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1、第二章第二章液压流体力学液压流体力学流体力学是研究流体平衡和运动规律的流体力学是研究流体平衡和运动规律的一门学科。本章主要叙述与液压传动有关的一门学科。本章主要叙述与液压传动有关的流体力学的基本内容，为以后分析、设计、流体力学的基本内容，为以后分析、设计、以至使用液压传动系统打下必要的理论基础以至使用液压传动系统打下必要的理论基础（简单说明设计过程（简单说明设计过程P269）7/31/202411.1.液压油的物理性质液压油的物理性质2.2.流体静力学流体静力学3.3.流体动力学流体动力学4.液体流动时的压力损失液体流动时的压力损失5.孔口和缝隙流动孔口和缝隙流动6. 液压冲击和气蚀现象液压冲
2、击和气蚀现象7/31/20242第一节第一节液压油液的物理性质液压油液的物理性质 1、密度、密度2、可压缩性、可压缩性 3、粘性、粘性4. .对液压油液的要求对液压油液的要求 液压油的品种（P7-9）7/31/20243密度密度单位体积液体的质量称为液体的密度。单位体积液体的质量称为液体的密度。m/V（kg/m3）一般矿物油系液压油在一般矿物油系液压油在2020时密度约为时密度约为900 kg/m900 kg/m3 3 7/31/20244可压缩性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。可压缩性。体积压缩系数体积压缩系数B=-d
3、v/v/dp流体在单位压力变化下的体积相对变化量流体在单位压力变化下的体积相对变化量 体积弹性系数体积弹性系数K1/B单位体积变化量所需要的压力增量单位体积变化量所需要的压力增量 液压油液的体积弹性系数数值很大，一般认为液液压油液的体积弹性系数数值很大，一般认为液液压油液的体积弹性系数数值很大，一般认为液液压油液的体积弹性系数数值很大，一般认为液压油液不可压缩。压油液不可压缩。压油液不可压缩。压油液不可压缩。 气体的压缩性远大于液体，其体积随压力和温度气体的压缩性远大于液体，其体积随压力和温度气体的压缩性远大于液体，其体积随压力和温度气体的压缩性远大于液体，其体积随压力和温度变化的规律服从气体
4、状态方程。变化的规律服从气体状态方程。变化的规律服从气体状态方程。变化的规律服从气体状态方程。7/31/20245粘粘性性1）粘性的概念粘性的概念液体在外力作用下流动时，液体分子间的液体在外力作用下流动时，液体分子间的内聚力要阻碍分子间的相对运动而产生内聚力要阻碍分子间的相对运动而产生内内摩擦力摩擦力，这种性质称为粘性。，这种性质称为粘性。液体的粘度示意图液体的粘度示意图 液体只有在流动（或有流动趋势）时才会液体只有在流动（或有流动趋势）时才会呈现出粘性，静止液体是不呈现粘性的。呈现出粘性，静止液体是不呈现粘性的。 7/31/202462）粘度粘度 表示液体粘性大小的物理量是粘度。粘度大，液表
5、示液体粘性大小的物理量是粘度。粘度大，液层间的内摩擦力就大，油液就稠层间的内摩擦力就大，油液就稠; ;反之，油液就反之，油液就稀。稀。（1 1）动力粘度）动力粘度（2 2）运动粘度）运动粘度（3 3）相对粘度）相对粘度 7/31/20247 粘度与温度关系：粘度与温度关系： 液压油的粘度随温度升高粘度下降。液压油的粘度随温度升高粘度下降。 粘度温度曲线（粘度温度曲线（见图见图1-21-2）。）。 粘度与压力关系：粘度与压力关系：液压油的粘度随压力的升高而变大，液压油的粘度随压力的升高而变大，随压力变化不大，可随压力变化不大，可忽略不计。忽略不计。 粘度选用原则：粘度选用原则： 高压、高温、低速
6、选用粘度大的液压油（泄漏）高压、高温、低速选用粘度大的液压油（泄漏） 低压、低温、高速选用粘度小的液压油（内摩擦阻力）低压、低温、高速选用粘度小的液压油（内摩擦阻力） 3）粘度与温度、压力关系粘度与温度、压力关系7/31/202487/31/20249动力粘度（绝对粘度）动力粘度（绝对粘度）动力粘度动力粘度的物理意义是：液体在单位速度梯度下的物理意义是：液体在单位速度梯度下流动时单位面积上产生的内摩擦力。动力粘度的流动时单位面积上产生的内摩擦力。动力粘度的单位为单位为Pas（帕（帕秒）。秒）。 动力粘度表征液体动力粘度表征液体粘性的内摩擦系数粘性的内摩擦系数=(F/A)/(du/dy) 该量无
