流体力学基础最新课件

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1、重庆大学机械工程学院重庆大学机械工程学院流体传动与控制流体传动与控制2011年9月1流体力学基础最新重庆大学机械工程学院重庆大学机械工程学院主要内容主要内容 流体的物理性质流体的物理性质 流体静力学流体静力学 流体动力学流体动力学 液压系统的压力损失液压系统的压力损失 孔口及缝隙的流量压力特性孔口及缝隙的流量压力特性 液压冲击与气穴液压冲击与气穴第第2章章 流体力学基础流体力学基础 2流体力学基础最新重庆大学机械工程学院重庆大学机械工程学院 流流体体传传动动以以液液体体或或气气体体作作为为工工作作介介质质来来传传递递能能量量和和运运动动。因因此此，了了解解流流体体的的主主要要物物理理性性质质，

2、掌掌握握流流体体平平衡衡和和运运动动的的规规律律等等主主要要力力学学特特性性，对对于于正正确确理理解解流流体体传传动动原原理理、气气液液压压元元件件的的工工作作原原理理，以以及及合合理理设设计计、调调整整、使使用和维护液压系统都是十分重要的。用和维护液压系统都是十分重要的。第第2章章 流体力学基础流体力学基础 3流体力学基础最新重庆大学机械工程学院重庆大学机械工程学院2.1 流体的物理性质流体的物理性质4流体力学基础最新重庆大学机械工程学院重庆大学机械工程学院2.1 流体的物理性质流体的物理性质液体的密度和重度液体的密度和重度密度密度 液体的密度液体的密度(kg/m3)；V液体中所任取的微小体

3、积液体中所任取的微小体积(m3)m体积体积V中的液体质量中的液体质量(kg)密度的物理含义是质量在空间某点处的密集程度。密度密度的物理含义是质量在空间某点处的密集程度。密度是空间点坐标和时间的函数，即是空间点坐标和时间的函数，即=(x，y，z，t)。5流体力学基础最新重庆大学机械工程学院重庆大学机械工程学院2.1 流体的物理性质流体的物理性质对于均质液体，其重度对于均质液体，其重度 是指其单位体积内所含液体的重量。是指其单位体积内所含液体的重量。重度重度或或油液密度随着温度或压力的变化而变化，但变化不大，油液密度随着温度或压力的变化而变化，但变化不大，通常忽略，一般取通常忽略，一般取=900k

4、g/m3。液压油液的密度液压油液的密度6流体力学基础最新重庆大学机械工程学院重庆大学机械工程学院2.1 流体的物理性质流体的物理性质体积为体积为V的液体，当压力增大的液体，当压力增大p时，体积减小时，体积减小V ，则液体在，则液体在单位压力变化下体积的相对变化量，单位压力变化下体积的相对变化量，定义为定义为体积压缩系数体积压缩系数液体的体积压缩系数；液体的体积压缩系数；一般取一般取 =（57）x10-10 m2/NV液体的体积；液体的体积；V体积变化量；体积变化量； p压力增量。压力增量。2 可压缩性可压缩性流体受压力作用而发生体积缩小性质。流体受压力作用而发生体积缩小性质。7流体力学基础最新

5、重庆大学机械工程学院重庆大学机械工程学院体积弹性模量体积弹性模量K的倒数称为液体的体积弹性模量的倒数称为液体的体积弹性模量纯净液压油的体积弹性模量纯净液压油的体积弹性模量2.1 流体的物理性质流体的物理性质K=（1.42.0）)109Pa液压油的弹性模量为钢的液压油的弹性模量为钢的1/1401/100。 8流体力学基础最新重庆大学机械工程学院重庆大学机械工程学院3 流体的粘性流体的粘性流流体体在在外外力力作作用用下下流流动动时时,由由于于流流体体分分子子间间的的内内聚聚力力作作用用, 导导致致流流体体分分子子间间因因相相对对运运动动而而产产生生的的内内摩摩擦擦力力,这这种种特特性性称称为为粘性

6、。粘性。流体内摩擦定律流体内摩擦定律内摩擦力（内摩擦力（试验结果表明试验结果表明）流流层接触面积层接触面积流流层间相对速度层间相对速度流流层间距离层间距离2.1 流体的物理性质流体的物理性质9流体力学基础最新重庆大学机械工程学院重庆大学机械工程学院动力粘度动力粘度牛顿内摩擦定律牛顿内摩擦定律表示流体粘性的系数，称为动力粘度表示流体粘性的系数，称为动力粘度粘度粘度动力粘度动力粘度流体在单位速度梯度下流动时，接触液层间单流体在单位速度梯度下流动时，接触液层间单位面积上内摩擦力。位面积上内摩擦力。运动粘度运动粘度 太大，常用动力粘度与液体密度之比值太大，常用动力粘度与液体密度之比值 。 相对粘度相对

7、粘度、 不易直接测量，只用于理论计算，常用相不易直接测量，只用于理论计算，常用相对粘度。对粘度。2.1 流体的物理性质流体的物理性质10流体力学基础最新重庆大学机械工程学院重庆大学机械工程学院2.1 流体的物理性质流体的物理性质 液体在单位速度梯度下流动时，流动液层间单位面积上液体在单位速度梯度下流动时，流动液层间单位面积上的内摩擦力。的内摩擦力。动力粘度与该液体密度的比值动力粘度与该液体密度的比值 动力粘度的物理意义动力粘度的物理意义运动粘度运动粘度又又叫叫条条件件粘粘度度，它它是是采采用用特特定定的的粘粘度度计计在在规规定定的的条条件件下下测测量量出出来来的的的的粘粘度度。由由于于测测量量

8、条条件件不不同同，各各国国所所用用的的相相对对粘粘度度也也不不同同。中中国国、德德国国和和俄俄罗罗斯斯等等一一些些国国家家采采用用恩恩氏氏粘粘度度，美美国国用用赛氏粘度，英国用雷氏粘度。赛氏粘度，英国用雷氏粘度。相对粘度相对粘度11流体力学基础最新重庆大学机械工程学院重庆大学机械工程学院2.1 流体的物理性质流体的物理性质粘度的测量粘度的测量 测量流体粘度的方法较多。工业上常用工业粘度计来测量测量流体粘度的方法较多。工业上常用工业粘度计来测量油和其它液体的粘度。油和其它液体的粘度。 一种间接测量方法，即用一定一种间接测量方法，即用一定量的液体通过贮液罐底部细管流出量的液体通过贮液罐底部细管流出

