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1、任务2：了解流体力学基础,一、液压油 二、流体静力学基础 三、流体动力学基础,任务2：了解流体力学基础,一、液压油 1液压油的分类 液压油主要有矿油型、合成型、乳化型三大类 2液压油的性质 （1）粘性 粘性是流体在外力作用下流动时分子间的内聚力要阻止分子间的相对运动而产生的一种内摩擦力。 （动画） 根据实际测定的数据所知，流体层间的内摩擦力F与流体层的接触面积A及流体层的相对流速成正比，而与此二流体层间的距离成反比，即：,如果用单位接触面积上的内摩擦力（剪切应力）来表示，则上式可改写成,这就是牛顿内摩擦定律。 粘性是液体最重要的物理特征之一，是选择液压油的主要依据，它常用绝对粘度（动力粘度）、
2、运动粘度和相对粘度来表示（见表2-2）,（2）液体的可压缩性 液体的可压缩性是液体受压力的作用而使其体积发生变化的性质。可用体积压缩系数表示。它是液体在单位压力变化时的体积相时变化量。即,3液压油的选用 我国液压油的牌号是以这种油液40时的运动粘度的平均值来标定的，例如46号液压油是指这种油在40时的运动粘度的平均值为46cSt（mm2/s）。 正确而合理地选用液压油，是保证液压设备高效率正常运转的前提。选用液压油时，可根据液压设备及液压元件生产厂所推荐的品种号数来选用液压油，或者根据液压系统的工作环境、工作压力、液压元件种类及经济性等因素全面考虑。具体如下表。,二、液体静力学基础 液体静力学
3、是研究液体处于相对平衡状态下的力学规律和这些规律的实际应用的力学。所谓相对平衡是指液体内部各质点间没有相对运动，至于液体本身完全可以和容器一起如同刚体一样做各种运动。因此，液体在相对平衡状态下不呈现粘性，不存在切应力，只有法向的压应力，即静压力。 1液体的静压力及特性 液体的静压力是指液体相对静止时，液体单位面积上所受的法向力。,液体静压力有以下两个特性： 液体静压力垂直于承压面,其方向和该面的内法线方向一致。 静止液体内任一点所受到的压力在各个方向上都相等。 2液体的静力学基本方程,如图1-2-3所示，密度为的液体在容器内处于静止状态，作用在液面上的压力为，如果计算距液面深度为处某一点的压力
4、，可以假想从液面往下切取高度为，底面积为的小液柱为研究对象，这个液柱在重力和周围液体压力作用下，处于平衡状态，所以有,图1-2-3 静压力的分布规律,如果取X轴为相对高度的起始点，则上式可写成,3绝对压力、相对压力和真空度 压力的表示方法有绝对压力和相对压力两种。,绝对压力、相对压力(表压力)和真空度的关系如图1-2-4所示。,图1-2-4绝对压力、相对压力和真空度,【例1-2-1】如图1-2-5所示，容器内盛有油液。已知油的密度=900kg/m3，活塞上的作用力=1000N，活塞的面积=110-3m2，假设活塞的重量忽略不计。问活塞下方深度为=1m处的压力等于多少？,图1-2-5 例1-2-
5、1图,解：由式1-2-5得,(a) (b) 图1-2-6 液压力作用在曲面上的力,4液体作用在固体壁面上的力 具有一定压力的液体与固体壁面相接触时，固体壁面将受到液压力的作用，如果略去液体自重产生的压力，液体中各点的静压力是均匀分布的，且垂直作用于受压表面。因此，当承受压力的表面为平面时，液体对该平面的总作用力等于液体的压力与受压面积的乘积，即,当承受压力的表面为如图1-2-6所示的曲面时，液体对该曲面的总作用力等于液体的压力与受压曲面在垂直方向的投影面积的乘积，即,当承受压力的表面为曲面时，由于压力总是垂直于承受压力的表面，所以作用在曲面上各点的力不平行但相等。要计算曲面上的总作用力，必须明