7、法直接测量，实际工作中通过测量相对粘该量无法直接测量，实际工作中通过测量相对粘度，换算出运动粘度，再由运动粘度换算成绝对度，换算出运动粘度，再由运动粘度换算成绝对粘度（见表粘度（见表2-1）7/31/202410运动粘度运动粘度液体的动力粘度液体的动力粘度与其密度与其密度的比值，称为液体的比值，称为液体的运动粘度的运动粘度。运动粘度的单位为。运动粘度的单位为m m2 2/s/s，习惯上，习惯上用单位为用单位为厘斯厘斯cSt 。 1m 1m2 2/s=10/s=106 6cStcSt没有明确的物理意义没有明确的物理意义,但是工程实际中常用的物理但是工程实际中常用的物理量。量。我国液压油采用我国液
8、压油采用40运动粘度平均值来标号，运动粘度平均值来标号，如牌号如牌号L-HL32的液压油表示这种油在的液压油表示这种油在40运动粘运动粘度平均值为度平均值为32cStcSt。 7/31/202411相对粘度相对粘度相对粘度又称条件粘度，它是按一定的测量条件相对粘度又称条件粘度，它是按一定的测量条件制定的。根据测量的方法不同，可分为恩氏粘度制定的。根据测量的方法不同，可分为恩氏粘度EE、赛氏粘度、赛氏粘度SSUSSU、雷氏粘度、雷氏粘度ReRe等。我国采用恩等。我国采用恩氏粘度氏粘度。 恩氏粘度计恩氏粘度计7/31/202412对液压油液的要求对液压油液的要求 粘粘温温特特性性好好 ，一一般般液
9、液压压系系统统所所选选用用的的液液压压油油，其其运动粘度大多为（运动粘度大多为（131368cSt)68cSt)（4040）良好的化学稳定性良好的化学稳定性。良好的润滑性能良好的润滑性能，以减小元件中相对运动表面的，以减小元件中相对运动表面的磨损。磨损。 成成分分要要纯纯净净 ，不不含含或或含含有有极极少少量量的的杂杂质质、水水分分和和水溶性水溶性 酸碱等。酸碱等。 材材料料相相容容性性好好, ,对对金金属属和和密密封封件件有有良良好好的的相相容容性性。 抗泡沫性好，抗乳化性好抗泡沫性好，抗乳化性好，腐蚀性小，抗锈性好。，腐蚀性小，抗锈性好。 对人体无害、成本低对人体无害、成本低。 7/31/
10、202413液压油液的选用液压油液的选用选用液压油液首先考虑的是粘度。选用液压油液首先考虑的是粘度。选择时要注意：选择时要注意：液压系统的工作压力液压系统的工作压力液压系统的工作压力液压系统的工作压力压力高，要选择粘度较压力高，要选择粘度较压力高，要选择粘度较压力高，要选择粘度较大的液压油液。大的液压油液。大的液压油液。大的液压油液。 环境温度环境温度环境温度环境温度温度高，选用粘度较大的液压油液。温度高，选用粘度较大的液压油液。温度高，选用粘度较大的液压油液。温度高，选用粘度较大的液压油液。 运动速度运动速度运动速度运动速度速度高，选用粘度较低的液压油液。速度高，选用粘度较低的液压油液。速度
11、高，选用粘度较低的液压油液。速度高，选用粘度较低的液压油液。 液压泵的类型液压泵的类型液压泵的类型液压泵的类型各类泵适用的粘度范围不同各类泵适用的粘度范围不同各类泵适用的粘度范围不同各类泵适用的粘度范围不同. .液压油的污染及其控制液压油的污染及其控制液压油的污染及其控制液压油的污染及其控制7/31/202414第二节第二节流体静力学流体静力学主要是研究流体处于静止状态下的力学规律和这主要是研究流体处于静止状态下的力学规律和这主要是研究流体处于静止状态下的力学规律和这主要是研究流体处于静止状态下的力学规律和这些规律的应用些规律的应用些规律的应用些规律的应用一、液体静压力及其特性一、液体静压力及
