模块二 液压流体力学基础

第2、3次课1模块二液压流体力学基础模块学习目标：1、了解液压流体力学基础知识；2、掌握液压油的物理性质，液体静、动力学，小孔和缝隙流量计算；3、理解液压传动系统压力损失的基本形式、液压冲击和气穴现象；4、熟悉液压流体力学在液压传动系统中的应用。2模块二液压流体力学基础模块学习内容：1、液压油的物理性质、液压油的使用与污染控制；2、液体静力学的基本特性、液体流动时的运动特性、管路的压力损失以及流经小孔和缝隙的流量等液压传动的基础知识。3模块二液压流体力学基础2、1液压油2、2液体静力学4重点难点

液压油的粘性和黏度粘温特性静压特性压力形成静力学基本方程5单元一

液压油2、1、1液压油的物理性质2、1、2对液压油的要求及选用6单元一

液压油单元学习目标：了解液压油的密度、可压缩性和工作任务；掌握液压油的粘性、黏度和选用原则。7一、液压油1、液体的密度密度—单位体积液体的质量。ρ=m/vkg/m3密度随着温度或压力的变化而变化，但变化不大，通常忽略，一般取ρ=900kg/m3。82、液体的可压缩性液体的可压缩性：

液体受压力作用而发生体积缩小的性质。液体的可压缩性可以用体积压缩系数β或其倒数（液体的体积模量）K来表示。9液体的体积压缩系数定义定义：

体积为V0的液体，当压力增大△p时，体积减小△v,则液体在单位压力变化下体积的相对变化量。液体的体积压缩系数公式β=-△v/△pV010液体的体积压缩系数物理意义

单位压力所引起液体体积的相对变化量。∵p↑（△p为正值）V0↓（△v为负值）∴为保证β（K）为正值，式中须加负号11液体的体积模量定义液体体积压缩系数的倒数

k=1/β=-△pv0/△v液体的体积模量物理意义：

表示单位体积相对变化量所需要的压力增量，也即液体抵抗压缩能力的大小。

12一般认为油液不可压缩（因压缩性很小），计算时取：k=0.7×109N/m2若分析动态特性或p变化很大的高压系统,则必须考虑液体的可压缩性。注意：由于空气的可压缩性很大，所以当工作介质中有游离气泡时，K值将大大减小，这会严重影响液压系统的工作性能。故应采取措施尽量减少液压系统工作介质中游离空气的含量。133.液体的黏性

液体在外力作用下流动时,由于液体分子间的内聚力和液体分子与壁面间的附着力,导致液体分子间相对运动而产生的内摩擦力,这种特性称为粘性。

因此，液体只有在流动（或有流动的趋势）时才会表现出黏性，静止液体是不呈现黏性的。粘性是液体的重要物理性质，因此也是液压系统中选用油液的主要依据之一。141）粘性的定义及物理意义动画演示15实验结果表明：液体流动时，相邻流层间的内摩擦力F与流层间的接触面积A及液层间的相对运动速度du成正比,而与流层间的距离dy成反比，即μ—比例系数，称为黏性系数或动力系数；du/dy—相对运动速度对液层间距离的变化率，也称速度梯度或剪切率。∵液体静止时,du/dy=0

∴静止液体不呈现黏性16相邻液层间的内摩擦力：剪切应力：黏性的大小可以用黏度来衡量，黏度是选择液压油的主要指标。常用的黏度有：动力黏度、运动黏度和相对黏度。①动力黏度（绝对黏度））（Pa·s）

：

2）黏度

对于静止的液体，速度梯度

当速度梯度等于1时，流动液体内接触液体层间单位面积上产生的内摩擦力。17动力黏度μ

公式:∵τ=F/A=μ·du/dy（N/m2）∴

（N·s/m2）运动黏度的物理意义：液体在单位速度梯度下流动时，单位面积上的内摩擦力。动力黏度是一种绝对黏度，因为它的单位中有动力学的要素，所以称为动力黏度。18动力黏度单位

国际单位（SI制）中：帕·秒（Pa·S）或牛顿·秒/米2（N·S/m2）；以前沿用单位（CGS制）中：泊（P）或厘泊（CP）达因·秒/厘米2dyn·S/cm2）换算关系：1Pa·S=10P=103CP19②

