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1、第二章 液压流体力学基础,2.1 液压油 2.2 液体静力学基础 2.3 液体动力学 2.4 孔口和隙缝的流量计算 2.5 液压冲击与空穴现象,2.1 液压油,2.1.1 液压油的主要物理性质 1 、密度=m/v kg/ m3一般取液压油的密度为900kg/m3 取水的密度为1000kg/m3,2、可压缩性 .体积压缩率k k是液体的体积压缩率（1/Pa） p是压力的变化值 V是体积的变化量 .体积模量KK=1/k石油型液压油的体积模量是普通钢材的100-150倍。K与温度压力有关，温度增加时，K值减小，压力增大时K值增大,3.粘性液体在外力作用下流动（或有流动趋势）时，分子间的内聚力要阻止分
2、子相对运动而产生的一种内摩檫力， 它使液体各层间的运动速度不等，这种现象叫做液体的粘性。静止液体是不呈现粘性的,粘度的三种表示方法 1.动力粘度。动力粘度简称粘度。,单位：Pas 物理意义：动力粘度在物理意义上讲，是当速度梯度du/dz=1时，单位面积上的内摩擦力的大小。它直接表示流体的粘性即内摩擦力的大小。,2.运动粘度v。运动粘度是液体的动力粘度与其密度的比值，即,v不是一个粘度的量，只是工程上常用它标志液压油的粘度液压传动工作介质的粘度等级是以40C时运动粘度的中心值来划分的，如：L-HL22表示普通液压油在40C时运动粘度的中心值为22cSt（mm/s）,3.相对粘度。又称条件粘度，我
3、国采用恩氏粘度E。恩氏粘度使用恩氏粘度计在规定的条件下测量出来的液体相对与水的粘度，即将200ml的被测液体装入底部有2.8mm小孔的恩氏粘度计的容器中，在某一温度下测出全部液体在自重作用下流过小孔所需的时间t1，然后再测出同体积蒸馏水在20C时流过同一小孔所需的时间t2。则,恩氏粘度与运动粘度的关系式,2.1.2 液压油的分类和选用 1.对液压油的要求：液压油是液压传动最常用的工作介质，液压油的性能会直接影响液压系统工作的可靠性、灵敏性、稳定性、系统效率和零件寿命等。 1.合适的粘度，粘温性好 2.润滑性能好 3.杂质少 4.相容性好 5.稳定性好 6.抗泡性好、防锈性好 7.凝点低,闪点、
4、燃点高 8.无公害、成本低,油液分类,石油型,难燃型,机械油 汽轮机油 液压油,水-乙二醇液 磷酸酯液,水包油 油包水,乳化液,合成型,液压油的选择在选择液压油时，通常最先考虑粘度，高温，高压下，或慢速移动为了减少泄露采用粘度高的液压油。在低温，低压下或快速移动为了减少功率损失，采用粘度低的液压油。 液压油的维护 1）保持液压系统清洁，防止杂质进入液压油中。 2）防止气体进入油中。 3）防止水分进入油中。,2.2 液体静力学基础,液体的静压力及其特性（Pa）1Pa=1N/m2 1MPa=106Pa 液体的静压力垂直于其作用平面的内法线方向。 静止液体内任意点处所受到的静压力各个方向上都相等。,
5、液体静压力基本方程, pdA=p0A+ghA p=p0+gh,它表明了重力作用下静止液体中的压力分布规律具有以下特征： 1）静止液体内任一点处的压力由两部分组成，液面上的压力p0和该点以上液体自重（或由液体高度）所产生的压力gh。 2）同一容器中同一液体内压力随液体深度h的增加而线性增加。 3）连通器内同一液体中深度h相同的各点压力都相等。,压力的表示方法和单位,相对压力（表压力）:以大气压力为基准，测量所得的压力 是高于大气压的部分 相对压力绝对压力-大气压力,绝对压力:以绝对零压为基准测得的压力 绝对压力=相对压力 + 大气压力,真空度: 如果液体中某点的绝对压力小于大气压力，则称该点出现
6、真空。此时相对压力为负值，常将这一负相对压力的绝对值称为该点的真空度 真空度大气压力-绝对压力注意：真空度永远为正值,单位表示：,国际单位：N/m2（帕pa) 工程单位：bar(巴） 1bar=105N/m2（帕pa) 我国常用工程单位： 1Kgf/cm2 1 bar=105N/m2（帕pa) 注意：对于液压传动来说，一般不考虑液体位置高度对于压力的影响，可以认为静止液体内各处的压力都是相等的。,帕斯卡原理（静压传递原理）,在密闭容器中，施加于静止液体上的压力将以等值方式同时传递到液体内各点。 P1=P2,如果垂直液压缸的活塞上没有负载，当略去活塞重量和其他阻力，不论怎样推动水平缸的活塞也不能