12、其特性 二、二、静压力基本方程式静压力基本方程式静压力基本方程式静压力基本方程式三、压力表示法及单位三、压力表示法及单位四、四、静压力对固体壁面的作用力静压力对固体壁面的作用力静压力对固体壁面的作用力静压力对固体壁面的作用力7/31/202415液体静压力及其特性液体静压力及其特性液体静压力：静止液体在单位面积上所受的法向液体静压力：静止液体在单位面积上所受的法向力。力。液体静压力在物理学上称为压强，工程实际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应用中习惯称为压力 。在液体的面积在液体的面积在液体的面积在液体的面积A A A A上所受的作用力上所受的作用力上所受的作用力上所受
13、的作用力F F F F为均匀分布时，为均匀分布时，为均匀分布时，为均匀分布时，静压力可表示为静压力可表示为静压力可表示为静压力可表示为 p = F / A p = F / A p = F / A p = F / A 7/31/202416液体的静压力具有两个重要特性：液体的静压力具有两个重要特性：液体静压力垂直于承压面，方向为该面内液体静压力垂直于承压面，方向为该面内法线方向。法线方向。 液体内任一点所受的静压力在各个方向上液体内任一点所受的静压力在各个方向上都相等。都相等。7/31/202417液体静力学基本方程液体静力学基本方程p=p0+gh静压力基本方程式静压力基本方程式7/31/202
14、418重力作用下静止液体压力分布特征重力作用下静止液体压力分布特征： 静压力由液面压力静压力由液面压力p p0 0和重力引起的压力和重力引起的压力ghgh两部两部分组成。分组成。液体内的压力随液体深度增加而增加。液体内的压力随液体深度增加而增加。液体内的压力随液体深度增加而增加。液体内的压力随液体深度增加而增加。 同一液体中深度同一液体中深度h h相同的各点压力都相等。由压力相同的各点压力都相等。由压力相等的组成的面称为等压面。在重力作用下静止相等的组成的面称为等压面。在重力作用下静止液体中的等压面是一个水平面。液体中的等压面是一个水平面。液体中任一质点的总能量液体中任一质点的总能量液体中任一
15、质点的总能量液体中任一质点的总能量p/g+h p/g+h p/g+h p/g+h 保持不变，保持不变，保持不变，保持不变，因因此静压力基本方程从本质上反映了静止液体中的此静压力基本方程从本质上反映了静止液体中的能量守恒关系能量守恒关系. . 7/31/202419压力的表示法及单位压力的表示法及单位（1 1）压力的表示法）压力的表示法绝对压力：以绝对压力：以绝对零值绝对零值为基准所表示的压力。为基准所表示的压力。绝对压力大气压力绝对压力大气压力+表压力表压力 相对压力：以相对压力：以大气压力大气压力为基准所表示的压力。为基准所表示的压力。 又又称表压力。称表压力。 表压力绝对压力表压力绝对压力
16、-大气压力大气压力（压力表压力表）真空度：如果液体中某点处的绝对压力低于大气真空度：如果液体中某点处的绝对压力低于大气压压, , 绝对压力不足大气压力的那部分压力值。绝对压力不足大气压力的那部分压力值。真空度大气压力绝对压力真空度大气压力绝对压力7/31/202420绝对压力、相对压力和真空度的相对关系：绝对压力、相对压力和真空度的相对关系： 7/31/202421（2 2）压力的单位）压力的单位法定压力单位为帕斯卡，简称帕，符号为法定压力单位为帕斯卡，简称帕，符号为Pa，1Pa=1N/m2。由于。由于Pa太小，工程上常用兆帕太小，工程上常用兆帕（MPa）来表示：）来表示：1MPa=106Pa
17、压力单位及其它非法定计量单位的换算关系压力单位及其它非法定计量单位的换算关系:1at（工程大气压）（工程大气压）=1kgf/cm2=9.8104Pa1mH2O(米水柱米水柱)=9.8103Pa1mmHg(毫米汞柱毫米汞柱)=1.33102Pa1bar(巴巴)=105Pa1.02kgf/cm27/31/202422静压力对固体壁面的作用力静压力对固体壁面的作用力（1）液体对平面的作用力）液体对平面的作用力当固体壁面为平面时，当固体壁面为平面时，当固体壁面为平面时，当固体壁面为平面时，F=pAF=pA，方向垂，方向垂，方向垂，方向垂直于该平面直于该平面直于该平面直于该平面 。7/31/202423