9、的时间作为测量值，再根据哈根的时间作为测量值，再根据哈根伯肃叶公式修正的半经验公式计算伯肃叶公式修正的半经验公式计算出液体的运动粘性系数。出液体的运动粘性系数。 工业粘度计的种类较多，其结构工业粘度计的种类较多，其结构大同小异。目前我国和苏联、德国等大同小异。目前我国和苏联、德国等欧洲国家多采用恩格勒粘度计，恩格欧洲国家多采用恩格勒粘度计，恩格勒粘度计的结构如图所示。勒粘度计的结构如图所示。贮液罐水箱电加热器长颈瓶恩格勒粘度计恩格勒粘度计12流体力学基础最新重庆大学机械工程学院重庆大学机械工程学院2.1 流体的物理性质流体的物理性质用木塞堵住锥形用木塞堵住锥形短管短管将将220cm2的被测的被

10、测液体注入贮液罐液体注入贮液罐将水箱中的水加热将水箱中的水加热(一般，水等液体要求一般，水等液体要求保持在保持在20，润滑油，润滑油50，燃料油，燃料油80)迅速拔起塞杆，使迅速拔起塞杆，使被测液体从锥形短被测液体从锥形短管流入长颈瓶管流入长颈瓶再用同样的步骤记下再用同样的步骤记下200cm2蒸馏水在同样温度下流经锥形蒸馏水在同样温度下流经锥形短管所需的时间短管所需的时间t0 (约约51秒秒)流出至流出至200cm2为止，为止，记下所需的时间记下所需的时间t13流体力学基础最新重庆大学机械工程学院重庆大学机械工程学院2.1 流体的物理性质流体的物理性质 求得了恩格勒粘度求得了恩格勒粘度E后，可

11、由下面的半经验公式求出被后，可由下面的半经验公式求出被测液体的运动粘度：测液体的运动粘度：被测液体在规定温度下的恩格勒粘度为：被测液体在规定温度下的恩格勒粘度为：14流体力学基础最新重庆大学机械工程学院重庆大学机械工程学院 液液压压油油牌牌号号，常常用用某某一一温温度度下下的的运运动动粘粘度度平平均均值值来来表表示示，如如 N32号号 液液 压压 油油 ， 指指 40时时 运运 动动 粘粘 度度 的的 平平 均均 值值 为为32mm2/s（cSt）。旧旧牌牌号号20号号液液压压油油是是指指这这种种液液压压油油在在50时的运动粘度平均值为时的运动粘度平均值为20mm2/s（cSt）。）。常用液压

12、油的牌号和粘度常用液压油的牌号和粘度2.1 流体的物理性质流体的物理性质15流体力学基础最新重庆大学机械工程学院重庆大学机械工程学院调合油的粘度调合油的粘度 选择合适粘度的液压油，对液压系统的工作性能起着重要选择合适粘度的液压油，对液压系统的工作性能起着重要的作用。当能得到的液压油的粘度不合要求时，可把两种不同的作用。当能得到的液压油的粘度不合要求时，可把两种不同粘度的液压油按适当的比例混合起来使用，调合油。粘度的液压油按适当的比例混合起来使用，调合油。调合油的粘度经验公式：调合油的粘度经验公式：2.1 流体的物理性质流体的物理性质16流体力学基础最新重庆大学机械工程学院重庆大学机械工程学院E

13、1、E2 混合前两种油液的粘度，取混合前两种油液的粘度，取E1E2； E 混合后的调合油粘度；混合后的调合油粘度； a、b参与调合的两种油液所占的百分数（参与调合的两种油液所占的百分数（a+ b=100） c实验系数。实验系数。 系数系数c的数值的数值a102030405060708090b908070605040302010c6.713.117.922.125.527.928.22517式中式中2.1 流体的物理性质流体的物理性质17流体力学基础最新重庆大学机械工程学院重庆大学机械工程学院4 粘度特性：粘度特性： 温度是影响粘度的主要因素。当温度是影响粘度的主要因素。当温度升高时，液体的粘度

14、减小，气温度升高时，液体的粘度减小，气体的粘度增加。体的粘度增加。影响液体粘度的主要因素是温度和压力影响液体粘度的主要因素是温度和压力 粘度一般随压力变化不大，一般粘度一般随压力变化不大，一般可忽略不计。可忽略不计。液体：液体：分子内聚力是产生粘度的主要因素。分子内聚力是产生粘度的主要因素。温度温度分子间距分子间距分子吸引力分子吸引力内摩擦力内摩擦力粘度粘度气体：气体：分子热运动引起的动量交换是产生粘度的主要因素。分子热运动引起的动量交换是产生粘度的主要因素。温度温度分子热运动分子热运动动量交换动量交换内摩擦力内摩擦力粘度粘度 温度2.1 流体的物理性质流体的物理性质18流体力学基础最新重庆大

15、学机械工程学院重庆大学机械工程学院 液液压压油油粘粘度度对对温温度度的的变变化化十十分分敏敏感感，温温度度升升高高，粘粘度度下下降降，液液压压油油的的粘粘度度随随温温度度变变化化的的性性质质称称为为粘粘温温特性特性。 一般高温应选择一般高温应选择粘度大的液压油，以粘度大的液压油，以减少泄漏；低温应选减少泄漏；低温应选择粘度小的液压油，择粘度小的液压油，以减小摩擦。以减小摩擦。2.1 流体的物理性质流体的物理性质19流体力学基础最新重庆大学机械工程学院重庆大学机械工程学院液压油其他物理化学性质液压油其他物理化学性质抗燃性：抗燃性：指有较高的闪点、着火点和自燃点指有较高的闪点、着火点和自燃点抗凝性

16、：抗凝性：指有较低的凝点指有较低的凝点抗氧化性：抗氧化性：油液不易与空气中氧发生化学反应使油变质酸化油液不易与空气中氧发生化学反应使油变质酸化抗泡沫性：抗泡沫性：油中气泡容易逸出并消除油中气泡容易逸出并消除抗乳化性：抗乳化性：油水分离要容易油水分离要容易防锈性：防锈性：对铁及非金属的腐蚀小对铁及非金属的腐蚀小润滑性：润滑性：能对液压元件滑动部分充分润滑能对液压元件滑动部分充分润滑导热性：导热性：比热容和导热率大比热容和导热率大相容性：相容性：对金属、密封件、橡胶软管、涂料有良好的相容性对金属、密封件、橡胶软管、涂料有良好的相容性纯净性：纯净性：质地纯净，尽可能不含污染物质地纯净，尽可能不含污染