运动黏度

：动力黏度与液体密度的比值。运动黏度也是一种绝对黏度，因为它的单位只有长度和时间的量纲，类似于运动学的量，所以称之为运动黏度。

法定计量单位为米2/秒（m2/s）,常用单位为斯（St、cm2/s）和厘斯（cSt、mm2/s）。

1m2/s＝104cm2/s（St）＝106

mm2/s（cSt）没有明确的物理意义，但工程实际中常用。20液压油牌号标注老牌号——20号液压油，指这种油在50°C时的平均运动粘度为20mm2/s（cSt）

新牌号——L—HL46号液压油，指这种油在40°C时的平均运动粘度为46mm2/s（cSt）。

运动粘度，常用于液压油牌号标注。国产液压油的牌号，就是该液压油在40°C时运动黏度的平均值。21③相对黏度（条件黏度）0E：

它是按一定的测量条件制定的，然后再根据关系式换算出动力黏度或运动黏度。

恩氏黏度0E——中国、德国、前苏联等用通用赛氏秒SSU——美国用商用雷氏秒R——英国用巴氏度0B——法国用恩氏黏度可以用仪器直接测量，恩氏黏度使被测液体与蒸馏水黏度的相对比较值。0E=t1/t2t1液体在自重作用下流过小孔所需的时间；t2蒸馏水在20°C时通过同一小孔所需的时间。22动力粘度和运动粘度难以直接测量。在实际工作中，常采用先测量液体的相对粘度，然后再进行换算。恩氏粘度与运动粘度之间的换算关系ν=（7.310E－6.31/0E）×10-6233）温度对黏度的影响液体的黏度随液体的压力和温度改变而变化。液压油液黏度对温度的变化十分敏感，当温度升高时，液体分子间的内聚力减小，其黏度降低，这一特性称为粘温特性。24液体的粘温特性常用黏度指数Ⅵ来度量。粘度指数高，说明黏度随温度的变化小，其粘温特性好。一般在90以上；优异在100以上。254）压力对黏度的影响对液压油来说，压力增大时，其分子间的距离将减小，其内聚力增加，黏度增大。但在一般液压系统使用的压力范围内，黏度增大的数值很小，可以忽略不计。26二、液压油的种类1、液压油的种类液压油的种类很多，主要分三大类型：矿油型、乳化型、和成型。（1）L-HL液压油（又名普通液压油）：采用精制矿物油作基础油，加入抗氧、抗腐、抗泡、防锈等添加剂调合而成，是当前我国供需量最大的主品种，用于一般液压系统，但只适于0℃以上的工作环境。其牌号有：HL－32、HL－46、HL－68。在其代号L-HL中，L代表润滑剂类，H代表液压油，L代表防锈、抗氧化型，最后的数字代表运动粘度。

（一）矿油型液压油

27（2）L-HM液压油（抗磨液压油，M代表抗磨型）：其基础油与普通液压油同，加有极压抗磨剂，以减少液压件的磨损。适用于-15℃以上的高压、高速工程机械和车辆液压系统。

其牌号有：HM－32、HM－46、HM－68、HM－I00、HM－150（3）L-HG液压油（又名液压一导轨油）：除普通液压油所具有的全部添加剂外，还加有油性剂，用于导轨润滑时有良好的防爬性能。适用于机床液压和导轨润滑合用的系统。28（4）L-HV液压油（又名低温液压油、稠化液压油、高粘度指数液压油）：用深度脱蜡的精制矿物油，加抗氧、抗腐、抗磨、抗泡、防锈、降凝和增粘等添加剂调合而成。其粘温特性好，有较好的润滑性，以保证不发生低速爬行和低速不稳定现象。适用于低温地区的户外高压系统及数控精密机床液压系统。

（5）其它专用液压油：如航空液压油（红油）、炮用液压油、舰用液压油等。

29难燃液压液分为合成型、油水乳化型和高水基型三大类。

（1）合成型抗燃工作液

①水一乙二醇液（L-HFC液压液）：这种液体含有35％～55％的水，其余为乙二醇及各种添加剂（增稠剂、抗磨剂、抗腐蚀剂等）。其优点是凝点低（－50℃），有一定的粘性，而且粘度指数高，抗燃。适用于要求防火的液压系统。其缺点是价格高，润滑性差，只能用于中等压力（20Mpa以下）。这种液体密度大，所以吸入困难。（二）合成型液压油30

水一乙二醇液能使许多普通油漆和涂料软化或脱离，可换用环氧树脂或乙烯基涂料。②磷酸酯液（L-HFDR液压液）这种液体的优点是，使用的温度范围宽（-54～～135℃），抗燃性好，抗氧化安定性和润滑性都很好。允许使用现有元件在高压下工作。其缺点是价格昂贵（为液压油的5～8倍）；有毒性；与多种密封材料（如丁氰橡胶）的相容性很差，而与丁基胶、乙丙胶、氟橡胶、硅橡胶、聚四氟乙烯等均可相容。31