7、在液体中形成压力，说明：液压系统中的压力是由外界负载决定的,在液压传动技术中，有外力所引起的压力将比由自重所引起的压力大得多，因此，在液压系统设计计算中，往往忽略自重所引起的压力；在密闭容器内施加在一边界上的压力将等值传递到液体内各个点；液体不仅能传递力，而且还能放大或缩小力，并且可以获得任意方向的力,液体静压力对圆柱壁面的作用力,液体压力对曲面在某一方向上的作用力等于液体压力与曲面在该方向的垂直面内投影面积的乘积。,2.3 液体动力学,基本概念：理想液体：无粘性，不可压缩的液体定常流动：液体流动时，液体中任何一点的压力、速度和密度都不随时间变化而变化。反之，只要压力、速度和密度有一个量变化就
8、称为非定常流动。通流截面：液体在管路中流动时，垂直于流动方向的截面称为通流截面。流量：单位时间内通过某同留界面的液体体积称为流量。（单位：m3/s、L/min或ml/s）,在工程实际中，用积分求流量时困难的，通常引入平均流速的概念。,流动液体的压力：静止液体在任意点处的压力在各个方向都是相等的，但是在流动液体内，由于惯性力和粘性力的影响，任意点处在各个方向上的压力并不相等，但数值相差甚微。当惯性力很小，且把液体当做理想液体时，流动液体内任意点处的压力在各个方向上的数值可以看作是相等的,雷诺实验,层流：流体质点无横向脉动、质点间互不混杂、层次层次分明、稳定安详的流动状态（黏性力起主导作用）。 湍
9、流（紊流）：流体质点不仅在轴（横）向而且在纵向均有不规则脉动速度，流体质点杂乱混杂交错的混沌流动现象（惯性力起主导作用）。 液体流动时究竟是层流还是湍流，须用雷诺数来判别。,V液体的平均流速 d管子的直径 液体的运动粘度 当液流在实际流动时的雷诺数小于临界雷诺数时，液流为层流，反之液流为湍流。常见液流管道的临界雷诺数由实验求得。,连续性方程,连续性方程时质量守恒定律在流动液体中的应用 v1A1=v2A2=常数 即：v1A1=v2A2=常数 上式说明：液体在管路中流动时，通过任一流通截面的流量是相等的。同时还说明，流速和通流面积成反比。 适用条件：1） 必须是作稳定流动； 2）必须是不可压缩液体
10、； 3）适合于任何液体，与粘度无关。,伯努力方程,理想液体的伯努力方程：物理意义：理想液体作为定长流动时具有压力能、位能和动能三种形式的能量，在任一截面上三种形式的能量可以相互转换，但其总和保持不变，即能量守恒。 适用条件：理想液体作稳定流动。,实际液体的伯努力方程,实际液体具有粘性，考虑到粘性对流体的影响，对理想液体的伯努力方程进行修正 1）考虑到克服液体的粘性摩擦力影响。 2）考虑到液体的粘性使得通流截面上各点的流速不想等。,hw为能量水头损失，1，2分别是动能修正系数，层流时取=2，湍流时取=1。 注意：1）截面A1A2必须沿着流向选取，否则hw取负 值。 2）截面中心在基准面以上时，h
11、取正值，否 则取负值 3）两通流截面上的压力记示方法相同，同 为相对压力或同为绝对压力。,液体在管路中的压力损失,压力损失过大会导致油液温度升高、泄露量增加和系统效率下降等。因此，在液压技术中正确估算压力损失的大小，从而找出减少压力损失的途径是有实际意义的。 液压系统中的压力损失分为沿程压力损失和局部压力损失。,沿程压力损失,沿程压力损失是指油液在直径不变的管路流动时由于克服摩擦力所产生的压力损失。 1）层流时的沿程压力损失,-沿程阻力系数，理论值为64/Re，液压油在金属管中做层流流动是取75/Re，在胶管中常取80/Re。 2）湍流时的沿程压力损失湍流现象很复杂，工程上通常值按经验选取。,
12、局部压力损失,局部压力损失是液体流经局部障碍（弯管、街头、突变截面以及阀口等局部）时，产生的压力损失。,-局部阻力系数，一般由实验确定。 总能量损失：,液压冲击和空穴现象,液压冲击：在液压系统中，由于某种原因，液体压力在一瞬间会突然升高，产生很高的压力峰值。 产生原因： 1）液压系统中阀门突然关闭，液体动能瞬时转换为压力能 2）液压系统中运动着的工作部件突然制动或换向。 3）液压系统中某也部件的动作不够灵敏。如溢流阀反映迟钝 采取的措施： 1）延长阀门关闭和工作部件制动或换向的时间。 2）限制管路中的液流速度和运动不见的运动速度。,3）在液压元件中设置缓冲装置或用橡胶软管连接液压元件以增加系统的弹性。 4）在液压冲击源处设置蓄能器。 空穴现象：在流动的液体中，因某点处的压力低于空气分离压而产生气泡的现象。 采取的措施： 1）减小流经节流小口前后的压力差。 2）正确设计液压泵的结构参数，如增大吸油管内径，限制吸油管中液流速度等。,小 结,1.液压油时液压传动最常用的工作介质。 2.粘度是选择液压有的主要指标。 3.连续性方程式质量守恒定律在流动液体中的表现形式。连续性方程和伯努力方程分别是静止液体和流动液体能两守恒定律的具体体现。 4.液压冲击和空穴现象是液压系统产生震动和噪声的主要原因。,