17、物2.1 流体的物理性质流体的物理性质20流体力学基础最新重庆大学机械工程学院重庆大学机械工程学院液压油选用液压油选用对液压油液的选择要求对液压油液的选择要求 粘温特性好粘温特性好 有良好的润滑性有良好的润滑性 成分要纯净成分要纯净 对热、氧化水解都有良好的化学稳定性，使用寿命长对热、氧化水解都有良好的化学稳定性，使用寿命长 比热和传热系数大，体积膨胀系数小，闪点和燃点高，流比热和传热系数大，体积膨胀系数小，闪点和燃点高，流 动点和凝固点低。动点和凝固点低。 （凝点（凝点油液完全失去其流动性的最高温度）油液完全失去其流动性的最高温度） 抗泡沫性和抗乳化性好，防锈性好抗泡沫性和抗乳化性好，防锈性

18、好 材料相容性好，腐蚀性小材料相容性好，腐蚀性小 对人体无害，对环境污染小，价格便宜无毒对人体无害，对环境污染小，价格便宜无毒 2.1 流体的物理性质流体的物理性质21流体力学基础最新重庆大学机械工程学院重庆大学机械工程学院液压泵用油粘度范围及推荐用油表液压泵用油粘度范围及推荐用油表 液压油牌号液压油牌号L-HM32的含义是：的含义是：L表示润滑剂，表示润滑剂，H表示液表示液压油，压油，M表示抗磨型，粘度等级为表示抗磨型，粘度等级为VG32。2.1 流体的物理性质流体的物理性质22流体力学基础最新重庆大学机械工程学院重庆大学机械工程学院2.1 流体的物理性质流体的物理性质液压油液的种类及其性质

19、液压油液的种类及其性质23流体力学基础最新重庆大学机械工程学院重庆大学机械工程学院2.2 流体静力学流体静力学24流体力学基础最新重庆大学机械工程学院重庆大学机械工程学院2.2 流体静力学流体静力学主要是研究液体处于静止状态下的力学规律和这些规律的应用。主要是研究液体处于静止状态下的力学规律和这些规律的应用。液体静压力及其特性液体静压力及其特性静压力基本方程式静压力基本方程式帕斯卡原理帕斯卡原理静压力对固体壁面的作用力静压力对固体壁面的作用力25流体力学基础最新重庆大学机械工程学院重庆大学机械工程学院流体处于静止状态时流体处于静止状态时,其单位面积上所受的法向作用力其单位面积上所受的法向作用力

20、静压力静压力 图图示示为为一一团团处处于于平平衡衡状状态态的的流流体体，若若用用AB平平面面把把它它分分成成 和和两两部部分分，将将取取走走，为为保保持持 的的平平衡衡，必必须须有有作作用用力力F来来代代替替对对部部分分的的作作用用。设设被被AB所所截截的的流流体体截截面面面面积积为为A，则则流流体体所所受受到到的的平均静压力为平均静压力为2.2 流体静力学流体静力学流体静压力及其特性流体静压力及其特性26流体力学基础最新重庆大学机械工程学院重庆大学机械工程学院 若若A面上各点压力不等，则面上各点压力不等，则A面上任意点面上任意点D处的静压力为处的静压力为液体静压力有两个重要特性：液体静压力有

21、两个重要特性：1. 1. 静止流体表面应力只静止流体表面应力只能是压应力或压强，且静能是压应力或压强，且静压强方向与作用面的内法压强方向与作用面的内法线方向重合。线方向重合。 静压力恒垂直于器壁2.2 流体静力学流体静力学27流体力学基础最新重庆大学机械工程学院重庆大学机械工程学院2. 2. 作用于静止流体同一点压强作用于静止流体同一点压强的大小各向相等，与作用面的方的大小各向相等，与作用面的方位无关。位无关。 2.2 流体静力学流体静力学压力的表示方法和单位压力的表示方法和单位根据度量基准的不同，液体压力分为绝对压力和相对压根据度量基准的不同，液体压力分为绝对压力和相对压力两种。力两种。 绝

22、对压力绝对压力以绝对零压为基准所测以绝对零压为基准所测相对压力相对压力以大气压力为基准所测以大气压力为基准所测28流体力学基础最新重庆大学机械工程学院重庆大学机械工程学院2.2 流体静力学流体静力学 如如果果液液体体中中某某点点的的绝绝对对压压力力小小于于大大气气压压力力，这这时时，比比大大气气压压力力小小的的那部分数值叫做真空度那部分数值叫做真空度29流体力学基础最新重庆大学机械工程学院重庆大学机械工程学院2.2 流体静力学流体静力学国际单位国际单位Pa(帕，帕，N/m2)1bar=1*105Pa=1.01972工程大气压（工程大气压（kgf/cm2）=1.01972*104mm水柱水柱=7

23、.50062*102mm汞柱汞柱液压传动系统中所测压力均为相对压力即表压力液压传动系统中所测压力均为相对压力即表压力各种压力单位的换算关系各种压力单位的换算关系30流体力学基础最新重庆大学机械工程学院重庆大学机械工程学院2.2 流体静力学流体静力学压力表压力表1弯管 2指针 3刻度盘 4杠杆 5齿扇 6小齿轮 当当弹弹簧簧管管内内受受到到介介质质压压力力时时，它它的的活活动动端端就就向向外外伸伸张张，经经传传动动机机构构带带动动指指针针转转动动，由由刻刻度度盘盘上上指示出介质的压力。指示出介质的压力。 31流体力学基础最新重庆大学机械工程学院重庆大学机械工程学院2.2 流体静力学流体静力学32

24、流体力学基础最新重庆大学机械工程学院重庆大学机械工程学院静压力基本方程静压力基本方程反映了在重力作用下静止液体中的压力分布规律反映了在重力作用下静止液体中的压力分布规律2.2 流体静力学流体静力学静压力基本方程静压力基本方程压力压力由两部分组成：液面压力由两部分组成：液面压力P0 0 ，自重形成的压力，自重形成的压力gh。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：离液面深度相同各点组成的等压面，为水平面离液面深度相同各点组成的等压面，为水平面液体内的压力与液体深度成正比；液体内的压力与液体深度成正比；33流体力学基础最新重庆大学机械工程学院重庆大学机械工程学院 由于两缸互

25、相连通，构成一个密闭连通容器，按帕斯卡由于两缸互相连通，构成一个密闭连通容器，按帕斯卡原理，液压缸内压力处处相等，原理，液压缸内压力处处相等，p1 = p2于是于是2.2 流体静力学流体静力学静压力传递原理静压力传递原理垂直液压缸垂直液压缸面积面积A 1负载负载F 1水平液压缸水平液压缸面积面积A 2 负载负载F 2在平衡液体中，作用在液体部分边界面上的外力所产生的在平衡液体中，作用在液体部分边界面上的外力所产生的压力将等值地传递给液体中的每一点。压力将等值地传递给液体中的每一点。帕斯卡定律帕斯卡定律。34流体力学基础最新重庆大学机械工程学院重庆大学机械工程学院2.2 流体静力学流体静力学静压

