，并且随着温度的上升而减小，号而异，并且随着温度的上升而减小，随着压力的提高而稍有增加随着压力的提高而稍有增加。液体具有比钢铁大的多的可压缩性。液体具有比钢铁大的多的可压缩性。（体积弹性模量）（体积弹性模量）产生单位体积变化所需的压

2、力增量。产生单位体积变化所需的压力增量。3油液可压缩性油液可压缩性n 纯油的可压缩性随压缩过程、温度及其压力纯油的可压缩性随压缩过程、温度及其压力的变化而变动，但变动量不大，可不予考虑。的变化而变动，但变动量不大，可不予考虑。n 在一般情况下，油的可压缩性对液压系统性在一般情况下，油的可压缩性对液压系统性能影响不大，但在能影响不大，但在高压情况高压情况下以及在研究系下以及在研究系统动态性能时则不能忽略。统动态性能时则不能忽略。n 由于空气的可压缩性很大，且与工作压力的由于空气的可压缩性很大，且与工作压力的改变而大幅度变化，所以改变而大幅度变化，所以游离空气游离空气对当量体对当量体积弹性模量影响

3、很大。积弹性模量影响很大。4液体在外力作用下流动时，其流动受到牵制，且在流液体在外力作用下流动时，其流动受到牵制，且在流动截面上各点的流速不同。各层液体间有相互牵制作动截面上各点的流速不同。各层液体间有相互牵制作用，这种相互牵制的力称作液体内的摩擦力或粘性力。用，这种相互牵制的力称作液体内的摩擦力或粘性力。速度梯度速度梯度56Pas绝对粘度绝对粘度78VI值越大，粘值越大，粘温特性越好温特性越好91011121314SR71黑鸟黑鸟15液压油的污染液压油的污染（Contamination）及其控制及其控制16污染物污染物 Pollutant1718外部污染外部污染1920等级码越小，油等级码越

4、小，油液精度越高液精度越高21等级码越小，油等级码越小，油液精度越高液精度越高22液压油中含水液压油中含水23防止污染的措施（防止污染的措施（Measures）24液压流体力学液压流体力学25第一章第一章 液压流体力学基础液压流体力学基础1.1 流体介质液压油流体介质液压油1.2 流体静力学流体静力学1.3 流体动力学流体动力学1.4 管道流动管道流动1.5 孔口流动孔口流动1.6 缝隙流动缝隙流动1.7 液压冲击和气穴现象液压冲击和气穴现象261.2 流体静力学流体静力学27两个重要特性两个重要特性2829（表压力）（表压力）3031323334第一章 液压流体力学基础1.1 流体介质液压油

5、流体介质液压油1.2 流体静力学流体静力学1.3 流体动力学流体动力学1.4 管道流动管道流动1.5 孔口流动孔口流动1.6 缝隙流动缝隙流动1.7 液压冲击和气穴现象液压冲击和气穴现象351.3 流体动力学流体动力学 主要研究流体流动时压力和流速的变化规律主要研究流体流动时压力和流速的变化规律o 基本概念基本概念o 三个基本方程三个基本方程n 流量连续性方程流量连续性方程 （质量守恒）（质量守恒）n 伯努利方程伯努利方程 （能量守恒）（能量守恒）n 动量方程动量方程 （动量定理）（动量定理）36一、基本概念一、基本概念37一、基本概念一、基本概念383940伯努利家族伯努利家族o在科学史上，

6、父子科学家、兄弟科学家并不鲜见，然而，在一在科学史上，父子科学家、兄弟科学家并不鲜见，然而，在一个家族跨世纪的几代人中，众多父子兄弟都是科学家的较为罕个家族跨世纪的几代人中，众多父子兄弟都是科学家的较为罕见，其中，见，其中，瑞士的伯努利家族瑞士的伯努利家族最为突出。最为突出。伯努利家族伯努利家族3代人中产生了代人中产生了8位科学家，出类拔萃的至少有位科学家，出类拔萃的至少有3位；位；而在他们一代又一代的众多子孙中，至少有一半相继成为杰出而在他们一代又一代的众多子孙中，至少有一半相继成为杰出人物。伯努利家族的后裔有不少于人物。伯努利家族的后裔有不少于120位被人们系统地追溯过，位被人们系统地追溯

7、过，他们在数学、科学、技术、工程乃至法律、管理、文学、艺术他们在数学、科学、技术、工程乃至法律、管理、文学、艺术等方面享有名望，有的甚至声名显赫。等方面享有名望，有的甚至声名显赫。o最不可思议的是这个家族中有两代人，他们中的大多数数学家，最不可思议的是这个家族中有两代人，他们中的大多数数学家，并非有意选择数学为职业，然而却忘情地沉溺于数学之中，有并非有意选择数学为职业，然而却忘情地沉溺于数学之中，有人调侃他们就像酒鬼碰到了烈酒。人调侃他们就像酒鬼碰到了烈酒。41o 伯努利，D(Daniel Bernoulli 17001782)瑞士物理学家、数学家、医学家。1700年2月8日生于荷兰格罗宁根。

