《液压与气动(盘) 教学课件 ppt 作者 陆全龙 刘明皓 主编 柳舟通 周启银 张丽娅 张键 副主编02流体力学概述4 02流体力学概述4》由会员分享，可在线阅读，更多相关《液压与气动(盘) 教学课件 ppt 作者 陆全龙 刘明皓 主编 柳舟通 周启银 张丽娅 张键 副主编02流体力学概述4 02流体力学概述4（35页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1,2,第2章 液压流体力学基础,本章要点和教学要求 1) 掌握液压传动的工作介质液体的种类、性质。 2) 熟悉液体的静力学基础知识。 3) 熟悉流动液体的三个基本方程并进行计算。 4) 了解压力损失、流量损失、液压冲击、空穴现象产生的原因及防止措施。,3,第2章 液压流体力学基础,液压流体力学是研究液体平衡和运动的力学规律的一门学科。 液体静力学 研究液体在静止状态下的力学规律及其应用 液体动力学 研究液体流动时流速和压力的变化规律 管道中液流的特性 用于计算液体在管路中流动时的压力损失 孔口及缝隙的压力流量特性 是分析节流调速回路性能和计算元件泄漏量的理论依据,4,2.1 液 压 油,液压
2、介质要完成的功能有： 传递能量和信号； 润滑液压元件； 散热； 防止锈蚀； 密封摩擦副中的间隙； 传输、分离和沉淀非可溶性污染物； 为故障提供诊断信息等。,5,2.1.1 液压油物理性质,1 密度 单位体积V液体的质量m称为液体的密度，即 =m/V （kg/m3） 一般液压油密度900 kg/m3，水1000kg/m3。 2 可压缩性 液体受压力作用而发生体积变化的性质称为液体的可压缩性。 液压油体积弹性模量（1.22）109Pa，数值很大，一般情况下，可以认为液体是不可压缩的。,6,2.1.1 液压油物理性质,3 粘性 液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一种内
3、摩擦力，这种特性称为液体的粘性。 用动力粘度、运动粘度、相对粘度来度量。 F =A du/dy =du/dy 牛顿的液体内摩擦定律 为比例常数，即动力粘度,7,3 粘性,动态模拟图,8,2.1.1 液压油物理性质,动力粘度即绝对粘度 表征液体粘性的内摩擦系数 =( F/A )/( du/dy ) 单位：Pas 1Pas10P1000cP 运动粘度 =/，没有明确的物理意义,但是工程实际中常用的物理量。单位：1m2/s=106cSt (厘斯) 国际标准化组织ISO规定统一采用运动粘度来表示油液的粘度级。我国的液压油以40时运动粘度中心值（以mm2/s计）为粘度等级标号，即牌号。例如，牌号为LHL
4、22的普通液压油在40时运动粘度的中心值为22mm2/s 相对粘度又称条件粘度，我国采用恩氏粘（E）。 粘度随着温度升高而显著下降（粘温特性）,参图。 粘度随压力升高而变大（粘压特性）。,9,10,2.1.2 液压油的选用和分类,1 对液压油液的选用和要求 合适的粘度和良好的粘温特性，运动粘度大多为（1368cSt）。 良好的化学稳定性。体积膨胀系数低，比热容高。 良好的润滑性能 质地纯净 对金属和密封件有良好的相容性 抗泡沫性好，抗乳化性好，腐蚀性小，抗锈性好 流动点和凝固点低，闪点和燃点高，经济性好 2 液压油液的分类 我国液压油种类多，主要分矿油型、含水型、合成型。（参书上表2.1）,1
5、1,2.2 液体静力学,液体静力学主要是研究液体静止时的平衡规律以及这些规律的应用。 2.2.1 阿基米德定律 浸在液体中的物体受到向上的浮力，浮力的大小等于它排开的液体受到的重力。数学表达式为： 浮力FgV,12,2.2.2 液体压力,1 液体静压力及其特性 作用在液体上的力有质量力和表面力。 质量力有重力和惯性力。 液体的静压力 静止液体内某点单位面积上所受到的法向力称为静压力。 p=limF/A （A0） （2.6） 若在液体的面积A上所受的作用力F为均匀分布时，静压力可表示为 p = F / A 液体静压力在物理学上称为压强，工程实际应用中习惯称为压力。,13,液体静压力的特性： 1）
6、液体静压力垂直于承压面，方向为该面内法线方向。 2）液体内任一点所受的静压力在各个方向上都相等。,例2-1如图，液压缸活塞直径D，输入液压力p，产生的总作用力F等于多少？ 解：根据液体静压力定义，总作用力F等于液体静压力p与该固体壁面活塞面积A的乘积，即 FpApD2/4,14,2 压力的表示方法及单位,绝对压力 以绝对真空为基准进行度量 相对压力或表压力 以大气压为基准进行度量 真空度 绝对压力不足于大气压力的那部分压力值 压力单位 帕 Pa ( N / m2) 1MPa106 Pa,15,2.2.3 液体静力学基本方程,静压力基本方程式 p=p0+gh （2.8） 重力作用下静止液体压力分
7、布特征： 1）压力由两部分组成：液面压力p0，自重形成的压力gh。 2）液体内的压力与液体深度成正比。 3）离液面深度相同处各点的压力相等，组成等压面，为水平面。,16,2.2.4 帕斯卡原理,在密闭容器内，施加于静止液体上的压力将以等值同时传到各点。 这就是静压传递原理或称帕斯卡原理。,17,如图应用实例 作用在大活塞上的负载F1形成液体压力 p= F1/A1 为防止大活塞下降，在小活塞上应施加的力 F2= pA2= F1A2/A1 液体内的压力是由负载决定的。,18,2.3 液体动力学,液体动力学研究流动液体的运动规律、能量转化和作用力，学习八个基本概念和三个重要方程连续性方程、伯努利方程