26、力传动特点静压力传动特点 传动必须在密封容器内进行传动必须在密封容器内进行 系统内压力大小取决于外负载的大小系统内压力大小取决于外负载的大小 液压传动可以将力放大，放大倍数等于活塞面积之比液压传动可以将力放大，放大倍数等于活塞面积之比 在在工工程程上上很很多多流流体体机机械械(如如液液压压传传动动等等)都都是是根根据据流流体体的的压压力力传传递递原原理理而而设设计计的的，而而且且在在多多数数场场合合都都是是p0gh的的情情况况。工工程程计计算算中中常常将将gh 项项忽忽略略不不计计，这这样样则则可可认认为为容容器器中中的的压压力力处处相等。处处相等。35流体力学基础最新重庆大学机械工程学院重庆

27、大学机械工程学院 如果垂直液压缸的活塞上没有载荷，则不计活塞重量及其如果垂直液压缸的活塞上没有载荷，则不计活塞重量及其他阻力时，不论怎样推动水平液压缸的活塞，都不能在液体中他阻力时，不论怎样推动水平液压缸的活塞，都不能在液体中形成压力，说明液压系统中的压力是由外载荷决定的，这是液形成压力，说明液压系统中的压力是由外载荷决定的，这是液压传动中的一个基本概念。压传动中的一个基本概念。2.2 流体静力学流体静力学36流体力学基础最新重庆大学机械工程学院重庆大学机械工程学院最简单的情况最简单的情况: 水平面上的总压力。水平面上的总压力。 图图示示，设设容容器器的的底底面面积积为为A，所所盛盛液液体体的

28、的密密度度为为，液液深深为为h，液面上的压力为，液面上的压力为p0，则作用在底面上的总压力是否相同？，则作用在底面上的总压力是否相同？ 水平面上的总压力水平面上的总压力2.2 流体静力学流体静力学液体对固体壁面的作用力液体对固体壁面的作用力37流体力学基础最新重庆大学机械工程学院重庆大学机械工程学院总压力总压力仅由液体重量引起的总压力为仅由液体重量引起的总压力为 水平壁面上的压力只与液体的密度水平壁面上的压力只与液体的密度 ，液深，液深 h 及受力面积及受力面积 A有关。有关。 形状不同而底面积均为形状不同而底面积均为 A 的四个容器，虽然所盛液体数量的四个容器，虽然所盛液体数量不等，但是上述

29、三项不等，但是上述三项 、A 及及 h 均相同，故底面积所受总压力均相同，故底面积所受总压力均相同，这就是水力学中所谓的均相同，这就是水力学中所谓的“静水奇象静水奇象”。它说明液体作。它说明液体作用在容器底面的总压力不应同容器所盛液重相混淆。用在容器底面的总压力不应同容器所盛液重相混淆。2.2 流体静力学流体静力学38流体力学基础最新重庆大学机械工程学院重庆大学机械工程学院2.2 流体静力学流体静力学如：液压缸，若设活塞直径为如：液压缸，若设活塞直径为D, ,则则 作用在平面上的总作用力作用在平面上的总作用力结论：曲面在某一方向上所受的作用力，等于液体压力与曲面结论：曲面在某一方向上所受的作用

30、力，等于液体压力与曲面在该方向的垂直投影面积之乘积。在该方向的垂直投影面积之乘积。 作用在曲面上的总作用力作用在曲面上的总作用力39流体力学基础最新重庆大学机械工程学院重庆大学机械工程学院2.3液体动力学基础液体动力学基础 40流体力学基础最新重庆大学机械工程学院重庆大学机械工程学院2.3 流体动力学基础流体动力学基础 主要讨论流体动力学的基本概念，三个基本方程主要讨论流体动力学的基本概念，三个基本方程连续连续性方程、伯努利方程和动量方程。性方程、伯努利方程和动量方程。1 基本概念基本概念1) 理想液体、恒定流动理想液体、恒定流动理想流体：一种假想的既无粘性又不可压缩的液体理想流体：一种假想的

31、既无粘性又不可压缩的液体恒定流动：流体流动时，流体中任一点处的压力、速度和恒定流动：流体流动时，流体中任一点处的压力、速度和密度等参数都不随时间而变化。密度等参数都不随时间而变化。 （或称定常流动、非时变（或称定常流动、非时变流动）流动）41流体力学基础最新重庆大学机械工程学院重庆大学机械工程学院非恒定流动非恒定流动恒定流动恒定流动2.3 液体动力学基础液体动力学基础 42流体力学基础最新重庆大学机械工程学院重庆大学机械工程学院2.3 液体动力学基础液体动力学基础 2) 过流断面过流断面 流量流量 流速流速 在流束或总流中与所有流线都在流束或总流中与所有流线都相垂直的横断面称为过流断面或有相垂

32、直的横断面称为过流断面或有效断面。效断面。过流断面过流断面 过流断面可能是平面也可能过流断面可能是平面也可能是曲面。是曲面。43流体力学基础最新重庆大学机械工程学院重庆大学机械工程学院流量流量 单位时间内流过过流断面的流体量称为流量。流量可以用单位时间内流过过流断面的流体量称为流量。流量可以用体积、重量和质量来表示，分别称为体积流量、重量流量和质体积、重量和质量来表示，分别称为体积流量、重量流量和质量流量。量流量。流过微元面积流过微元面积 d A 的体积流量为的体积流量为 dQv dA流经整个过流断面流经整个过流断面 A 的流量的流量体积流量体积流量重量流量重量流量质量流量质量流量2.3 液体

33、动力学基础液体动力学基础 44流体力学基础最新重庆大学机械工程学院重庆大学机械工程学院平均流速平均流速通流截面上各点均匀分布假想流速通流截面上各点均匀分布假想流速 v = q/A q = 0 v = 0 q v q v 结论：液压缸的运动速度取决于进入液压结论：液压缸的运动速度取决于进入液压缸的流量，并且随着流量的变化而变化。缸的流量，并且随着流量的变化而变化。q q A A v v2.3 液体动力学基础液体动力学基础 45流体力学基础最新重庆大学机械工程学院重庆大学机械工程学院3 ) 层流、紊流、雷诺数层流、紊流、雷诺数2.3 液体动力学基础液体动力学基础 层流：层流：流体呈层状流动，流线与

34、圆管轴线平行，质点只有沿管流体呈层状流动，流线与圆管轴线平行，质点只有沿管 道轴线的纵向运动，无垂直于管道轴线的横向运动。道轴线的纵向运动，无垂直于管道轴线的横向运动。紊流：紊流：流体质点相互碰撞、混杂，质点除了管道轴线的纵向运流体质点相互碰撞、混杂，质点除了管道轴线的纵向运 动，还有垂直管道轴线的剧烈的横向运动。动，还有垂直管道轴线的剧烈的横向运动。46流体力学基础最新重庆大学机械工程学院重庆大学机械工程学院流体有两种流动状态，其流动阻力与流动状态有关。流体有两种流动状态，其流动阻力与流动状态有关。（1）雷诺试验装置雷诺试验装置雷诺试验雷诺试验2.3 液体动力学基础液体动力学基础 47流体力