（三）乳化型液压油（L-HFB、L-HFAE液压液）

油水乳化液是指互不相溶的油和水，使其中的一种液体以极小的液滴均匀地分散在另一种液体中所形成的抗燃液体。分水包油乳化液和油包水乳化液两大类。

（四）高水基型抗燃工作液（L-HFAS液压液）这种工作液不是油水乳化液。其主体为水，占95％，其余5％为各种添加剂（抗磨剂、防锈剂、抗腐剂、乳化剂、抗泡剂、极压剂、增粘剂等）。其优点是成本低，抗燃性好，不污染环境。其缺点是粘度低，润滑性差。322、航空液压油在民用飞机上通常使用三种液压油：1）植物基液压油（蓝油）如美国MIL-H-7644蓖麻油和酒精组成，易燃。老式飞机上用的多，一般用天然胶密封圈（该类橡胶件沾染石油基或磷酸酯基液压油，密封件会发生膨胀、损坏堵塞系统）。系统可用酒精冲洗。2）矿物基液压油（红油）如美国MIL-H-5606，从石油中提炼，具有良好的润滑性能，化学性质非常稳定，随着温度的变化，黏度很少变化。广泛用于轻型飞机刹车系统、液压动力系统和减震器中。适用密封圈：极性合成橡胶。可用石油、矿物油、溶剂油来清洗系统。3)磷酸酯基液压油（合成液压油）（紫油）具有防火特性。具有较好的低温工作特性和低腐蚀性。广泛用于现代飞机的液压系统。适用密封圈：异丁橡胶。系统可用三氯乙烯来冲洗。

33三、对液压油的要求为保证液压系统正常工作，所用液压油应满足以下条件：（1）合适的粘度和良好的粘温特性；（2）良好的润滑性，防锈能力强；（3）纯净度好，杂质少；（4）抗泡沫性、抗乳化性，腐蚀性小；（5）对系统所用金属及密封件材料有良好的相容性。（6）体积膨胀系数小、比热容大；（7）流动点及凝点低，闪点和燃点高。（8）对人体无害，对环境污染小，成本低，价格便宜。总之：粘度是第一位的。名词解释（解释）

34四、液压油的选择正确合理地选择液压油，对提高液压系统适应各种环境条件和工作状况的能力、延长系统和元件的寿命、增强设备运转的可靠性以及防止事故的发生都有重要影响。选择液压油时，首先根据工作条件（v、p、T）和元件类型选择油液品种，然后根据粘度选择牌号。油液的黏度选择十分重要，因为黏度对液压系统工作的稳定性、可靠性、效率、温升及磨损都有显著影响。35四、液压油的选择选择黏度时应考虑以下几个方面:1、工作压力：

压力高，应用粘度高的液压油，以减小泄漏，提高容积效率。2、环境温度：

温度高，应用粘度较高的液压油；反之，环境温度较低时，宜用粘度较低的油。3、运动速度：

在运动速度较高时，为了减少压力损失，宜用粘度较低的液压油，反之，应用粘度较高的油。36四、液压油的选择在液压系统的所有元件中，液压泵对液压油的性能最为敏感。因为泵内零件的运行速度最高，工作应力也最高，而且承压时间长、温升高。因此，常将系统中液压泵对液压油的要求作为选择液压油的重要依据。

表2—3各种液压泵适用的液压油黏度范围液压泵类型黏度mm2/s（40℃）液压泵类型黏度mm2/s（40℃）

5-40℃

40－80℃

5-40℃

40－80℃叶片泵<7MPa30—5040—75齿轮泵30—7095—165>7MPa50—7050—90径向柱塞泵30—5065—240螺杆泵30—5040—80轴向柱塞泵30—7070—1505-40℃、

40－80℃系指液压系统温度37五、液压油的污染及其控制2、污染的原因1）、残留污染物主要指液压元件以及管道、油箱在制造、储存、运输、安装、维修过程中,带入的砂粒、铁屑、磨料、焊渣、锈片、油垢、棉纱和灰尘等,虽然经过清洗,但未清洗干净而残留下来的残留物所造成的液压油污染。2）、生成污染物(1)液压油氧化变质析出物。(2)液压油中混入水分和空气。(3)元件磨损、损坏生成污染物。38五、液压油的污染及其控制3）、侵入污染物主要指周围环境中的污染物,例如空气、尘埃、水滴等通过一切可能的侵入点,如外露的往复运动活塞杆、油箱的通气孔和注油孔等侵入系统所造成的液压油液污染;还如维修过程中不注意清洁,将环境周围的污染物带入,以粗代细,甚至不用过滤器,过滤器常年不清洗、滤网不经常清洗、换油或补油时不注意油的过滤、脏的油桶未经过严格的清洗就拿来用,从而把污染物带入。4）、生物污染物微生物也可能像其它微小颗粒一样侵入液压介质,如果不加以阻止,微生物将繁殖生长并表现为粘质物,污染介质。一般加杀菌剂或去除微生物繁殖的条件——水或营养物,以阻止生物污染的增长。39五、液压油的污染及其控制5）、逃脱污染物逃脱污染物来自过滤器附近的潜在的液流通道(如不密封的溢流阀或旁通及滤材的裂口等),以及使被截留颗粒上的拖曳力大于过滤器纤维表面的吸附力的流量脉动。6）、液压油中混入的其它油品不同品种、不同牌号的液压油其化学成分是不相同的,当液压油中混入其它油品后,就改变了其化学组成,从而使用其性质也发生变化。40五、液压油的污染及其控制3、污染的控制1）、减少外来的污染为了减少液压系统的污染源,改善设备的运转环境,加强粉尘治理,减少工作现场的粉尘。油箱通大气处要加空气滤清器,向油箱加油应通过过滤器,维修拆卸元件应在无尘区进行。2）、滤除系统产生的杂质为了控制油液的污染度,要根据系统和元件的不同要求,分别在吸油口、压力管路、伺服阀的进油口等处,按照要求的过滤精度设置滤油器,以控制油液中的颗粒污染物,使液压系统性能可靠、工作稳定。并且要定期检查、清洗或更换滤芯。41五、液压油的污染及其控制3)、加强液压系统的维护保养和管理(1)选择合适的液压油。(2)加强油品管理。(3)定期清除滤网、滤芯、油箱、油管及元件内部的污垢。(4)通过检查和更换液压油。更换液压油时必须对系统进行彻底的清洗。42学习单元二液体静力学单元学习目标了解液体静力学研究内容；掌握液体处于静止状态或相对静止状态下的力学规律和这些规律的实际应用。43单元二液体静力学液体静力学：