18、（2）液体对曲面的作用力）液体对曲面的作用力液体压力在曲面某方向上的作用力液体压力在曲面某方向上的作用力液体压力在曲面某方向上的作用力液体压力在曲面某方向上的作用力F=pAxF=pAx， AxAx为曲面在该方向的投影面积为曲面在该方向的投影面积为曲面在该方向的投影面积为曲面在该方向的投影面积7/31/202424第三节第三节流体动力学流体动力学主要是研究流体流动状态下的力学规律主要是研究流体流动状态下的力学规律主要是研究流体流动状态下的力学规律主要是研究流体流动状态下的力学规律（流速和压力的变化规律）（流速和压力的变化规律）（流速和压力的变化规律）（流速和压力的变化规律）. . 一、液体运动的
19、基本概念一、液体运动的基本概念二、连续性方程二、连续性方程三、伯努利方程三、伯努利方程四、动量方程四、动量方程它们是流体动力学的基础，是液压与气压它们是流体动力学的基础，是液压与气压它们是流体动力学的基础，是液压与气压它们是流体动力学的基础，是液压与气压传动中分析问题和设计计算的理论依据。传动中分析问题和设计计算的理论依据。传动中分析问题和设计计算的理论依据。传动中分析问题和设计计算的理论依据。7/31/202425液体运动的基本概念液体运动的基本概念1、理想液体、理想液体2、定常流动、定常流动3、过流断面过流断面4、流量、流量5、平均流速、平均流速 7/31/202426理想液体理想液体理想
20、液体：假设既没有粘性又没有压缩性的液体。理想液体：假设既没有粘性又没有压缩性的液体。实际液体：既有粘性又有压缩性的液体。实际液体：既有粘性又有压缩性的液体。7/31/202427定常流动定常流动 液体流动时，若液体中任何一点的液体流动时，若液体中任何一点的压力压力、速度速度和和密度密度都不随时间而变化，则这种流动就称为定常都不随时间而变化，则这种流动就称为定常流动，又称稳定流动。流动，又称稳定流动。液体流动时，若液体中任何一点的压力、速度和液体流动时，若液体中任何一点的压力、速度和密度中有一个随时间而变化，则这种流动就称为密度中有一个随时间而变化，则这种流动就称为非定常流动。非定常流动。定常流
21、动与非定常流动7/31/202428过流断面过流断面液体流动时，其垂直于流动方向的截液体流动时，其垂直于流动方向的截面。面。7/31/202429流量流量单位时间内通过某过流截面的液体的体积单位时间内通过某过流截面的液体的体积称为流量。用称为流量。用q表示。表示。流量的单位为流量的单位为m3/sorL/min7/31/202430平均流速平均流速平均流速是通过整个通流截面的流量平均流速是通过整个通流截面的流量q与与通流截面积通流截面积A的比值。平均流速在工程中的比值。平均流速在工程中有实际应用价值。有实际应用价值。vq/A 7/31/202431流量流量连续性方程连续性方程 连续性方程是质量守
22、恒定律在流体力学中的一种连续性方程是质量守恒定律在流体力学中的一种表达形式。表达形式。质量守恒定律质量守恒定律 v1A1v2A2 q qvAvA常量常量 恒定流动中流过各截面的不可压恒定流动中流过各截面的不可压缩流体的流量是不变的，因而流速与通流截面的缩流体的流量是不变的，因而流速与通流截面的面积成反比面积成反比 7/31/202432伯努利方程伯努利方程 伯努利方程就是能量守衡定律在流动液体中的表伯努利方程就是能量守衡定律在流动液体中的表现形式。现形式。 1 1、理想液体的伯努利方程、理想液体的伯努利方程 2 2、实际液体的伯努利方程、实际液体的伯努利方程 3 3、伯努利方程的应用、伯努利方
23、程的应用7/31/202433理想液体的伯努利方程理想液体的伯努利方程以上两式即为理想液体作定常流动的伯努利方程7/31/202434 物理意义：物理意义： 第一项为单位重量液体的压力能称为比压能第一项为单位重量液体的压力能称为比压能（ p/g p/g ）；）； 第二项为单位重量液体的动能称为比动能（第二项为单位重量液体的动能称为比动能（ u u2 2/2g /2g ）；）； 第三项为单位重量液体的位能称为比位能第三项为单位重量液体的位能称为比位能 （z z）。）。在管内作稳定流动的理想流体具有压力能，势能在管内作稳定流动的理想流体具有压力能，势能在管内作稳定流动的理想流体具有压力能，势能在管