35、学基础最新重庆大学机械工程学院重庆大学机械工程学院D 反反向向试试验验，关关闭闭阀阀门门，则则色色流流逐逐渐渐恢恢复复到到图图c所所示示的的过过渡渡状状态态，再再关关小小阀阀门门，则恢复到图则恢复到图b 所示的层流状态。所示的层流状态。（2）实验观察到的现象 (a) (b)(d) (c)观察录像1观察录像观察录像1A 试验时微微打开阀门，管内水的流速试验时微微打开阀门，管内水的流速较小，色水成一鲜明的细流，非常平稳，较小，色水成一鲜明的细流，非常平稳，并与管的中心线平行（图并与管的中心线平行（图a）。）。B 逐渐打开阀门到一定程度，色水细流逐渐打开阀门到一定程度，色水细流出现波动（图出现波动（

36、图b）。）。C 继续打开阀门，色水细流波动剧烈，继续打开阀门，色水细流波动剧烈，开始出现断裂，最后形成与周围清水混开始出现断裂，最后形成与周围清水混杂、穿插的紊乱流动（图杂、穿插的紊乱流动（图c）。）。222.3 液体动力学基础液体动力学基础 48流体力学基础最新重庆大学机械工程学院重庆大学机械工程学院雷诺数雷诺数 雷诺数雷诺数Re：雷诺根据大量试验归纳出的一个用于判别流态：雷诺根据大量试验归纳出的一个用于判别流态的无因次的综合量。的无因次的综合量。 液流的惯性力对粘性力的无因次比液流的惯性力对粘性力的无因次比 Re较大，液体的惯性力起主导作用，液体处于紊流状态较大，液体的惯性力起主导作用，液

37、体处于紊流状态 Re较小，粘性力起主导作用，液体处于层流状态较小，粘性力起主导作用，液体处于层流状态 2.3 液体动力学基础液体动力学基础 雷诺数的物理意义：雷诺数的物理意义：Re2000（或2320）为层流Re2000 （或2320）为紊流 49流体力学基础最新重庆大学机械工程学院重庆大学机械工程学院 连连续续性性原原理理理理想想流流体体在在管管道道中中恒恒定定流流动动时时，根根据据质质量量守守恒恒定定律律，流流体体在在管管道道内内既既不不能能增增多多，也也不不能能减减少少，因因此此单单位位时时间间内内流流入入流流体体的的质质量量应应恒恒等于流出流体的质量。等于流出流体的质量。2 连续性方程

38、连续性方程m1= m22.3 液体动力学基础液体动力学基础 1u1dA1dt = 2 u2dA2dt若忽略流体可压缩性若忽略流体可压缩性 1=2 =u1dA1 = u2dA250流体力学基础最新重庆大学机械工程学院重庆大学机械工程学院则则 v1A1 = v2A2 或或 q = vA = 常数常数结论：流体在管道中恒定流动时，流过各个断面的流量是相等结论：流体在管道中恒定流动时，流过各个断面的流量是相等的，因而流速和过流断面成反比。的，因而流速和过流断面成反比。2.3 液体动力学基础液体动力学基础 连续性方程在液压中是经常用到，连续性方程在液压中是经常用到，-速度传递和速度调节概念速度传递和速度

39、调节概念 如如果果改改变变v1 ，则则v2就就会会随随之之作作相相应应的的改改变变；只只要要能能设设法法调调节节v1 ，则则v2也也将将获获得得相相应应的的调节。调节。51流体力学基础最新重庆大学机械工程学院重庆大学机械工程学院2.3 液体动力学基础液体动力学基础 当当 v1不可调节时，那么调节不可调节时，那么调节 q3也能使也能使 v2产生相应的变化。产生相应的变化。 在液压技术中，在液压技术中， v1或或 q3都能够做到在一定范围内进行无都能够做到在一定范围内进行无级调节，因此级调节，因此 v2也能实现无级调节，这是液压传动能被普遍也能实现无级调节，这是液压传动能被普遍应用的原因之一。应用

40、的原因之一。52流体力学基础最新重庆大学机械工程学院重庆大学机械工程学院3 伯努利方程伯努利方程能量守恒定律在流体力学中的应用能量守恒定律在流体力学中的应用能量守恒定律能量守恒定律：理想流体在管道中稳定流动时，根据能量守恒：理想流体在管道中稳定流动时，根据能量守恒定律，同一管道内任一截面上的总能量应该相等。定律，同一管道内任一截面上的总能量应该相等。或：外力对物体所做的功应该等于该物体机械能的变化量。或：外力对物体所做的功应该等于该物体机械能的变化量。 在在密密闭闭管管道道内内作作恒恒定定流流动动的的理理想想流流体体具具有有三三种种形形式式的的能能量量，即即压压力力能能、位位能能和和动动能能。

41、在在流流动动过过程程中中，三三种种能能量量之之间间可可以以互互相转化相转化，但各个过流断面上，但各个过流断面上三种能量之和恒为定值三种能量之和恒为定值。2.3 液体动力学基础液体动力学基础 53流体力学基础最新重庆大学机械工程学院重庆大学机械工程学院 位位能能、压压力力能能和和动动能能既既然然是是一一种种能能量量，就就可可以以相相互互转转变变，流流速速变变小小，动动能能转转变变为为压压力力能能。压压力力能能将将增增加加；反反之之，压压力力能能亦亦可可转转变变为为动动能。能。 对对于于理理想想流流体体恒恒定定流流动动，三三项项之之和和为为一一常常数数，表表示示任任意意一一个个流流体体质质点点运运

42、动动过过程程中中的的位位能能、压压力力能能和和动动能能之之和和保保持持不不变变。因因此此，对对于于理理想想流流体体，伯伯努努利利方方程程又又是是流流体体力力学学中的能量守恒定律。中的能量守恒定律。2.3 液体动力学基础液体动力学基础 54流体力学基础最新重庆大学机械工程学院重庆大学机械工程学院 在实际流体的流动中，单位重量流体所具有的机械能在流动在实际流体的流动中，单位重量流体所具有的机械能在流动过程中不能维持常数不变，而是要沿着流动方向逐渐减小。过程中不能维持常数不变，而是要沿着流动方向逐渐减小。实际中所有的流体都有粘性实际中所有的流体都有粘性流动的过程中流动的过程中流体层与流体层之间流体层

