液压-第2章液压流体力学基础(2)

1、1 本章主要内容为本章主要内容为 ： 液压油的主要物理性质 流体静力学 流体动力学 流体流动的压力损失 孔口和缝隙的流量-压力特性 液压冲击及气穴现象2.1 液压油的主要物理性质液压油的主要物理性质一、液体的粘性液体在外力作用下流动时，分子之间的内聚力会阻碍分液体在外力作用下流动时，分子之间的内聚力会阻碍分子之间的相对运动而产生一种内摩擦力。这一特性称作子之间的相对运动而产生一种内摩擦力。这一特性称作液体液体的粘性的粘性。粘性的大小用粘性的大小用粘度粘度表示，是选择液压油的主要依据表示，是选择液压油的主要依据3.1 液压油的主要物理性质液压油的主要物理性质实验测定：实验测定：液体流动时液体流动

2、时相邻液层间的内摩擦力相邻液层间的内摩擦力F与液与液层间的接触面积层间的接触面积A和液层间的和液层间的相对运动速度相对运动速度du成正比，而成正比，而与液层间的距离与液层间的距离dy成反比。成反比。液体粘性示意图液体粘性示意图式中：比例常数，称为粘性系数或粘度 du/dy 速度梯度用剪应力表示：用剪应力表示：(即：单位面积上即：单位面积上内摩擦力内摩擦力)4.1 液压油的主要物理性质液压油的主要物理性质动力粘度动力粘度粘粘度度运动粘度运动粘度相对粘度相对粘度Et即：液体在单位速度梯度下流动时，液层间单位面积上产生的内摩擦力。 动力粘度又称绝对粘度单位为Pa.S或 Nm.s动力粘度与液体密度p之

3、比，无物理意义单位为 ms， mms，厘斯相对粘度又称条件粘度相对粘度又称条件粘度.1 液压油的主要物理性质液压油的主要物理性质二、 其他性质1. 液体的可压缩性液体的可压缩性液体受压力作用而体积缩小的性质称为液体的可压液体受压力作用而体积缩小的性质称为液体的可压缩性。一般很小可忽略不计。缩性。一般很小可忽略不计。2. 液体粘度与压力的关系液体粘度与压力的关系 液体分子间的距离随液体分子间的距离随压力增加压力增加而减小，内聚力增大，而减小，内聚力增大，其其粘度也随之增大粘度也随之增大。当压力不高和压力变化不大时，一般。当压力不高和压力变化不大时，一般可忽略不计。可忽略不计。.1 液压油的主要物

4、理性质液压油的主要物理性质二、 其他性质3. 液体粘温特性液体粘温特性 液体粘度随温度升高而下降的性质称为粘温液体粘度随温度升高而下降的性质称为粘温特性。特性。.1 液压油的主要物理性质液压油的主要物理性质如何确定液压油的粘度如何确定液压油的粘度如何选用？如何选用？工作压力工作压力环境温度环境温度运动速度运动速度液压系统的工作压力液压系统的工作压力压力高，要选择粘度较大的液压油液压力高，要选择粘度较大的液压油液环境温度环境温度温度高，选用粘度较大的液压油温度高，选用粘度较大的液压油运动速度运动速度速度高，选用粘度较低的液压油速度高，选用粘度较低的液压油82.2 流体静力学流体静力学 低压力低压

5、力1 kg高压力高压力1 kg92.2 流体静力学流体静力学 102.2 流体静力学流体静力学 112.2 流体静力学流体静力学 压力的单位及表示方法压力的单位及表示方法单位：单位：我国法定计量单位的压力单位是Pa（帕）在工程单位制中的压力单位是 at（工程大气压）2.2 流体静力学流体静力学 压力压力绝对压力绝对压力相对压力相对压力以绝对真以绝对真空为基准空为基准以大气压以大气压为基准为基准真空度真空度绝对压力小于绝对压力小于大气压的数值大气压的数值2.2 流体静力学流体静力学 2.2 流体静力学流体静力学 静压传递原理静压传递原理在密封的容器内施在密封的容器内施加于静止液体任意一点加于静止