24、内作稳定流动的理想流体具有压力能，势能和动能三种形式的能量，它们可以互相转换，但和动能三种形式的能量，它们可以互相转换，但和动能三种形式的能量，它们可以互相转换，但和动能三种形式的能量，它们可以互相转换，但其总和不变，即能量守恒。其总和不变，即能量守恒。其总和不变，即能量守恒。其总和不变，即能量守恒。静压力基本方程是伯静压力基本方程是伯努利方程的特例努利方程的特例. .7/31/202435实际液体的伯努利方程实际液体的伯努利方程实际流体存在粘性，流动时存在能量损失，实际流体存在粘性，流动时存在能量损失，实际流体存在粘性，流动时存在能量损失，实际流体存在粘性，流动时存在能量损失，hw hw h
25、w hw 为单位质量液体在两截面之间流动的能量为单位质量液体在两截面之间流动的能量为单位质量液体在两截面之间流动的能量为单位质量液体在两截面之间流动的能量损失。损失。损失。损失。 用平均流速替代实际流速，用平均流速替代实际流速，用平均流速替代实际流速，用平均流速替代实际流速， 为动能修正系为动能修正系为动能修正系为动能修正系数数数数7/31/202436伯努利方程方程的应用伯努利方程方程的应用 液压泵吸油口处的真空度是油箱 液面压力与吸油口处压力p2之差。液压泵吸油口处的真空度却不能 太大. 实践中一般要求液压泵的 吸油口的高度h不超过0.5米. 液压泵从油箱吸油7/31/202437伯努利方
26、程应用举例伯努利方程应用举例如图示简易热水器，已知如图示简易热水器，已知如图示简易热水器，已知如图示简易热水器，已知A1=A2/4A1=A2/4、h,h,问冷水管问冷水管问冷水管问冷水管内流量达到多少时才能抽吸热水？内流量达到多少时才能抽吸热水？内流量达到多少时才能抽吸热水？内流量达到多少时才能抽吸热水？解：列解：列解：列解：列A1A1、A2A2截面的伯努利方程截面的伯努利方程截面的伯努利方程截面的伯努利方程 p1/g+v12/2g=p2/g+v22/2gp1/g+v12/2g=p2/g+v22/2g补充辅助方程补充辅助方程补充辅助方程补充辅助方程p1=pap1=paghghp2=pap2=p
27、av1A1=v2A2v1A1=v2A2代入得代入得代入得代入得h+v12/2g=(v1/4)2/2gh+v12/2g=(v1/4)2/2gv1=(32gh/15)0.5v1=(32gh/15)0.5q=v1A1=(32gh/15)0.5A1q=v1A1=(32gh/15)0.5A17/31/202438动量方程动量方程动量方程就是动量定律在流动液体中的具体应用。动量方程就是动量定律在流动液体中的具体应用。用来计算流动液体作用于限制壁面上的总作用力。用来计算流动液体作用于限制壁面上的总作用力。作用在液体控制体积上的外力总和等于单位时间内流作用在液体控制体积上的外力总和等于单位时间内流作用在液体控
28、制体积上的外力总和等于单位时间内流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流体的动量之差。出控制表面与流入控制表面的流体的动量之差。出控制表面与流入控制表面的流体的动量之差。出控制表面与流入控制表面的流体的动量之差。 应用动量方程注意：应用动量方程注意：应用动量方程注意：应用动量方程注意：F F、u u是矢量；流动流体作用在固体是矢量；流动流体作用在固体是矢量；流动流体作用在固体是矢量；流动流体作用在固体壁面上的力与作用在流体上的力大小相等、方向相反。壁面上的力与作用在流体上的力大小相等、方向相反。壁面上的力与作用在流体上的力大小相等、方向相反。壁面上的力与作用