是研究液体在静止状态下的平衡规律以及这些规律的应用。静止状态：

液体内部质点之间没有相对运动，与盛装液体的容器是否运动或静止都无关系。一、液体的静压力及其特性44·液体在静止状态所受的力：质量力和表面力。·质量力：重力和惯性力。·表面力：物体作用于液体上的力（如容器、负载、油泵）；液体作用于液体上的力。

表面力有：法向力和切向力。·静止液体的表面力：

静止液体质点间无相对运动，不存在内摩擦力，所以表面力只有法向力。·液体静压力：

液体内某点处单位面积上所受到的法向力称为液体的静压力，简称压力。1、液体静压力单元二液体静力学45·液体静压力计算

液体中在面积ΔA上作用有法向力ΔF，则某点处的压力定义为：若法向力F均匀地作用于面积A上，则压力表示为：单元二液体静力学46液体静压力有两个重要特性：1）液体静压力的方向总是在承压面的内法线方向；

2）静止液体内任一点的压力在各个方向上都相等。·2、液体静压力的特性单元二液体静力学47国际单位制中为：帕（Pa或N/m2）。常使用：kPa、MPa、GPa表示。工程单位制中使用的单位：

kgf/cm2、bar（巴）、at（工程大气压）、atm（标准大气压）、液柱高等。☆压力的计量单位·压力的基本计量单位单元二液体静力学481×105Pa=

1bar=0.987atm=1.02kgf/cm2=750mmHg=10.2mH2O1MPa=103kPa=106Pa=10bar1atm=0.101325MPa1at=1kgf/cm2=9.8×104Pa≈1×105Pa

(1000psi=70bar)·压力单位换算单元二液体静力学49二、液体静力学基本方程1、液体静力学基本方程静止液体压力分布规律单元二液体静力学501）静止液体内任一点处的压力由两部分组成：一部分是液面上的压力p0，另一部分是该点液体自重形成的压力ρgh；2）静止液体内的压力随液体深度h增加而增大；3）离液面深度相同处各点的压力相等，压力相等的点所组成的面称为等压面，等压面为一水平面。2、静止液体压力分布特征单元二液体静力学二、液体静力学基本方程51压力的表示方法有两种：绝对压力与相对压力。三、压力的表示方法单元二液体静力学绝对压力—以绝对真空为基准进行度量的压力。相对压力—以大气压力为基准进行度量的压力。

绝对压力=大气压力+相对压力或相对压力（表压）=绝对压力–大气压力注：液压传动系统中所测压力均为相对压力即表压力真空度=大气压力–绝对压力（图2-4）52帕斯卡原理的应用幻灯片120四、液体静压力的传递1、帕斯卡原理（Pascal’sPrinciple）

由液体静力学基本方程可知：静止液体内任一点处的压力都包含了液面上的压力p0，因此，在密闭容器内，施加于静止液体上的压力能等值的传递到液体中的各点。2、液压千斤顶的工作原理分析压力相等力的放大单元二液体静力学53单元二液体静力学四、液体静压力的传递液压系统的压力完全决定于外负载。帕斯卡原理:若在处于密封容器中静止液体的部分边界面上施加外力使其压力发生变化，只要液体仍保持其原来的静止状态不变，则液体中任一点的压力均将发生同样大小的变化，这就是说，施加于静止液体上的压力将以等值传到液体各点。54单元二液体静力学五、作用在固体壁面上的液压力静止液体和固体壁面接触时，固体壁面上各点在某一方向上所受静压力的总和就是液体在这一方向上作用于固体壁面上的力。1、作用在平面上的液压力作用在其上的总作用力等于静压力与该壁面面积之积。2、作用在曲面上的液压力液体作用在固体壁面上某一方向的作用力F等于液体的静压力p1和曲面在该方向的投影面积A的乘积。55单元二液体静力学压力油作用于油缸活塞上的力压力油作用于球阀和锥阀上的力容器壁面为平面时，作用在该平面上各点处的压力方向是相互平行的，故静压力作用在平面上的力等于压力与承压面积的乘积，且作用方向垂直于承压表面。56单元三液体动力学学习目标：了解液体动力学研究内容；

