流体传动技术 课件 第一章 流体力学基础

观察思考：

观察液压油的牌号，思考其含义？分别说明L，HM和46代表的含义。第一节工作介质一、液压传动介质合适的粘度，良好的粘温性良好的润滑性良好的防蚀性,防锈性和相容性良好的化学稳定性良好的抗泡性,抗乳化性(一)、基本要求与种类第一章流体力学基础石油型机械油汽轮机油普通液压油L-HL抗磨液压油L-HM低温液压油液压－导轨油高粘度指数液压油其他专用液压油难燃型乳化型水包油乳化液油包水乳化液合成型水－乙二醇液磷酸脂液其他(二)、液压油液的物理性质1密度2可压缩性3

粘性常用液压油的密度约为900kg/m3。液体的体积弹性模量：K=（0.7～1.4）×109Pa由库仑（C．A．Coulomb,1784，）用实验得到证实。

库仑把一块薄圆板用细金属丝平吊在液体中，将圆板绕中心转过一角度后放开，靠金属丝的扭转作用，圆板开始往返摆动，由于液体的粘性作用，圆板摆动幅度逐渐衰减，直至静止。库仑分别测量了普通板、涂腊板和细沙板，三种圆板的衰减时间。三种圆板的衰减时间均相等。库仑得出结论:衰减的原因，不是圆板与液体之间的相互摩擦

，而是液体内部的摩擦

。

u0yuu+duyy+dyhu0z牛顿液体内摩擦定律(1)动力粘度μ,单位为Pa

s⑵运动粘度ν,单位为

m2/s

(3)相对粘度(恩式粘度)动力粘度是因为在其量纲中存在动力学因素。运动粘度是因为在其量纲中存在运动学因素。

物理意义：单位速度梯度下的切应力，根据的大小可直接判断同种流体粘性的大小。物理意义：动力粘度与密度之比。如果流体密度相差很多，不能根据的大小判断粘性的大小，而应根据判断粘性的大小。粘性产生的机理1液体分子间内聚力流体团剪切变形改变分子间距离分子间引力阻止距离改变内摩擦抵抗变形粘性产生的机理2气体分子热运动流体层相对运动分子热运动产生流体层之间的动量交换内摩擦抵抗相对运动例1

在相同温度下，试论证在常温常压下，水和空气相比，哪种流体不易于流动（用数据说明）水不易于流动空气不易于流动AB提交可为此题添加文本、图片、公式等解析，且需将内容全部放在本区域内。正常使用需3.0以上版本水空气动力粘性系数

运动粘性系数

1.00210-31.8110-5答案解析答案解析1.00310-61.510-5此处添加答案解析单选题20分(三)、液压油液的选择和使用1液压油液的选择系统工作环境(地点、场合、工作对象)系统工作条件(系统压力、液压元件、温度范围)液压油液的特性要求成本(价格、使用寿命、维护成本)参考液压油液的产品性能说明书咨询生产厂家(三)、液压油液的选择和使用2液压油液的使用和维护控制系统工作温度防止油液被污染定期抽检、定期更换控制系统油液总量注意系统防水、防尘二、气压传动介质气压传动是以压缩空气作为工作介质进行能量的传递和控制的一种传动形式。打气筒牙科设备喷涂装置公交车自动门喷气枪气垫

空气压的应用AIRCYL’夹紧AIRCYL’AIRCYL’推出提升(一)空气的组成还含有油粒、灰尘和水蒸汽等杂质，会对气动系统设备和元件造成损害干空气实际空气1.粘性气体在流动过程中，空气质点之间相对运动产生阻力的性质。较液体的粘度小很多，随温度的升高而升高。受压力变化影响极小(二)空气的性质2.空气的压缩性和膨胀性

体积随压力和温度而变化的性质分别表征为压缩性和膨胀性。空气的压缩性和膨胀性远大于固体和液体的压缩性和膨胀性。气体的压缩性绝对湿度（kg/m3）：每一立方米的湿空气中所含有的水蒸汽的质量。饱和绝对湿度（kg/m3）：每立方米湿空气中所能够含有的水蒸汽的最大质量。相对湿度φ:在相同温度和相同压力下，绝对湿度与饱和绝对湿度之比ρs=水蒸汽的密度，kg/m3Ps=水蒸汽分压力，PaRs=水蒸汽的气体常数，462.05J/(kg·K)3.空气的湿度(一)、压力的表示方法绝对真空大气压

pa=0.1MPap>pa绝对压力相对压力(+)p<pa绝对压力真空度相对压力(-)压力单位国际单位:Pa1Pa=1N/m21MPa=106Pa原用单位:bar1bar=1kgf/cm21bar=0.1MPa第二节液体静力学（二）、帕斯卡原理在密闭的容器内，施加于静止流体上的压力将以等值同时传到液体各点。F2F1A2A1视频一、基本概念第三节液体运动学和液体动力学(一)

理想流体、恒定流动、一维流动理想流体－不可压缩、无粘性恒定流动－流体所有的动力参数(压力、速度、密度)不随时间变化的流动一维流动－流体的动力参数均是坐标的一元函数一、基本概念(二)流线、流束、过流断面流线－流动空间的一条曲线，曲线上所有流体质点的瞬时运动方向均与曲线相切流束－流动空间中过一封闭曲线上各点的流线所围成的一束流体过流断面－流束中与流线正交的面一、基本概念(三)流量、平均流速流量－单位时间内流过流束通流截面的液体体积q－流量(L/min，m3/s)u－瞬时流速平均流速v－平均流速(m/s，m/min)(3-6)二、连续方程(质量守恒定律)图2-12液流的连续性原理根据质量守恒定律可得：不考虑液体的压缩性：或写成：上式为液流的流量连续性方程