29、在流体上的力大小相等、方向相反。 7/31/202439动量定理应用动量定理应用7/31/202440 第四节第四节 液体流动时的压力损失液体流动时的压力损失 一、压力损失的基本概念一、压力损失的基本概念二、层流、二、层流、紊流紊流、雷诺数、雷诺数三、沿程压力损失三、沿程压力损失 四、局部压力损失四、局部压力损失五、系统总压力损失五、系统总压力损失 7/31/202441压力损失的基本概念压力损失的基本概念由于流动液体具有粘性，以及流动时突然转弯或由于流动液体具有粘性，以及流动时突然转弯或通过阀口会产生撞击和旋涡，因此液体流动时必通过阀口会产生撞击和旋涡，因此液体流动时必然会产生阻力。然会产生
30、阻力。为了克服阻力，流动液体会损耗为了克服阻力，流动液体会损耗一部分能量，这种能量损失可用液体的压力损失一部分能量，这种能量损失可用液体的压力损失来表示。来表示。压力损失即是伯努利方程中的压力损失即是伯努利方程中的h hw w项。项。压力损失由压力损失由沿程压力损失沿程压力损失和和局部压力损失局部压力损失两部分两部分组成。组成。 液流在管道中流动时的压力损失和液流运动状态液流在管道中流动时的压力损失和液流运动状态有关。有关。 7/31/202442层流、紊流、雷诺数层流、紊流、雷诺数 层流层流：液体质点互不干扰，液体的流动呈线性或：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；层
31、状，且平行于管道轴线； 紊流紊流：液体质点的运动杂乱无章，除了平行于管：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。道轴线的运动以外，还存在着剧烈的横向运动。 雷诺实验液体存在两种不同性质的流态液体存在两种不同性质的流态。 液体的流动状态液体的流动状态要用雷诺数来判定。 7/31/202443雷诺数雷诺数 实验表明真正决定液流流动状态的是用管内的平实验表明真正决定液流流动状态的是用管内的平均流速均流速v v、液体的运动粘度、液体的运动粘度 、管径、管径d d三个数所组三个数所组成的一个称为雷诺数成的一个称为雷诺数ReRe的无量纲数。的无量纲数。 Re=v d
32、/ 雷诺数的物理意义：影响液体流动的力主要有惯雷诺数的物理意义：影响液体流动的力主要有惯性力和粘性力，雷诺数就是性力和粘性力，雷诺数就是流动液体的惯性力与粘性力之比 7/31/202444雷诺判据：流动液体的雷诺数低于临界雷诺数雷诺判据：流动液体的雷诺数低于临界雷诺数 ( (由紊流转变为层流由紊流转变为层流) )时，流动状态为层流，反之时，流动状态为层流，反之液流的状态为紊流。常见液流管道的临界雷诺数液流的状态为紊流。常见液流管道的临界雷诺数见书中表格见书中表格 。（。（表2.3）对于非圆形截面管路，雷诺数定义为 A液流的有效面积；液流的湿周（液流有效截面的周界长度）。7/31/202445沿
33、程压力损失沿程压力损失液体在等直径管中流动时因摩擦而产生的液体在等直径管中流动时因摩擦而产生的损失，称为沿程压力损失。损失，称为沿程压力损失。沿程压力损失沿程压力损失沿程压力损失沿程压力损失的大小与流体的流态有关。的大小与流体的流态有关。的大小与流体的流态有关。的大小与流体的流态有关。 7/31/202446沿程压力损失沿程压力损失p=（l/d）v2/2式中式中称为沿程阻力系数。称为沿程阻力系数。层流时的沿程压力损失系数理论值层流时的沿程压力损失系数理论值=64/Re，金属管取，金属管取75/Re,橡胶管取橡胶管取80/Re紊流时的沿程压力损失系数紊流时的沿程压力损失系数除了与雷诺数除了与雷诺
34、数有关外，还与管道的粗糙度有关，有关外，还与管道的粗糙度有关，=f（Re，/d）7/31/202447局部压力损失局部压力损失液体流经管道的弯头、接头、阀口等处时，液液体流经管道的弯头、接头、阀口等处时，液液体流经管道的弯头、接头、阀口等处时，液液体流经管道的弯头、接头、阀口等处时，液体流速的大小和方向发生变化，会产生漩涡并发体流速的大小和方向发生变化，会产生漩涡并发体流速的大小和方向发生变化，会产生漩涡并发体流速的大小和方向发生变化，会产生漩涡并发生紊动现象，由此造成的压力损失称为局部压力生紊动现象，由此造成的压力损失称为局部压力生紊动现象，由此造成的压力损失称为局部压力生紊动现象，由此造成