掌握液体处于流动状态下的力学规律和这些规律的实际应用。学习内容：流体动力学的主要内容是研究液体流动时流速和压力的变化规律

。流动液体的连续性方程、伯努利方程反映了压力、流量或流速与能量损失之间的关系。57一、基本概念A、没有粘性：

液体运动过程中不产生切向应力，只有法向力。即垂直于速度方向的速度变化率（速度梯度）为零。B、无压缩性：

液体密度不随空间点的坐标和时间变化的液体。

1、理想液体

即没有粘性又无压缩性的液体称为理想液体。单元三液体动力学58

液体流动时，若液体中任一点的压力、速度和密度都不随时间而变化，则这种流动成为稳定流动（恒定流）；若压力、速度和密度中有一个参数随时间变化，则液体的流动称为不稳定流动（非恒定流）。2、稳定流动单元三液体动力学59单元三液体动力学3、流线、流管和流束

流线：是流场中的一条条曲线，它表示在同一瞬时流场中各质点的运动状态。流线上每一质点的速度向量与这条曲线相切，因此，流线代表了某一瞬时一群流体质点的流速方向。在恒定流动时，流线形状不随时间变化。由于流场中每一质点在每一瞬时只能有一个速度，所以流线之间不可能相交，流线也不可能突然转折，它只能是一条光滑的曲线。流线、流管、流束和通流截面60单元三液体动力学流线、流管、流束和通流截面

流管：在流场中画一不属于流线的任意封闭曲线，沿该封闭曲线上的每一点作流线，由这些流线组成的表面称为流管。

流束：流管内的流线群称为流束。根据流线不会相交的性质，流管内外的流线均不会穿越流管，故流管与真实管道相似。

将流管截面无限缩小趋近于零，便获得微小流管或微小流束。微小流束截面上各点处的流速可以认为是相等的。614、流量和平均流速※通流断面：液体在管道中流动时，垂直于液体流动方向的截面积称为通流断面。

※流量：单位时间内通过某通流断面的液体的体积称为流量。符号：Q、q，单位：m3/s、L/min流量和平均流速是描述液体流动的两个主要参数。单元三液体动力学62※平均流速：假设液体流经通流断面上的流速是均匀分布的，流过断面的流量等于液体实际流过该断面的流量，则：：称为平均流速。单元三液体动力学63液压缸的运动速度A

vv=q/Aq=0v=0q

q↑v↑q↓v↓结论：液压缸的运动速度取决于进入液压缸的流量，并且随着流量的变化而变化。在实际工程中，平均流速才具有应用价值。例如：液压缸的工作

。64单元三液体动力学

连续性原理—

理想液体在管道中恒定流动时，根据质量守恒定律，液体在管道内既不能增多，也不能减少，因此单位时间内流入液体的质量应恒等于流出液体的质量。二、连续性方程能量守恒是自然界的客观规律，不可压缩液体的流动过程也遵守能量守恒定律。在流体力学中这个规律用称为连续性方程的数学形式来表达的。65二、连续性方程分析单位时间内流过两个通流截面液体质量相等连续性方程（忽略液体的可压缩性）物理意义：在稳定流动情况下，当不考虑液体可压缩性时，流过管道各截面的流量相等，因而平均速度与通流截面的面积成反比。当流量一定时，管子细的地方流速大，通流截面的面积一定时，流量越大，流速也越大。单元三液体动力学66连续性方程适用条件必须是不可压缩液体必须是稳定流体由于不存在力的关系，因此，适合于任何液体，与黏度无关单元三液体动力学二、连续性方程67单元三液体动力学三、伯努利方程

