西职院液压传动教案第2章 流体力学基础

PAGEPAGE1PAGE2课时分配：节编写日期：年月日课题第二章液压系统流体力学基础目的和要求1.掌握压液油的物理特性、黏度与压力温度的关系；2.理解伯努力方程的含义，掌握有关液流能量损失的计算方法；3.掌握液压油的选择原则。难点重点重点：几种常用黏度的定义、黏温特性、伯努力方程、管道中液流能量损失计算、液压油的选择。难点：伯努力方程、液流作用于固体壁面上的作用力计算。组织教学（包括教学环节，内容提纲，时间分配，教具等）本章讲授内容：第一节液压系统工作液体第二节液压流体静力学第三节液压流体动力学第四节管道中液流能量的损失第五节液体流经孔口的压力流量特征教学方法：采用理论讲授，实例演练结合。教具：多媒体教室、课件。课外作业教材P202.1-2.3、2.32.7、2.62.82.9课时授课计划讲授内容作业与补充第一节液压系统工作液体一、液压油的特性1．液压油液的物理特性(1)密度和重度密度(ρ)：单位体积液体的质量

ρ=m/V（kg/m3）标准密度ρ20：我国采用20°C时的密度重度(γ)：地球对单位体积液体质量的引力γ=G/V=ρg（N/m3）(2)黏性和黏度①粘性：注意：液体在静止时不呈现粘性。a、定义：b、液体的粘性示意图：c、牛顿液体内摩擦定律：τ=F/A=μdu/dy②黏度：液体粘性大小用黏度来表示，常用的黏度有三种：动力粘度、运动粘度和相对粘度。动力粘度（绝对粘度）(μ)：μ=F/A*du/dy运动粘度（υ）：υ=μ/ρ相对粘度（Еt）：又称条件黏度，由于测量仪器和条件不同，各国相对粘度的含义也不同。我国、德国和前苏联采用恩氏黏度。恩氏黏度用恩氏黏度计测定，其值为：Еt=t1/t2无量纲恩氏黏度和运动黏度的换算关系为：当1.35≤E≤3.2时，υ=（8E-8.64/E）*10-6当E>3.2时，υ=（7.6E-4/E）*10-6（3）可压缩性体积压缩系数Ｋ:K=-（1/△p）*△V/V体积弹性模量β:β=1/K讲授内容作业与补充2．黏度与压力的关系：υp=υ（1+0.003P）υp—压力为P时的运动黏度，υ—压力为101.33kPa时的运动黏度,二、液压油液的类型、选择与使用1.对液压传动工作介质的要求：合适的粘度，较好的粘温特性良好的润滑性能；质地纯净，杂质少无腐蚀性对热、氧化、水解和剪切有良好的稳定性抗乳化性好2.液压油的分类主要分类：石油基液压油、乳化液、合成型。3.选用的原则：对各种液压系统,选择液压油需要考虑的因素较多,如黏度、密度、工作温度、压力范围、抗燃性、润滑性、可压缩性、毒性等。但首先要根据液压泵来确定工作介质的粘度,另外还需考虑列表中的其它因素。4.粘度选择的总原则：高压、高温、低速情况下，应选用粘度较大的液压油，主要考虑泄漏的影响；低压、低温、高速情况下，应选用较低粘度的液压油，主要考虑内摩擦阻力的影响。根据液压泵的要求来确定工作介质的黏度。因为在液压系统的所有元件中，泵的转速最高，压力较大温度较高。可参看相关液压泵用油黏度范围及推荐用油列表。5.液压系统的污染控制污染的根源:被污染的新油；残留污染；侵入污染；生成污染污染引起的危害：影响系统性能和寿命；元件失效污染的测定：称重法；颗粒计数法污染度的等级：我国GB/T14039-93；美国NAS1638工作介质的污染控制：讲授内容作业与补充第二节液体静力学一、液体静力学及其特性作用于液体上的力分为：质量力、表面力，表面力又分为：法向力和切向力。1.液体静压力：静止液体内某点处单位面积上所受到的法向力。p=F/A单位为:（qv）或Pa、KPa、MPa2.静压力特性：液体静压力的方向总是作用面的内法线方向。静止液体内任一点的液体静压力在各个方向上大小都相等。二、液体静压力基本方程1．静压力基本方程p=po+ρgh它表示在静止液体中，任何一点处的静压力是作用在液体表面上的压力po和重力所产生的压力ρgh之和。2．基本方程的物理意义：能量守恒定律：对于静止液体，在同一管道内各个截面处的总能量（压力能和位能之和）都相等。静止液体内的各截面处的能量讲授内容作业与补充三、压力的表示方法及单位1.压力的表示方法绝对压力：以绝对真空作为基准相对压力：以大气压力作为基准。又称表压力