6、液体任意一点的压力将以等值传到液的压力将以等值传到液体各点体各点静压传递原静压传递原理（理（帕斯卡原理帕斯卡原理）。）。在不考虑液体自重所产生的压力时，可以认为静止液体内部各点的压力处处相等。2.2 流体静力学流体静力学 帕斯卡原理帕斯卡原理压力的传递 静止液体静止液体密闭容器内压力密闭容器内压力等值传递。等值传递。 流动液体流动液体压力传递时考虑压力传递时考虑压力损失。压力损失。例例 已知：已知：=900kg/m=900kg/m3 3 F F=10001000NN, A, A=1X101X10-3-3mm2 2 求：在求：在h h=0.50.5mm 处处p p=?=?解解 表面压力：表面压力

7、： p p0 0=F/AF/A=1000/1x101000/1x10-3-3=10106 6N/mN/m2 2 h h处的压力：处的压力： p p=p p0 0+ +ghgh=10106 6PaPa2.2 流体静力学流体静力学 液体对固体壁面的作用力液体对固体壁面的作用力 在液压传动中，略去液体自重产生的压力，液体中各在液压传动中，略去液体自重产生的压力，液体中各点的点的静压力静压力是是均匀分布均匀分布的，且的，且垂直垂直作用于作用于受压表面受压表面。因此，。因此，当承受压力的表面为平面时，液体对该平面的总当承受压力的表面为平面时，液体对该平面的总作用力作用力F为液为液体的体的压力压力P与与受

8、压面积受压面积A的乘积，其方向与该的乘积，其方向与该平面相垂直平面相垂直。2.3 流体动力学流体动力学 一、流量一、流量 单位时间单位时间内流过某一内流过某一截面截面的流体的的流体的体体积积，用，用 q 表示。表示。 例：例：在水龙头旁要灌满一个在水龙头旁要灌满一个10升大小升大小的水桶，需要约的水桶，需要约1分钟时间，则该水龙头分钟时间，则该水龙头的流量就是的流量就是 10 l/min。在在IS中：中：q 的单位为的单位为 m3/s；在工程上常用；在工程上常用 L / min。2.3.1 流量与平均速度流量与平均速度流量流量 = 升升/分钟分钟 ( l/min)1 l = 1000 立方厘米

9、立方厘米 ( cm3 )2.3 流体动力学流体动力学 由于液体的粘性，液体在流动过程中各层的由于液体的粘性，液体在流动过程中各层的速度是不相等的，为了研究问题的方便，速度是不相等的，为了研究问题的方便，假设液假设液体是无粘性、不可压缩的理想液体体是无粘性、不可压缩的理想液体。这样液体在。这样液体在通流截面上流速均匀分布，称为通流截面上流速均匀分布，称为平均流速平均流速，用，用 v 表示。表示。单位（单位（SI） m/sAqv 2.3 流体动力学流体动力学 根据根据质量守恒定律质量守恒定律，液体在密封管道，液体在密封管道内作内作恒定流动恒定流动时，设液体不可压缩，则时，设液体不可压缩，则单单位时

10、间位时间内流过内流过任意截面任意截面的的质量相等质量相等。A1v1=A2v2q = Av = c (c为常数）为常数）即：液体流过流管即：液体流过流管不同截面不同截面的流量是的流量是不变的不变的2.3 流体动力学流体动力学 2.3 流体动力学流体动力学 在在液压系统液压系统中采用的中采用的液体液体一般认为是一般认为是不可压缩不可压缩的，上述方程反映了的，上述方程反映了液体连续性液体连续性的概念。是液压传的概念。是液压传动中的动中的基本基本概念之一。概念之一。 连续性方连续性方程程提供了提供了流经管道流经管道中的中的流速流速和和流通截流通截面积面积的关系。的关系。 在同一管路中通流在同一管路中通

11、流截面大截面大的地方液体的地方液体流速小流速小，反之通流反之通流截面小截面小的地方液体的地方液体流速大。流速大。 当通流面积一定时，通过液体的流量越大，其当通流面积一定时，通过液体的流量越大，其流速也越大。流速也越大。2.3 流体动力学流体动力学 2.3 流体动力学流体动力学 2.3 流体动力学流体动力学 2.3 流体动力学流体动力学 2.3.4 动量方程动量方程2.3 流体动力学流体动力学 2.3.4 动量方程动量方程2.3 流体动力学流体动力学 2.3.4 动量方程动量方程1 12 2- -动量修正系数，湍流动量修正系数，湍流=1=1，层流，层流=4/3=4/32.4 管路中液体的压力损失