伯努利方程是能量守恒定律在流动液体中的表现形式，研究引起流体运动的原因、考察运动流体的能量和能量转换。伯努利方程示意图68三、伯努利方程理想液体的伯努利方程

理想液体没有粘性，它在管内作稳定流动时没有能量损失。根据能量守恒定律，同一管道每一截面上的总能量都是相等的。在图中任意取两个截面A1和A2，它们至水平参考的距离h1和h2，流速分别为v1、v2，压力分别为p1和p2，根据能量守恒定律有：单元三液体动力学69三、伯努利方程单元三液体动力学：单位体积液体的压力能；：单位体积液体相对于水平参考面的位能（势能）；：单位体积液体的动能。70三、伯努利方程理想液体的伯努利方程伯努利方程的物理意义：既无黏性又不可压缩的理想液体在管道中稳定流动时，具有动能、压力能和位能三种形式。液体在流动过程中三种能量之间可以相互转化，但任一截面处三种能量之和保持不变。单元三液体动力学71总结综合流动液体连续性原理和伯努利方程：1.对于水平放置的管道，液体的流速越高它的压力就越低。2.在流量不变的情况下，液体流过不同截面时，截面越大则流速越小，压力越大。截面越小流速越大，压力越小。72三、伯努利方程实际液体的伯努利方程由于实际液体在流动时具有黏性，由此产生的内摩擦力将造成能量的损失，使液体的总能量沿流向逐渐减小，而不再是一个常数；另一方面，由于实际液体在管道通流截面上流速分布是不均匀的，在用平均速度代替实际流速时也会产生误差。α:动能修正系数,为截面上单位时间内流过液体所具有的实际动能与按截面上平均流速计算的动能之比。与速度分布有关，流速分布越不均匀，α值越大。（层流时α=2，紊流时α=1）Δpw:单位重量液体在管道中流动时的压力损失。单元三液体动力学73单元三液体动力学2.3液体动力学例2-1分析液压泵安装高度h对泵性能的影响。如图所示，取油箱液面I－I和泵进口处截面II-II列伯努利方程，并取截面I－I为基准水平面。则有：P1＝0、h1＝0、v1＝0、h2＝h，上式可简化为：由上式可知，在泵的进油口处有一定真空度，所谓吸油，实质上是在油箱液面的大气压力作用下把油压入泵内的过程。由上式还可看出，泵吸油口的真空度由三部分组成：（1）产生一定流速所需的压力；（2）把油液提升到高度h所需的压力；（3）吸油管内压力损失。74

伯努利方程应用举例液压泵吸油口处的真空度是油箱液面压力与吸油口处压力p2之差液压泵吸油口处的真空度不能太大，否则溶于油液中的空气就会析出，甚至产生气化，这样形成大量气泡，产生噪声和振动，影响液压泵和系统的正常工作及产生汽蚀。因此，实践中一般要求液压泵的吸油口的高度h不超过0.5米。为了改善泵的吸油性能，有时将泵装在油面以下，这时泵的进口处可没有真空度。也可以将油箱密封起来，并向油箱内充气，使液面的压力大于大气压，从而改善液压泵的吸油条件。

单元三液体动力学75单元三液体动力学四、动量方程动量方程是动量定理在流体力学中的具体应用。流动液体的动量方程是流体力学的基本方程之一，它是研究液体运动时作用在液体上的外力与其动量的变化之间的关系。在液压传动中，在计算液流作用在固体壁面上的力时，应用动量方程去解决就比较方便。76四、动量方程作用在物体上全部外力的矢量和等于物体在单位时间内动量的变化量。即对于稳定的流动的液体，若忽略可压缩性，可将

代入上式，并考虑到以速度代替实际流速u会产生的误差，因而引入动量修正系数，则得如下形式的动量方程式

∑F作用在液体上所有外力的矢量和；v1、v2液流在前后通流截面上的平均速度；β1,β2为相应截面的动量修正系数。紊流时β=1，层流时β=1.33ρ、q分别为液体的密度和流量。单元三液体动力学77四、动量方程应用

由此可知，在一般情况下，稳态液动力都有使滑阀阀口关闭的趋势，其大小为，流量越大，速度越大，则稳态流动力也越大。

单元三液体动力学78单元四管路中液体的压力损失学习目标了解管路内液体压力损失的类型；

掌握压力损失的产生原因和减小的措施。重点难点：两种损失减小措施79单元四管路中液体的压力损失一、液体的流动状态及雷诺判据

1883年，英国物理学家雷诺通过图2.4-1实验装置的实验，证实了液体存在着两种不同的流动状态—层流和紊流。层流和紊流实验雷诺实验80单元四管路中液体的压力损失一、液体的流动状态及雷诺判据1）层流：

液体沿管路流动时，质点没有横向运动，即液体作分层流动，各层间的液体互不混杂，层次分明，这种流动称为层流。2）紊流：

液体质点在沿管路流动的同时，还有横向运动，流层间质点相互错杂交换。这种流动称为紊流。层流与紊流81一、液体的流动状态及雷诺判据

雷诺数

根据实验，液体是层流还是紊流，不仅与管内平均流速有关，还与管子内径和液体粘度有关。判定液流状态的无量纲的数，叫雷诺数。

式中，υ为管路中液体的平均流速；

d为圆管内径；

v为液体的运动粘度。

单元四管路中液体的压力损失82※雷诺数是液流的惯性力与内摩擦力的比值。※雷诺数小时：液体的内摩擦力起主导作用，液体质点运动受粘性约束而不会随意运动，液流状态为层流；※雷诺数大时：惯性力起主导作用，液体的粘性已不能约束质点运动，液流状态为紊流。雷诺数的物理意义：单元四管路中液体的压力损失83

流动液体从层流转变成紊流或从紊流转变成层流的雷诺数称为临界雷诺数，记作Re临。临界雷诺数由实验确定。单元四管路中液体的压力损失※从层流变为紊流时，临界雷诺数大于由紊流变为层流时的雷诺数。临界雷诺数※84管道的形状临界雷诺数Re临管道的形状临界雷诺数Re临光滑金属圆管2000～2320带环槽同心环状缝隙700橡胶软管1600～2000带环槽偏心环状缝隙400光滑同心环状缝隙1100圆柱形滑阀阀口260光滑偏心环状缝隙1000锥阀阀口20～100单元四管路中液体的压力损失层流与紊流的判别