43、与流体层之间 流体与管壁之间产生摩擦流体与管壁之间产生摩擦粘性粘性产生能量损失，产生能量损失，使流体的机械能降低使流体的机械能降低局部区域过流断面变化局部区域过流断面变化流体质点互相冲撞流体质点互相冲撞产生旋涡产生旋涡引起机械能的损失引起机械能的损失2.3 液体动力学基础液体动力学基础 55流体力学基础最新重庆大学机械工程学院重庆大学机械工程学院 实际总水头线沿微实际总水头线沿微元流束下降，而静水头元流束下降，而静水头线则随流束的形状上升线则随流束的形状上升或下降。或下降。几何解释：几何解释：56流体力学基础最新重庆大学机械工程学院重庆大学机械工程学院 在液体管道的某一截面处装有在液体管道的某

44、一截面处装有一个测压管和一根两端开口弯成一个测压管和一根两端开口弯成直角的玻璃管直角的玻璃管( (称为测速管称为测速管) )。例题例题1： 将将测测速速管管(又又称称皮皮托托管管)的的一一端端正正对对着着来来流流方方向向，另另一一端端垂垂直直向向上上，这这时时测测速速管管中中上上升升的的液液柱柱比比测测压压管管内内的的液液柱柱高高h。这这是是由由于于当当液液流流流流到到测测速速管管入入口口前前的的A点点处处，受受到到阻阻挡挡，流流速速变变为为零零，则则在在测测速速管管入入口口形形成成一一个个驻驻点点A。驻驻点点A的的压压力力pA称称为为全全压压，在在入入口口前前同同一一水水平平流流线线未未受受

45、扰扰动动处处(例例如如B点点)的的液液体体压压力力为为pB，速速度度为为V。应用伯努利方程于同一流线上的应用伯努利方程于同一流线上的B、A两点，则有两点，则有2.3 液体动力学基础液体动力学基础 57流体力学基础最新重庆大学机械工程学院重庆大学机械工程学院 由此可见，由此可见， 代表一个高度，这个高度就是测速管内代表一个高度，这个高度就是测速管内液柱的高度，称为速度水头。液柱的高度，称为速度水头。2.3 液体动力学基础液体动力学基础 58流体力学基础最新重庆大学机械工程学院重庆大学机械工程学院 水通过虹吸管从水箱吸水通过虹吸管从水箱吸至至B点。虹吸管直径点。虹吸管直径d160mm，出口，出口B

46、处喷嘴直径处喷嘴直径d230mm。当。当H12m，H24m时，在不计水头损时，在不计水头损失条件下，试求流量和失条件下，试求流量和C点点的压力。的压力。例题2：d1d3H1H213322CB2.3 液体动力学基础液体动力学基础 59流体力学基础最新重庆大学机械工程学院重庆大学机械工程学院 解解 以以2222断面为基准，对断面为基准，对1111和和2222断面列伯努里方程，用相对断面列伯努里方程，用相对压强计算时，有压强计算时，有式中式中 于是于是因此，通过虹吸管的流量为因此，通过虹吸管的流量为d1d3H1H213322CB2.3 液体动力学基础液体动力学基础 60流体力学基础最新重庆大学机械工

47、程学院重庆大学机械工程学院 为求为求C点压力，以点压力，以22为基准，对为基准，对33和和22断面列伯努利方程断面列伯努利方程d1d3H1H213322CB由连续性方程得由连续性方程得 负号表示负号表示C处的压强低于一个大气压，处于真空状态。正是由于处的压强低于一个大气压，处于真空状态。正是由于这一真空，才可格水箱中的水吸起这一真空，才可格水箱中的水吸起Hl的高度。的高度。2.3 液体动力学基础液体动力学基础 61流体力学基础最新重庆大学机械工程学院重庆大学机械工程学院4 定常流动的动量方程定常流动的动量方程 理论力学中的动量定理：理论力学中的动量定理：质点系动量变化率等于作用在质点质点系动量

48、变化率等于作用在质点系上的各外力的矢量和系上的各外力的矢量和，即，即或式中式中 质点系的动量；质点系的动量；作用在质点系上各外力的矢量和作用在质点系上各外力的矢量和动量方程动量方程2.3 液体动力学基础液体动力学基础 62流体力学基础最新重庆大学机械工程学院重庆大学机械工程学院 经经过过 dt 时时间间后后从从位位置置1-2流流到到位位置置1-2。与与此此同同时时，流流段段的的动动量量发发生生了了变变化化，其其变变化化等等于于流流段段在在1-2和和1-2位位置置时时的动量之差。的动量之差。 设不可压缩流体在弯管中作定常流动，如图所示，取有设不可压缩流体在弯管中作定常流动，如图所示，取有效截面效

49、截面11和和22之间的一个流段。之间的一个流段。截面上的平均流速为截面上的平均流速为Vl V2流段外力：质量力、两截面流段外力：质量力、两截面上的压力和管壁的作用力上的压力和管壁的作用力2.3 液体动力学基础液体动力学基础 63流体力学基础最新重庆大学机械工程学院重庆大学机械工程学院 由于定常流动中流管内由于定常流动中流管内各空间点的流速不随时间变各空间点的流速不随时间变化，因此化，因此1-2这部分流体的这部分流体的动量没有改变。动量没有改变。 在在dt 时间内流段的动量时间内流段的动量变化等于变化等于2-2段的动量和段的动量和1-l段的动量之差，即段的动量之差，即2.3 液体动力学基础液体动

50、力学基础 64流体力学基础最新重庆大学机械工程学院重庆大学机械工程学院动量方程的应用动量方程的应用流体作用于弯管的力流体作用于弯管的力 一一水水平平弯弯管管。由由于于液液流流在在弯弯道道改改变变了了流流动动方方向向，也也就就改改变变了了动动量量，于于是是就就会会产产生生压压力力作作用用于于管管壁壁。因因此此在在设设计计管管道道时时，在在管管路路损损弯弯处处必必须须考考虑虑这这个个作作用用力力，并设法平衡之，以防管道破裂。并设法平衡之，以防管道破裂。用动量方程来确定这种作用力用动量方程来确定这种作用力2.3 液体动力学基础液体动力学基础 65流体力学基础最新重庆大学机械工程学院重庆大学机械工程学

51、院用两个分量来分析：用两个分量来分析：沿沿 x 轴方向的动量变化为轴方向的动量变化为沿沿 x 轴方向的作用力总和为轴方向的作用力总和为于是有于是有2.3 液体动力学基础液体动力学基础 66流体力学基础最新重庆大学机械工程学院重庆大学机械工程学院同理，对同理，对 y 轴方向有轴方向有从以上公式求出从以上公式求出Rx与与Ry，便可计算，便可计算R。2.3 液体动力学基础液体动力学基础 67流体力学基础最新重庆大学机械工程学院重庆大学机械工程学院2.3 液体动力学基础液体动力学基础 68流体力学基础最新重庆大学机械工程学院重庆大学机械工程学院例例 在在给给水水管管道道中中有有一一段段60拐拐弯弯的的