8、著名的伯努利家族中最杰出的一位。他是数学家J伯努利的次子，和他的父辈一样，违背家长要他经商的愿望，坚持学医，他曾在海得尔贝格、斯脱思堡和巴塞尔等大学学习哲学、论理学、医学。1721年取得医学硕士学位。努利在25岁时(1725)就应聘为圣彼得堡科学院的数学院士。8年后回到瑞士的巴塞尔，先任解剖学教授，后任动力学教授，1750年成为物理学教授。 在17251749年间，伯努利曾十次荣获法国科学院的年度奖。 1782年3月17日，伯努利在瑞士巴塞尔逝世，终年82岁。 o 1738年出版了流体动力学一书，共13章。这是他最重要的著作。书中用能量守恒定律解决流体的流动问题，写出了流体动力学的基本方程，后

9、人称之为“伯努利方程”，提出了“流速增加、压强降低”的伯努利原理。 42o 流动液体中的压力和能量流动液体中的压力和能量: 由于存在运动，由于存在运动，所以理想流体流动时除了具有所以理想流体流动时除了具有压力能压力能与与位位能能外，还具有外，还具有动能动能。o 即流动理想流体具有压力能，位能和动能即流动理想流体具有压力能，位能和动能三种能量形式：三种能量形式：n 单位重量的压力能单位重量的压力能:n 单位重量的位能单位重量的位能: Zn 单位重量的动能单位重量的动能:流动液体的能量gpg224344454647应用伯努利方程的步骤应用伯努利方程的步骤1. 选取适当的基准水平面；选取适当的基准水

10、平面；2. 选取两个计算截面；一个设在已知参数的选取两个计算截面；一个设在已知参数的断面上，另一个设在所求参数的断面上；断面上，另一个设在所求参数的断面上；3. 按照液体流动方向列出伯努利方程；按照液体流动方向列出伯努利方程；4. 若未知数的数量多于方程数，则必须列出若未知数的数量多于方程数，则必须列出其他辅助方程，联立求解。其他辅助方程，联立求解。4849图1 足球在没有旋转下水平运动的情形 图2 足球在只有旋转运动的情形 图3 足球在即有水平又有旋转运动的情形 502 飞机为什么不掉下来飞机为什么不掉下来5152535455第一章 液压流体力学基础1.1 流体介质液压油流体介质液压油1.2

11、 流体静力学流体静力学1.3 流体动力学流体动力学1.4 管道流动管道流动1.5 孔口流动孔口流动1.6 缝隙流动缝隙流动1.7 液压冲击和气穴现象液压冲击和气穴现象561.4 管道流动管道流动575859雷诺生平简介o 雷诺（雷诺（O.ReynoldsO.Reynolds，1842184219121912）：）：英国力学家、理学家和工程师，英国力学家、理学家和工程师，18421842年年8 8月月2323日生于爱尔兰，日生于爱尔兰，18671867年毕业于剑桥大年毕业于剑桥大学王后学院，学王后学院，18681868年出任曼彻斯特欧文学年出任曼彻斯特欧文学院（后改名为维多利亚大学）首席工程学院

12、（后改名为维多利亚大学）首席工程学教授，教授，18771877年当选为皇家学会会员，年当选为皇家学会会员，18881888年获皇家勋章。雷诺于年获皇家勋章。雷诺于18831883年发表了一篇年发表了一篇经典性论文经典性论文决定水流为直线或曲线运决定水流为直线或曲线运动的条件以及在平行水槽中的阻力定律的动的条件以及在平行水槽中的阻力定律的探讨探讨。这篇文章用实验说明水流分为层。这篇文章用实验说明水流分为层流与湍流两种形态，并提出以无量纲数流与湍流两种形态，并提出以无量纲数ReRe作为判别两种流态的标准。雷诺于作为判别两种流态的标准。雷诺于18861886年年提出轴承的润滑理论，提出轴承的润滑理论

13、，18951895年在湍流中引年在湍流中引入应力的概念。他的成果曾汇编成入应力的概念。他的成果曾汇编成雷诺雷诺力学和物理学课题论文集力学和物理学课题论文集两卷。两卷。 6061雷诺实验雷诺实验62雷诺实验雷诺实验63雷诺实验雷诺实验64656667686970三、局部压力损失三、局部压力损失7172第一章 液压流体力学基础1.1 流体介质液压油流体介质液压油1.2 流体静力学流体静力学1.3 流体动力学流体动力学1.4 管道流动管道流动1.5 孔口流动孔口流动1.6 缝隙流动缝隙流动1.7 液压冲击和气穴现象液压冲击和气穴现象737475 所以有所以有76777879第一章 液压流体力学基础1.1 流体介质液压油流体介质液压油1.2 流体静力学流体静力学1.3 流体动力学流体动力学1.4 管道流动管道流动1.5 孔口流动孔口流动1.6 缝隙流动缝隙流动1.7