当液流的雷诺数Re小于临界雷诺数Rec时，液流的流态为层流，反之为紊流。

※85单元四管路中液体的压力损失压力损失

由于液体具有粘性，在管路中流动时又不可避免地存在着摩擦力，所以液体在流动过程中必然要损耗一部分能量。这部分能量损耗主要表现为压力损失。压力损失分类两类：沿程压力损失和局部压力损失。86单元四管路中液体的压力损失二、沿程压力损失

液体在直管中流动时的压力损失是由液体流动时的摩擦引起的，称之为沿程压力损失，它主要取决于管路的长度、内径、液体的流速和黏度等。液体的流态不同，沿程压力损失也不同。液体在圆管中层流流动在液压传动中最为常见，因此，在设计液压系统时，常希望管道中的液流保持层流流动的状态。1.层流时的压力损失在液压传动中，液体的流动状态多数是层流流动，在这种状态下液体流经直管的压力损失可以通过理论计算求得。87式中：：沿程压力损失，MPa；

l：管路长度，m；

v：液流速度，m/s；

d：管路内径，m；

ρ：液体密度，kg/m3；

λ：沿程阻力系数。理论值为λ=64/Re，而实际由于各种因素的影响，对光滑金属管取λ=75/Re，对橡胶管取λ=80/Re。沿程压力损失计算

沿程阻力系数λ与液体流动状态有关，层流时，只与雷诺数Re有关；紊流时，不仅与雷诺数有关，还与管路内壁的表面粗糙度有关。第四节液体在管道中的压力损失88单元四管路中液体的压力损失二、沿程压力损失2.紊流状态下的沿程压力损失液体紊流流动现象很复杂，惯性力起主导作用，黏性力不能约束它。紊流时的压力损失Δp与流速v的1.75~2次方(v1.75~v2)成正比。由此可见，紊流能量损失比层流大得多。△pλ

=λ·l/d·ρv2/2λ=0.3164Re-0.25

（105>Re>4000）λ=0、032+0.221Re-0.237（3×106>Re>105）89单元四管路中液体的压力损失三、局部压力损失局部压力损失是液体流经阀口、弯管、过流断面变化等所引起的压力损失。液流通过这些地方时，由于液流方向和速度均发生变化，形成旋涡(如图2-8)，使液体的质点间相互撞击，从而产生较大的能量损耗。局部压力损失的计算式可以表达成:式中Δpξ—局部压力损失，Pa;ξ—局部阻力系数，其值仅在液流流经突然扩大的截面时可以用理论推导方法求得，其他情况均须通过实验来确定;ν—液体的平均流速，一般情况下指局部阻力下游处的流速。返回下一页上一页90单元四管路中液体的压力损失四、标准阀类元件的压力损失各厂家在产品样本中已注明了额定流量时阀的压力损失Δpv。如果实际使用中流量q不符合额定流量qn时，阀口压力损失Δpf，可用下式求得式中Δpn—阀在额定流量时的最大压力损失，MPa;Δpf—阀通过实际流量的压力损失，MPa;qn—阀的额定流量，m3/s;q—阀的实际流量，m3/s返回下一页上一页91单元四管路中液体的压力损失五、管路内液体的总压力损失液压系统的管路通常由若干段管道组成，其中每一段又串联诸如弯头、控制阀、管接头等形成的局部阻力装置，因此管路系统的总压力损失等于所有沿程压力损失和所有局部压力损失之和，即在液压传动中，管路一般都不长，而控制阀、弯头、管接头等的局部阻力则较大，沿程压力损失比局部压力损失小得多。因此，大多数情况下总的压力损失只包括局部压力损失和长管的沿程损失，只对这两项进行讨论计算。返回下一页上一页92单元四管路中液体的压力损失减少压力损失的措施管路系统中总的压力损失等于所有沿段压力损失与所有局部压力损失之和。减少压力损失，提高液压系统性能主要有以下措施:1)缩短管道长度，减少管道弯曲，尽量避免管道截面的突然变化。2)减小管道内壁表面粗糙度，使其尽可能光滑。3)选用的液压油黏度应适当。4)管道应有足够大的通流面积，将液流的速度限制在适当的范围内。返回上一页93单元五液体流经小孔及缝隙的流量学习目标了解液压系统中小孔及缝隙的类型；

掌握薄壁小孔流量计算公式和结论及缝隙流量的结论。重点难点1薄壁小孔流量公式及特点;2流量通用方程及各项含义;3平行平板缝隙和偏心圆环缝隙流量公式之结论;4两种现象危害及消除方法。94单元五液体流经小孔及缝隙的流量概述：孔口和缝隙流量在液压技术中占有很重要的地位，它涉及液压元件的密封性，系统的容积效率，更为重要的是它是设计计算的基础，因此：小孔虽小（直径一般在1mm以内），缝隙虽窄（宽度一般在0.1mm以下），但其作用却不可等闲视之。95孔口形式按结构不同（孔长度l与直径d之比）薄壁小孔短孔（厚壁孔口）细长小孔孔口液流