52、水水平平弯弯管管，已已知知管管道道内内径径 d=67mm， 流流 量量 G=245.25kN/h， 压压 力力 p=3139kPa， 水水 温温t=104C，若若不不计计管管道道的的压压力力损损失失，求求给给水水作作用用在在弯弯管管上上的的作作用用力。力。2.3 液体动力学基础液体动力学基础 69流体力学基础最新重庆大学机械工程学院重庆大学机械工程学院解解 从蒸汽表中查得在从蒸汽表中查得在P=3139kPa，t =104C时，时，=9427kN/m3。由于是等截面管道，又不计压力损失，所以由于是等截面管道，又不计压力损失，所以管道中的水流流速管道中的水流流速2.3 液体动力学基础液体动力学基础

53、 70流体力学基础最新重庆大学机械工程学院重庆大学机械工程学院得给水作用在弯管上的作用力得给水作用在弯管上的作用力2.3 液体动力学基础液体动力学基础 71流体力学基础最新重庆大学机械工程学院重庆大学机械工程学院 例例 密度密度const的理想流体，从喷射管喷出一股截面的理想流体，从喷射管喷出一股截面积为积为a、流速为、流速为v的射流，冲击着以等速度的射流，冲击着以等速度u在水平方向运动着在水平方向运动着的倾斜平板，倾斜平板与射流轴线夹角为的倾斜平板，倾斜平板与射流轴线夹角为，假设水流在平板，假设水流在平板上的流动是定常流动，求射流每秒对平板所作的功上的流动是定常流动，求射流每秒对平板所作的功

54、N。2.3 液体动力学基础液体动力学基础 72流体力学基础最新重庆大学机械工程学院重庆大学机械工程学院解解 将参考坐标固定在平板上，原点将参考坐标固定在平板上，原点o放在射流轴线与平板的放在射流轴线与平板的交点处，而交点处，而x轴与射流水平轴线一致。取如图虚线所示的运动控制轴与射流水平轴线一致。取如图虚线所示的运动控制体。沿着垂直于平板的法线体。沿着垂直于平板的法线n方向，有平板对控制体的作用力方向，有平板对控制体的作用力R。 冲击倾斜平板的射流质量流量冲击倾斜平板的射流质量流量相对速度相对速度 vr 在倾斜平板法线在倾斜平板法线 n 方向的投影方向的投影写出写出 n 方向的动量方程（以坐标定

55、方向）方向的动量方程（以坐标定方向）得得2.3 液体动力学基础液体动力学基础 73流体力学基础最新重庆大学机械工程学院重庆大学机械工程学院根据题意，只需求出根据题意，只需求出F在在x方向的分力方向的分力Fx这样，得到射流每秒所作的功这样，得到射流每秒所作的功N为为射流对倾斜平板的作用力射流对倾斜平板的作用力F，在数值上与，在数值上与R相等，而方向相反。相等，而方向相反。2.3 液体动力学基础液体动力学基础 74流体力学基础最新重庆大学机械工程学院重庆大学机械工程学院2.4 液压系统的压力损失液压系统的压力损失75流体力学基础最新重庆大学机械工程学院重庆大学机械工程学院 内因是液体粘性，外因是管

56、道结构。内因是液体粘性，外因是管道结构。压力损失分为两种：压力损失分为两种：1) 液体在等径直管中流动时因粘性摩擦而产生的压力损失，液体在等径直管中流动时因粘性摩擦而产生的压力损失，称为沿程压力损失；称为沿程压力损失；2) 由于管道的截面突然变化、液流方向改变或其他形式的液流阻由于管道的截面突然变化、液流方向改变或其他形式的液流阻力力(如控制阀阀口如控制阀阀口)而引起的压力损失，称为局部压力损失。而引起的压力损失，称为局部压力损失。2.4 液压系统的压力损失液压系统的压力损失 实际液体是有粘性的，为了克服粘性摩擦阻力，液体流动实际液体是有粘性的，为了克服粘性摩擦阻力，液体流动时要损耗一部分能量

57、，由于管道中流量不变，因此这种能量损时要损耗一部分能量，由于管道中流量不变，因此这种能量损耗表现为压力损失。损耗的能量转变为热量，使液压系统的温耗表现为压力损失。损耗的能量转变为热量，使液压系统的温度升高，影响系统的工作性能。度升高，影响系统的工作性能。76流体力学基础最新重庆大学机械工程学院重庆大学机械工程学院1 沿程压力损失沿程压力损失2.4 液压系统的压力损失液压系统的压力损失圆管层流圆管层流液体在等径水平圆管中作恒定流动液体在等径水平圆管中作恒定流动取出一段半径为取出一段半径为r、长度为、长度为l、与管轴相重合的小圆柱体、与管轴相重合的小圆柱体左端面压力p1右端面压力p2侧面内摩擦力F

58、f力的平衡力的平衡77流体力学基础最新重庆大学机械工程学院重庆大学机械工程学院由由内摩擦力内摩擦力Ff为为速度梯度速度梯度du/dr 为负值，故须加一负号以使内摩擦力为正值。为负值，故须加一负号以使内摩擦力为正值。令令得得积分并代入相应的边界条件，即当积分并代入相应的边界条件，即当rR 时，时，u0，得，得2.4 液压系统的压力损失液压系统的压力损失78流体力学基础最新重庆大学机械工程学院重庆大学机械工程学院管内流速在半径方向上按抛物面规律分布管内流速在半径方向上按抛物面规律分布在轴线在轴线r0 处，其流速最大：处，其流速最大：在半径在半径r 处取一厚为处取一厚为dr 的微小圆环面积的微小圆环

59、面积面积为面积为 dA2rdr流量为流量为 dqudA积分积分或或在管壁在管壁rR 处，流速最小，为处，流速最小，为umin0；2.4 液压系统的压力损失液压系统的压力损失79流体力学基础最新重庆大学机械工程学院重庆大学机械工程学院层流时的沿程压力损失层流时的沿程压力损失 液体流经等径液体流经等径d的直管时，管长的直管时，管长l 段上的沿程压力损失段上的沿程压力损失p 为为将将 代入上式，并整理后得代入上式，并整理后得用比压力能单位表示为用比压力能单位表示为2.4 液压系统的压力损失液压系统的压力损失80流体力学基础最新重庆大学机械工程学院重庆大学机械工程学院v液流的平均流速液流的平均流速式中