三、伯努利方程(能量守恒定律)图

理想液体伯努力方程示意图假设液体无能量损失，根据能量守恒定律可得：1.理想液体微小流束的伯努利方程物理意义：在密闭管道内作恒定流动的理想液体，具有三种形式的能量。即压力能、动能和位能，它们之间可以相互转化，但在管道内任一处，单位重量的的液体所包含的这三种能量的总和是一定的。2.实际液体总流的伯努利方程实际液体存在能量损失hw，并且存在动能修正系数α，实际液体的伯努利方程表示为：作答正常使用主观题需2.0以上版本雨课堂推导文丘利流量计的流量公式文丘利流量计h文丘利流量计动画主观题20分四、动量方程动量定理：作用在物体上的外力等于物体单位时间内动量的变化量。即

考虑动量修正问题，则有：

式中F—作用在液体上所有外力的矢量和；υ1、υ2—液流在前、后两个过流断面上的平均流速矢量；β1、β2—动量修正系数，紊流时β=1，层流β=4/3。为简化计算，通常均取β=1；ρ、q—分别为液体的密度和流量。

第四节理想气体的状态方程等温过程在气动系统中气缸慢速运动、管道输送空气等均可视为等温过程。

等压过程

等容过程

绝热过程气动系统中快速充、排气过程可视为绝热过程

1.液体的流动状态19世纪末，雷诺首先通过实验观察了水在圆管内的流动情况，并发现液体在管道中流动时有两种流动状态：层流和紊流（湍流）。这个实验被称为雷诺实验。实验结果表明，在层流时，液体质点互不干扰，液体的流动呈线性或层状，且平行于管道轴线；而在紊流时，液体质点的运动杂乱无章，在沿管道流动时，除平行于管道轴线的运动外，还存在着剧烈的横向运动，液体质点在流动中互相干扰。(实验视频)

第五节管道中液流的特性层流紊流层流和紊流是两种不同的流态。层流时，液体的流速低，液体质点受粘性约束，不能随意运动，粘性力起主导作用，液体的能量主要消耗在液体之间的摩擦损失上；紊流时，液体的流速较高，粘性的制约作用减弱，惯性力起主导作用，液体的能量主要消耗在动能损失上。流体的流动状态(3/3)

雷诺数是液体在管道中流动状态的判别数。对于不同情况下的液体流动状态，如果液体流动时的雷诺数Re相同，它的流动状态也就相同。液流由层流转变为紊流时的雷诺数和由紊流转变为层流时的雷诺数是不相同的，后者的数值要小，所以一般都用后者作为判断液流状态的依据，称为临界雷诺数，记作Recr。当液流的实际雷诺数Re小于临界雷诺数Recr时，液流为层流；反之，为紊流。

雷诺数的物理意义：雷诺数是液流的惯性作用对粘性作用的比。当雷诺数较大时，说明惯性力起主导作用，这时液体处于紊流状态；当雷诺数较小时，说明粘性力起主导作用，这时液体处于层流状态。雷诺数水力直径水力半径湿周管路截面为圆形，而不采用方形的原因。请用数据说明。作答正常使用主观题需2.0以上版本雨课堂主观题20分

(１)液体层流时的沿程压力损失图

圆管层流流动分析四、压力损失⑴通流截面上的流速分布规律液流在作匀速运动时受力平衡，故有：

对上式进行积分，并应用边界条件，当r＝R时，u＝0，得：⑵通过管道的流量⑶管道内的平均流速v=umax(4)沿程压力损失由式可求出沿程压力损失为:变换形式可写成如下公式:

式中：λ—沿程阻力系数，理论值，实际计算时，对金属管取，橡胶软管沿程压力损失(5/5)局部压力损失式中ζ——局部阻力系数。各种局部装置结构的ζ值可查有关手册管路中的总压力损失在液压传动系统中，绝大多数压力损失转变为热能，造成系统温度增高，泄漏增大，影响系统的工作性能。减小压力损失的措施：减小流速，缩短管道长度，减少管道截面突变，提高管道内壁的加工质量等。1.孔口流量

(1)薄壁孔口的流量第七节孔口流动孔口分类：l/d≤0.5

薄壁小孔

l/d>4细长小孔

0.5<l/d≤4短孔

2.短孔和细长孔的流量计算

细长孔的流量公式：

细长孔流量受液体温度影响较大各小孔流量公式，可以归纳出一个通用公式2.缝隙流量

通常来讲，缝隙流动有三种状况：一种是由缝隙两端压力差造成的流动，称为压差流动；另一种是形成缝隙的两壁面作相对运动所造成的流动，称为剪切流动；还有两种流动的组合—压差剪切流动。当为压差流动，其流量为：当为剪切流动，其流量为：

(2)圆环缝隙的流量在液压缸的活塞和缸筒之间，液压阀的阀芯和阀孔之间，都存在着圆环缝隙。圆环缝隙有同心和偏心两种情况，它们的流量公式不同。

⑴流过同心圆环缝隙的流量⑵流过偏心圆环缝隙的流量式中δ——内外圆同心时的缝隙厚度；ε——相对偏心率，即偏心距e和同心环缝隙厚度δ的比值：ε=e/δ。下列哪些属于非牛顿流体水空气蜂蜜沥青ABCD提交液压油E牙膏Fτ0多选题10分磁流变流体磁流变流体(Magnetorheologicalfluid,简称MRF)在磁场的作用下能够在瞬间（ms级）从自由流动的牛顿流体转变成具有一定可控屈服强度的宾汉（Bingham）塑性固体，而且转变过程是可逆的。

磁流变流体的发展与应用

磁流变流体的研究始于19