绝对压力=相对压力+大气压力真空度=大气压力－绝对压力2.压力单位及换算：法定单位：帕斯卡（帕Pa）四、帕斯卡原理内容（等值传递）：实质:在密闭的容器内的静止液体中，若某点的压力发生了变化，则该变化值将等值同时地传到液体内所有各点。应用：体现在液压元件的工作原理上。力的放大。帕斯卡原理图五、液体静压力对固体壁面的作用力1.壁面为平面:F=pA=pπD2/42.壁面为曲面：一般将总力分解成水平和垂直方向的两个分力来研究。讲授内容作业与补充第三节液体动力学一、基本概念1．理想液体和稳定流动理想液体：无粘性且不可压缩的液体。稳定流动：液体中任一点的压力、速度和密度不随时间而变化。迹线、流线、流束和通流截面(过流截面)2．流量和平均流速流量(qv)：单位时间内通过某通流截面的液体的体积。qv=V/t或单位为:m3/s,L/min平均流速(v)：液流质点在单位时间内流过的距离。 v=qv/A 单位为:m/s,m/min在实际工程中,液压缸工作时,活塞运动的速度就等于缸内液体的平均流速。质量流量(qm):流过其截面的液体质量3．流动液体的压力压力在各个方向上的数值可以看作是相等的。讲授内容作业与补充第四节管道中液流的能量损失一、两种流态、雷诺数1.两种流态层流：液体质点互不干扰，分层流动（粘性力）。紊流：液体质点的运动杂乱无章（惯性力）。2.雷诺数Re：雷诺数计算：Re=vd/υRe为无量纲数临界雷诺数Rec：常见管道的Rec可参见相关列表。液流流态叛断：Re≥Rec液流为紊流Re<Rec液流为层流二、液体在流动中的压力损失1.沿程压力损失：定义：液体在等径直管中流动时因内、外摩擦而引起的压力损失。计算：层流/紊流时的压力损失：液流在通流截面上的速度分布规律液体作层流时，通流截面上的速度分布规律呈旋转抛物体状，液体在圆管中作层流流动时，其中心处的最大流速正好等于其平均流速的两倍。讲授内容作业与补充λ取值，圆管层流，理论取值为λ=64/Re,但实际取值较大。紊流时与Re大小有关。2.局部压力损失定义：液体流经如阀口、弯管、通流截面变化等处所引起的压力损失。（旋涡，撞击，能量损耗）局部压力损失计算：液体流过各种阀类的局部压力损失经验计算公式:3.管路系统中的总压力损失和压力效率总压力损失：等于所有沿程压力损失、所有局部压力损失以及流经各种阀的压力损失之和。即：压力效率：η=p1/pp=(pp-ΣΔp)/pp=1-ΣΔp/pp讲授内容作业与补充第五节液体流经孔口的压力流量特性薄壁小的压力流量特性当液体流经薄壁小孔时，由于惯性力的作用，液流流线不会突然改变方向，有一个收缩与扩散的过程，该过程要产生局部压力损失，系统发热，泄漏增加。1.流经薄壁小孔的特征薄壁小孔：l/d≤0.5;D>>d,孔前截面1-1处，v1≈0;收缩断面2-2处，动能修正系数α2=1;两边高度相等,则位能相等。根据伯努利方程，可得：ζ—