6、确要计算哪个方向上的力。 如图1-2-6c所示为液压缸筒受力分析图。设缸筒半径为r，长度为l，求液压力作用在右壁部x方向的力Fx。在缸筒上取一微小窄条，其面积为dA=lds=lrd，压力油作用在这微小面积上的力dF在x方向的投影为：,图1-2-6c,dFx=dFcos=pdAcos=plrcosd 在液压缸筒右半壁上x方向的总作用力为：,式中，2lr为曲面在x方向的投影面积。,由此可得出结论，作用在曲面上的液压力在某一方向上的分力等于静压力与曲面在该方向投影面积的乘积。这一结论对任意曲面都适用。,三、液体动力学基础 液体动力学是研究液体在外力的作用下流动时作用在液体上的力与液体运动之间的关系和
7、能量转换关系的力学。它是液压与气动技术中分析问题和设计计算的理论依据。 1基本概念 （1）理想液体和稳定流动 所谓理想液体就是无粘性、不可压缩的假想液体。 稳定流动是液体流动时，液体中任意一点处的压力、流速和密度不随时间而变化。 （2）流量和平均流速 流量是指单位时间流过某一过流断面的液体体积，即,平均流速是假设过流断面上各点的流速均匀分布，液流质点在单位时间内流过的距离。即,式中为液流质点流过的距离，为液体通过的时间，单位为m/s。 将式2-9的分子和分母同时乘以，则得,（3）层流、紊流和雷诺数(动画） 颜色水和周围的液体没有混杂，而是层次分明，能够维持稳定的流束状态，这种流动称为层流。如果
8、A阀继续开大，脉动加剧，颜色水就完全与周围液体混杂而不再维持流束状态，引起流层间质点相互错杂交换，这种流动称为紊流或湍流。 液体流动时究竟是层流还是紊流，可用雷诺数来判断，即,2连续性方程 连续性方程是质量守恒定律在液体力学中的一种表达形式。设不可压缩的液体在图1-2-8所示的管道中作稳定流动，若取两个过流截面1和2，其截面积为和，这两截面上的平均流速为和，两截面上的密度不变，则在两截面处的液体质量应相等，即,常量,图1-2-8 液流的连续性原理,3伯努利方程 （1）理想液体的伯努利方程 假定理想液体在如图1-2-9所示的管道中作稳定流动1截面和2截面处的能量如表1-2-6所示。,图1-2-9
9、伯努利方程的示意图,（2）实际液体的伯努利方程 实际液体在管道中流动时，由于液体有粘性，会产生内摩擦力，因此造成能量损失，另外由于实际流速在管道通流截面上分布是不均匀的，用平均流速来代替，必然会产生偏差，这样就必须引入动能修正系数来补偿产生的偏差，因此实际液体的伯努利方程为,【例1-2-2】图示液压泵从油箱吸油。液压泵流量为150L/min，油液粘度=3010-6m2/s，密度=900kg/m3。吸油管长度l=3m，吸油管直径d =60 mm，在不计局部损失时，试求为保证泵吸油口真空度不超过0.2105Pa，液压泵吸油口高于油箱液面的高度H。,图1-2-9 例12-2图,解：设以油箱液面为1-
10、1截面，泵的进油口处管道截面为2-2截面，流速为、压力为、泵的吸油口高于油箱液面的高度为，根据实际液体的伯努利方程,4动量方程 动量方程是动量定理在流体力学中的具体应用。刚性力学动量定理指出，作用在物体上的外力等于物体在单位时间内的动量变化量，即,5、液压冲击 液压冲击是指在液压系统中由于液流速度突变或突然改变流向等原因而引起的油液压力在瞬间急剧上升的现象。 液压冲击会引起振动和噪声，导致密封装置、管路等液压元件的损坏，有时还会使压力继电器、顺序阀等元件产生误动作，影响系统的正常工作。因此必须采取有效措施来减轻和防止液压冲击。 避免产生液压冲击的基本措施是尽量避免液流速度发生急剧变化，延缓速度变化的时间，其具体办法是：,6、空穴现象 空穴现象是指在液压系统中由于流速突然变大、供油不足等因素，压力会迅速下降至于低于空气分离压时，溶于油液中的空气游离出来形成气泡，这些气泡夹杂在油液中形成气穴的一种现象。 当液压系统中出现气穴现象时，会使流量和压力脉动、系统出现强烈噪声和振动及气蚀。 为了减少空穴和气蚀现象，一般采取下列措施： 、减少液流在间隙处的压力降，p1/p23.5； 、降低吸油高度，适当加大吸油管内径，限制流速，及时清洗滤油器。 、对高压系统采用辅助泵供油； 、密封严。,