8、、动量方程,1） 理想液体 既无粘性又不可压缩的液体称为理想液体。,2.3.1 液体运动的基本概念,19,2.3.1 液体运动的基本概念,2） 恒定流动 液体流动时，若液体中任何一点的压力、速度和密度都不随时间而变化的流动。 3） 过流截面 液体在管道流动时，垂直于流动方向的截面称为过断流面。也称通流截面。,20,2.3.1 液体运动的基本概念,4） 流量 单位时间内通过某通流截面的液体的称为体积流量或流量。 q = v A (m3 / s 或 L/min）。,21,2.3.1 液体运动的基本概念,5） 平均流速 单位通流截面通过的流量。 设管道液体在时间t内流过的距离为l，过流断面面积A，则
9、 qV/tA l /t =Av,22,6) 层流 液体质点互不干扰，液体的流动呈线性或层状的流动状态。 7) 紊流 液体质点的运动杂乱无章，除了平行于管道轴线的运动以外，还存在着剧烈的横向运动。,8) 雷诺数 雷诺实验表明，真正决定液流流动状态的是用管内的平均流速v、液体的运动粘度、管径d三个数所组成的一个称为雷诺数Re的无量纲数，即 Re vd/ （2.12） 液流紊流转变为层流时的雷诺数称临界雷诺数，记为Rec。 光滑金属圆管Rec 2000-2300,23,2.3.2 连续性方程,连续性方程是质量守恒定律在流动液体中的表现形式。 根据质量守恒定律，在dt时间内流入截面A1的质量应等于流出
10、截面A2的质量 v1A1dtv2dA2dt,v1A1v2A2q （2.15）,24,2.3.3 伯努利方程,18世纪中叶，瑞士数学家丹尼尔伯努利发现伯努利方程。 伯努利方程是能量守恒定律在流体力学中的表达方式。,25,液体在管内作恒定流动， 任取截面1、2，有： p1+g Z1+1/2v12 = p2+g Z2+1/2v22 （2.16）,26,实际流体的伯努利方程,p1 +g Z1 +1/2v12 =p2 +g Z2+2/2v22+g hw （2.17） 实际流体存在粘性，流动时存在能量损失，hw 为单位质量液体在两截面之间流动的能量损失。 用平均流速替代实际流速， 为动能修正系数。,27,
11、例：如图示简易热水器，左端接冷水管，右端接淋浴莲蓬头。已知 A1=A2/4和A1、h值，问冷水管内流量达到多少时才能抽吸热水？,解：沿冷水流动方向列A1、A2截面的伯努利方程 p1/g + v12/2g = p2/g + v22/2g 补充辅助方程 p1 = pagh p2=pa v1A1=v2A2 代入得 h+v12/2g = (v1/4)2/2g v1 = (32gh/15)1/2 q = v1A1= (32gh/15)1/2 A1,28,2.3.4 动量方程 动量方程是动量定理在流体力学中的具体应用，用来计算流动液体作用在限制其流动的固体壁面上的总作用力。,F = d（m u）/dt =
12、 q（v2 - v1） 作用在液体控制体积上的外力总和等于单位时间内流出控制表面与流入控制表面的液体的动量之差。 应用动量方程注意：F、u是矢量；流动液体作用在固体壁面上的力与作用在液体上的力大小相等、方向相反。 例：求液流通过滑阀时，对阀芯的轴 向作用 力的大小。,F = q（v2 cos2 v1cos1） 液流有一个力图使阀口关闭的力，这个力称为液动力。 F =-F =qv1cos,29,2.4液体流动时的压力损失 2.4.1 沿程压力损失,液体沿等直径直管流动时因摩擦所产生的能量损失称沿程压力损失。 这是由液体流动时的内、外摩擦力所引起的。 1 圆管中的流速分布 up（R2-r2）/4l
13、,2 圆管中的流量 q=,4 沿程压力损失,30,2.4.2 局部压力损失,液体流经弯管、接头、截面突变、阀口及滤网等局部障碍时，引起油液质点间、以及质点与固体壁面间相互碰撞和剧烈摩擦而产生的压力损称局部压力损失。,31,2.5 小孔流量,液压系统常利用小孔和缝隙来控制液体的压力、流量和方向。 通过小孔的流量 q CqA 2p/（2.30） 可统一为通用公式 qCApm 则通用液阻公式为 （Rdp/dq）,32,2.6 气穴现象和液压冲击,2.6.1 气穴现象 在液压系统中，如果某处的压力低于空气分离压，原溶解在液体中的空气就会分离出来，导致液体中出现大量气泡的现象，称为气穴现象，也称空穴现象
14、。,2.6.2 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，这种现象称为液压冲击。,33,习题与思考题,2-1 在圆柱形容器中某可压缩流体，当压力26106N/m2时体积为995106m2，当压力16106N/m2时体积为1000m3 ，问它的压缩系数为多少？ 2-2 油液的粘性指什么？常用的粘度表示方法有哪几种?说明粘度的单位。 2-3 某种液压油在温度为50时的运动粘度为32mm 2/s，密度为900kgm3 。试求其动力粘度。 2-4 某油液的动力粘度为4.9109Ns/m2，密度为850kG/m3，求该油液的运动粘度为多少?,34,2-10 图250中，立式数控加工中心主轴箱自重及配重W为8l04N，两个液压缸活塞直径D=30mm，问液压缸输入压力p应为多少MPa才能平衡？,35,谢谢！ 大家辛苦了！ 下一章,