利用孔口在流道中造成过流断面的突然收缩，对液流产生节流或阻尼，用以控制液流的流量或压力。单元五液体流经小孔及缝隙的流量1/2<l/d

44<l/d96单元五液体流经小孔及缝隙的流量1、液体流经薄壁小孔和流经短孔的流量计算

取1-1和2-2断面，根据实际液体的伯努利方程式有：(1/2<l/d

4)97单元五液体流经小孔及缝隙的流量因为管道截面积比小孔大得多，因此v1<<v2，则可得：式中Cv称为速度系数。98

液体流经小孔时，在孔口外面有断面收缩现象。所以流经小孔的流量为：式中：A——小孔通流截面积；

A0——液体流经小孔时收缩的截面积；

Cc——截面收缩系数，Cc=A0/A；

Cd——流量系数，Cd=CcCv，流量系数Cd的值由实验确定。液流完全收缩时取0.6～0.62，不完全收缩取0.7～0.8，流经短孔取0.82；

Δp：小孔前后的压力差。单元五液体流经小孔及缝隙的流量992、液体流经细长孔的流量计算计算公式：

液体流经细长孔的特点：内摩擦力起主导，多为层流；流量会随粘度变化而变化。3、小孔流量的通用公式表达：单元五液体流经小孔及缝隙的流量式中:C：由节流口形式，液体流态和性质决定的系数；

A：孔口通流截面积；

p：孔口前后压差；

m：由节流口形成决定的指数，其值在0.5~1.0之间，对薄壁小孔m=0.5，对细长小孔m=1.0。4<l/d100单元五液体在小孔和缝隙中的流动二、液体在缝隙中的流动液压元件内各零件间有相对运动，必须要有适当间隙。间隙过大，会造成泄漏;间隙过小，会使零件卡死。如图2-10所示的泄漏是由压差和间隙造成的。研究液体流经间隙的泄漏量、压差与间隙量之间的关系，对提高元件性能及保证系统正常工作是必要的。间隙中的流动一般为层流，一种是压差造成的流动称压差流动，另一种是相对运动造成的流动称剪切流动，还有一种是在压差与剪切同时作用下的流动。返回下一页上一页101单元五液体在小孔和缝隙中的流动1.平行平板间隙的液体流动平行平板间隙的液体流动见图2-11。(1)压差流动上、下两平行平板无相对运动，两平行板缝隙高为h，长度为l，宽度为b,b和l一般比h大的多，缝隙两端压差为Δp=p1-p2。液体在间隙两端的压差的作用下流动，称为压差流动。返回下一页上一页102单元五液体在小孔和缝隙中的流动(2)剪切流动当一平板不动，另一平板以速度u0作相对运动时，由于油液存在黏度，紧贴相对运动的平板上的油液以u0速度运动，紧贴于不动平板上的油液保持静止，中间液体的速度呈线性分布，液体作剪切流动，故其平均流速v=u0/2。(3)压差和剪切流动压差和剪切液体流动的泄漏量为（2-44）2.圆柱环形间隙的液体流动(1)同心环形间隙在压差作用下的液体流动图2-16所示为同心环形间隙的液体流动，当h/r＜1时，可以将环形间隙间的液体流动近似地看作是平行平板间隙间的液体流动，返回下一页上一页103单元五液体在小孔和缝隙中的流动只要将b=πd代入式(2-44)，就可得到这种情况下的液体流动的泄漏流量，即

(2)偏心环形间隙的液体流动图2-13表示了偏心环状间隙的液流简图。孔半径为R，其圆心为O，轴半径为r，其圆心为O1，偏心距e，设半径在任一角度a时，两圆柱表面间隙为h，其泄漏流量可用下式计算:由式(2-48)可以看出，当e=0即为同心环状间隙。当e=1，即最大偏心e=h0时，其流量为同心时流量的2.5倍，这说明偏心对泄漏量的影响。所以对液压元件的同心度应有适当要求。返回上一页(2-46)(2-48)104单元六液压冲击及气穴现象一、液压冲击1.液压冲击概念在液压系统中，由于某种原因导致系统或局部压力瞬急剧升高，形成很高的压力峰值的现象。在液压系统中，当极快地换向或关闭液压回路时，由于液体急速变换流向或停止运动，流动液体的惯性或运动部件的惯性，在系统内会产生很大的液压冲击，其冲击时的峰值压力比正常工作压力高出好几倍。返回下一页105单元六液压冲击及气穴现象一、液压冲击2、产生液压冲击的原因

液体流速的急剧变化、高速运动工作部件的惯性力和某些液压元件反应动作不够灵敏。106

产生液压冲击时，系统中的压力瞬间就要比正常压力大好几倍，特别是在压力高、流量大的情况下，极易引起系统的振动、噪音甚至导管或某些液压元件的损坏，既影响系统的工作质量又会