12、管路中液体的压力损失由于流动液体具有由于流动液体具有粘性粘性，以及流动时突然转弯或通过阀，以及流动时突然转弯或通过阀口会产生口会产生撞击撞击和和旋涡旋涡，因此液体流动时必然会产生，因此液体流动时必然会产生阻力阻力。为。为了克服阻力，流动液体会了克服阻力，流动液体会损耗损耗一部分一部分能量能量，这种能量损失可，这种能量损失可用液体的用液体的压力损失压力损失来表示。来表示。压力损失即是伯努利方程中的压力损失即是伯努利方程中的h hww项。项。 压力损失由压力损失由沿程压力损失沿程压力损失和和局部压力损失局部压力损失两部分组成。两部分组成。危害：使液压系统温度升高。2.4 管路中液体的压力损失管路中

13、液体的压力损失沿程压力损失沿程压力损失液体在等直径管中流动时因液体在等直径管中流动时因粘性摩擦而产生的压力损失，用粘性摩擦而产生的压力损失，用 pl 表示。表示。2.4 管路中液体的压力损失管路中液体的压力损失2.4 管路中液体的压力损失管路中液体的压力损失2.4 管路中液体的压力损失管路中液体的压力损失影响管路系统压力损失的因素：影响管路系统压力损失的因素： 平均流速 v ：流速大，压力损失大； 管路长度 l ：管路越长，压力损失大； 管路截面突变较多和管壁加工质量粗糙都将增大系统大压力损失。因此：在液压系统设计时管路的平均流速 v不应过高2.5 液体流经孔口和缝隙的流量液体流经孔口和缝隙的

14、流量-压力特性压力特性 在液压元件特别是液压控制阀中，对液流压力、流在液压元件特别是液压控制阀中，对液流压力、流量及方向的控制通常是通过特定的孔口来实现的，它们量及方向的控制通常是通过特定的孔口来实现的，它们对液流形成阻力，使其产生压力降，称其为液阻。对液流形成阻力，使其产生压力降，称其为液阻。 小孔：薄壁孔薄壁孔( (l/dl/d0.5) 0.5) 细长孔细长孔 ( (l/dl/d44） 短孔（短孔（0.50.5l/dl/d44)2.5 液体流经孔口和缝隙的流量液体流经孔口和缝隙的流量-压力特性压力特性2.5 液体流经孔口和缝隙的流量液体流经孔口和缝隙的流量-压力特性压力特性pCAq2.2.

15、短孔短孔（0.5l/d4)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3.3.小孔流量通用公式小孔流量通用公式 C系数系数A-细长空的截面积细长空的截面积 P-小孔两端压力差小孔两端压力差lCd3222.5 液体流经孔口和缝隙的流量液体流经孔口和缝隙的流量-压力特性压力特性2.5 液体流经孔口和缝隙的流量液体流经孔口和缝隙的流量-压力特性压力特性2.5 液体流经孔口和缝隙的流量液体流经孔口和缝隙的流量-压力特性压力特性2.5 液体流经孔口和缝隙的流量液体流经孔口和缝隙的流量-压力特性压力特性2.6 液压冲击及气穴现象液压冲击及气穴现象一、液压冲击一、液压冲击在液压系统工作时，由于执行机构的突然停在液压系统工作时，由于执行机构的突然停止以及阀门的换向等，使系统中产生很大的瞬时止以及阀门的换向等，使系统中产生很大的瞬时压力峰值。压力峰值。危害：危害：1. 震动和噪音；震动和噪音； 2. 损坏元件、引起误动作；损坏元件、引起误动作；2.6 液压冲击及气穴现象液压冲击及气穴现象P = 0+ P- P二、气穴现象二、气穴现象2.6 液压冲击及气穴现象液压冲击及气穴现象在正常大气压条件下，液压油中与约有在正常大气压条件下，液压油中与约有9%的的空气呈游离状态