35、的压力损失称为局部压力损失。损失。损失。损失。 pppp= v= v= v= v2 2 2 2 / 2 / 2 / 2 / 2 为局部阻力系数，具体数值可查有关手册为局部阻力系数，具体数值可查有关手册为局部阻力系数，具体数值可查有关手册为局部阻力系数，具体数值可查有关手册 7/31/202448系统总压力损失系统总压力损失整个液压系统的总压力损失应为所有沿程压力整个液压系统的总压力损失应为所有沿程压力整个液压系统的总压力损失应为所有沿程压力整个液压系统的总压力损失应为所有沿程压力损失和所有的局部压力损失之和损失和所有的局部压力损失之和损失和所有的局部压力损失之和损失和所有的局部压力损失之和 p
36、=p+pp=p+p7/31/202449第五节第五节孔口和缝隙流动孔口和缝隙流动一、孔口液流特性一、孔口液流特性二、缝隙液流特性二、缝隙液流特性液流经过小孔的流量公式是研究节流调速的液流经过小孔的流量公式是研究节流调速的液流经过小孔的流量公式是研究节流调速的液流经过小孔的流量公式是研究节流调速的理论基础，液流经过缝隙的流量公式是分析理论基础，液流经过缝隙的流量公式是分析理论基础，液流经过缝隙的流量公式是分析理论基础，液流经过缝隙的流量公式是分析计算液压元件的泄漏的理论依据。计算液压元件的泄漏的理论依据。计算液压元件的泄漏的理论依据。计算液压元件的泄漏的理论依据。 7/31/2024507/31
37、/202451当当当当l/d0.5l/d0.5l/d0.5l/d0.5时，称为薄壁小孔；当时，称为薄壁小孔；当时，称为薄壁小孔；当时，称为薄壁小孔；当l/dl/dl/dl/d4 4 4 4时，称时，称时，称时，称为细长孔，当为细长孔，当为细长孔，当为细长孔，当0.50.50.50.5l/d4l/d4l/d4l/d4时，称为短孔。时，称为短孔。时，称为短孔。时，称为短孔。流经薄壁小孔流量流经薄壁小孔流量流经薄壁小孔流量流经薄壁小孔流量 q q = = C Cd dA Ao o（2p2p / /）1/21/2 A A0 0小孔截面积；小孔截面积； C Cd d流量系数，流量系数，当当当当d1/d2
38、d1/d2d1/d2d1/d27 7 7 7时取时取时取时取Cd=0.62Cd=0.62Cd=0.62Cd=0.62 薄壁小孔因沿程阻力损失小，薄壁小孔因沿程阻力损失小，q q 对油温变化不敏对油温变化不敏感，因此多被用作调节流量的节流器感，因此多被用作调节流量的节流器。7/31/202452流经细长孔的流量流经细长孔的流量q=（d4/128l）p流量受液体温度影响较大。流量受液体温度影响较大。流量受液体温度影响较大。流量受液体温度影响较大。7/31/202453缝隙液流特性缝隙液流特性缝隙间充满流体时，压差作用会使流体缝隙间充满流体时，压差作用会使流体产生流动，称为压差流动；两壁面相对产生流
39、动，称为压差流动；两壁面相对运动也会使流体产生流动，称为剪切流运动也会使流体产生流动，称为剪切流动。动。7/31/202454平行平板缝隙流动1 1、压差流动：上下两平板固定不动，液体、压差流动：上下两平板固定不动，液体在间隙两端压差作用下在间隙中流动。在间隙两端压差作用下在间隙中流动。 q=b h3p/12l 在压差作用下，流量在压差作用下，流量q与与缝隙值缝隙值h的三次方成正比，这的三次方成正比，这说明液压元件内缝隙的大小对泄漏量的影响非常大说明液压元件内缝隙的大小对泄漏量的影响非常大 7/31/2024552、两平行平板有相对运动时的间隙流动、两平行平板有相对运动时的间隙流动 （1）纯剪
40、切流动）纯剪切流动:两平板有相对运动速度两平板有相对运动速度v，但无压差。，但无压差。 （2）两平板即有相对运动，两端又有压差的流动。）两平板即有相对运动，两端又有压差的流动。 7/31/202456第六节第六节液压冲击和气蚀现象液压冲击和气蚀现象液压冲击液压冲击气气穴和穴和气蚀现象气蚀现象 7/31/202457液压冲击液压冲击 液压冲击液压冲击因某些原因液体压力在一瞬间会突因某些原因液体压力在一瞬间会突然升高，产生很高的压力峰值然升高，产生很高的压力峰值 ，这种现象称为液，这种现象称为液压冲击。瞬间压力冲击不仅引起振动和噪声，而压冲击。瞬间压力冲击不仅引起振动和噪声，而且会损坏密封装置、管
41、道、元件，造成设备事故。且会损坏密封装置、管道、元件，造成设备事故。 7/31/2024581、液压冲击产生的原因、液压冲击产生的原因液体突然停止运动时产生的液压冲击液体突然停止运动时产生的液压冲击管道阀门突然关闭时产生的液压冲击管道阀门突然关闭时产生的液压冲击运动部件制动时产生的液压冲击运动部件制动时产生的液压冲击7/31/2024592 2、减少液压冲击的措施：减少液压冲击的措施： 延长阀门关闭和运动部件制动换向的时间。延长阀门关闭和运动部件制动换向的时间。 限制管道流速及运动部件的速度。限制管道流速及运动部件的速度。 适当增大管径，以减小冲击波的传播速度。适当增大管径，以减小冲击波的传播
42、速度。 尽量缩短管道长度，减小压力波的传播时间。尽量缩短管道长度，减小压力波的传播时间。 用橡胶软管或设置蓄能器吸收冲击的能量用橡胶软管或设置蓄能器吸收冲击的能量7/31/202460气穴和气蚀现象气穴和气蚀现象 气穴现象气穴现象液压系统中，某点压力低于液液压系统中，某点压力低于液压油液所在温度下的空气分离压时，原先溶压油液所在温度下的空气分离压时，原先溶于液体中的空气会分离出来，使液体产生大于液体中的空气会分离出来，使液体产生大量的气泡，这种现象称为气穴现象。当压力量的气泡，这种现象称为气穴现象。当压力进一步减小低于液体的饱和蒸汽压时，液体进一步减小低于液体的饱和蒸汽压时，液体将迅速汽化，产
43、生大量蒸汽气泡使气穴现象将迅速汽化，产生大量蒸汽气泡使气穴现象更加严重。气穴现象多发生在阀口和泵的吸更加严重。气穴现象多发生在阀口和泵的吸油口。油口。 7/31/2024611.1.气穴现象的危害气穴现象的危害 大量气泡使液流的流动特性变坏，造成流量和压大量气泡使液流的流动特性变坏，造成流量和压力不稳定；气泡进入高压区，高压会使气泡迅速力不稳定；气泡进入高压区，高压会使气泡迅速崩溃，使局部产生非常高的温度和冲击压力，引崩溃，使局部产生非常高的温度和冲击压力，引起振动和噪声；当附着在金属表面的气泡破灭时，起振动和噪声；当附着在金属表面的气泡破灭时，局部产生的高温和高压会使金属表面疲劳，时间局部产
44、生的高温和高压会使金属表面疲劳，时间一长会造成金属表面的侵蚀、剥落，甚至出现海一长会造成金属表面的侵蚀、剥落，甚至出现海绵状的小洞穴，这种气蚀作用会缩短元件的使用绵状的小洞穴，这种气蚀作用会缩短元件的使用寿命，严重时会造成故障。寿命，严重时会造成故障。 7/31/2024622.2.减少气穴现象的措施减少气穴现象的措施(1) (1) 减小阀孔或其它元件通道前后的压力降。减小阀孔或其它元件通道前后的压力降。(2) (2) 尽量降低液压泵的吸油高度。尽量降低液压泵的吸油高度。(3) (3) 管路要有良好的密封，防止空气进入。管路要有良好的密封，防止空气进入。(4) (4) 提高液压零件的抗气蚀能力
45、。提高液压零件的抗气蚀能力。 7/31/202463练习1. 什么是大气压、相对压力、绝对压力和真空度？它们之间有什么关系？液压系统中的压力指的是什么压力？ 2.有一液压泵，它的流量q=25L/min，吸油管内径d=25mm，泵轴离油面高度H=400mm，油液的运动粘度=3010-6m2/s，密度=900kg/m3。求吸油管为金属管时的沿程压力损失和泵的真空度是多少？(=75/re,a=2)=75/re,a=2)7/31/2024643. 如图所示，输送密度=900kg/m3液体的管道，已知h=15m，A点pA=5105Pa，B点压力pB=4.5105Pa，试判别液体的流动方向。7/31/202465书P51 题2-6 题2-77/31/202466