60、式中 液体的密度液体的密度 沿程阻力系数，理论值沿程阻力系数，理论值 =64/Re 考虑到实际流动时还存在温度变化以及管道变形等问考虑到实际流动时还存在温度变化以及管道变形等问题，因此金属管道取题，因此金属管道取 =75/Re 橡胶软管取橡胶软管取 =80/Re 2.4 液压系统的压力损失液压系统的压力损失81流体力学基础最新重庆大学机械工程学院重庆大学机械工程学院紊流时的沿程压力损失紊流时的沿程压力损失 液体在直管中作紊流流动时，其沿程压力损失的计算公式与液体在直管中作紊流流动时，其沿程压力损失的计算公式与层流时相同，即仍为层流时相同，即仍为沿程阻力系数沿程阻力系数 有所不同有所不同2.4

61、液压系统的压力损失液压系统的压力损失82流体力学基础最新重庆大学机械工程学院重庆大学机械工程学院2 局部压力损失局部压力损失 局部压力损失是液体流经局部压力损失是液体流经阀口、弯管、通流截面变化等阀口、弯管、通流截面变化等处所引起的压力损失。处所引起的压力损失。 液液流流通通过过这这些些地地方方时时，方方向向和和流流速速发发生生变变化化，液液体体在在这这些些地地方方扰扰动动、搅搅拌拌，形形成成旋旋涡涡、尾尾流流，或或使使边边界界层层剥剥离离，使使液液体体的的质质点点相相互互撞撞击击，从从而而产产生生了较大的能量损耗。了较大的能量损耗。2.4 液压系统的压力损失液压系统的压力损失83流体力学基础

62、最新重庆大学机械工程学院重庆大学机械工程学院 局部压力损失与液流的动能直接相关，可以表达成如下的局部压力损失与液流的动能直接相关，可以表达成如下的计算式计算式2.4 液压系统的压力损失液压系统的压力损失采用比能形式，可写成采用比能形式，可写成v 液流的平均流速，一般情况下均指局部阻力下游处的流速液流的平均流速，一般情况下均指局部阻力下游处的流速 局部阻力系数局部阻力系数84流体力学基础最新重庆大学机械工程学院重庆大学机械工程学院 由由于于液液体体流流经经局局部部阻阻力力区区域域的的流流动动情情况况非非常常复复杂杂，所所以以局局部部阻阻力力系系数数 的的值值仅仅在在少少数数场场合合可可以以采采用

63、用理理论论推推导导的的方方法法求求得得，一一般般都都必必须须通通过过实实验验来来确确定定。各各种种局局部部装装置置结结构构的的 的的具具体体数数值可从有关液压工程手册中查到。值可从有关液压工程手册中查到。2.4 液压系统的压力损失液压系统的压力损失85流体力学基础最新重庆大学机械工程学院重庆大学机械工程学院3 管路中的总压力损失管路中的总压力损失 液液压压系系统统的的管管路路一一般般由由若若干干段段管管道道和和一一些些阀阀、过过滤滤器器、管管接接头头、弯弯头头等等组组成成，因因此此管管路路总总的的压压力力损损失失就就等等于于所所有有直直管管中中的的沿沿程程压压力力损损失失和和所所有有这这些些元

64、元件件的的局局部部压压力力损损失失之之总总和和，用比能形式即为用比能形式即为2.4 液压系统的压力损失液压系统的压力损失86流体力学基础最新重庆大学机械工程学院重庆大学机械工程学院2.5 孔口和间隙的流量孔口和间隙的流量-压力特性压力特性1 液体流过小孔的流量液体流过小孔的流量小孔可分为三种：小孔可分为三种：l/d0.5时，称为薄壁孔；时，称为薄壁孔；l/d4时，称为细长孔；时，称为细长孔；0.5l/d4时，称为短孔。时，称为短孔。 孔口和缝隙流量在液压技术中占有很重要的地位，它涉孔口和缝隙流量在液压技术中占有很重要的地位，它涉及液压元件的及液压元件的密封性密封性，系统的，系统的容积效率容积效

65、率，更为重要的是它是，更为重要的是它是设计计算的基础。设计计算的基础。 液流经过孔口的流量公式是研究液流经过孔口的流量公式是研究节流调速节流调速的理论基础，液流的理论基础，液流经过缝隙的流量公式是分析计算液压元件的经过缝隙的流量公式是分析计算液压元件的泄漏泄漏的理论依据。的理论依据。87流体力学基础最新重庆大学机械工程学院重庆大学机械工程学院薄壁孔薄壁孔完全收缩：完全收缩：d1/d 7，收缩作用不受，收缩作用不受d1内壁影响；内壁影响；不完全收缩：不完全收缩： d1/d 7，d1内壁对液流进入小孔起导向作用。内壁对液流进入小孔起导向作用。2.5 孔口和间隙的流量孔口和间隙的流量-压力特性压力特

66、性 一般薄壁小孔孔口边缘都作一般薄壁小孔孔口边缘都作成刃口形式成刃口形式流体流动特性流体流动特性液流通过小孔时在惯性力作用下发生收缩现象：液流通过小孔时在惯性力作用下发生收缩现象：2-2处处d2d；88流体力学基础最新重庆大学机械工程学院重庆大学机械工程学院 取孔前通道断面为取孔前通道断面为1-1断面，及断面，及2-2断面，列伯努利方程断面，列伯努利方程hw为局部损失，为局部损失，它包括两部分，即截面突然减小时的局部压它包括两部分，即截面突然减小时的局部压力损失力损失hw1和截面突然增大时的局部压力损失和截面突然增大时的局部压力损失hw2 。 即即2.5 孔口和间隙的流量孔口和间隙的流量-压力

67、特性压力特性89流体力学基础最新重庆大学机械工程学院重庆大学机械工程学院由于由于Ae工作压力，工作压力， 引起振动、噪声、引起振动、噪声、导致某些元件如密封装置、管路等导致某些元件如密封装置、管路等 损坏；使某些元件（如压损坏；使某些元件（如压力继电器、顺序阀等）产生误动作，影响系力继电器、顺序阀等）产生误动作，影响系 统统 正常工作，造正常工作，造成设备事故。成设备事故。液压冲击的危害：液压冲击的危害：减小液压冲击的措施减小液压冲击的措施 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速度。限制管道流速及运动部件速度。 适当加大管道直径，

68、尽量缩短管路长度。适当加大管道直径，尽量缩短管路长度。 在冲击区附近安装蓄能器等缓冲装置在冲击区附近安装蓄能器等缓冲装置 。 采用软管，以增加系统的弹性。采用软管，以增加系统的弹性。 2.6 液压冲击和气穴现象液压冲击和气穴现象102流体力学基础最新重庆大学机械工程学院重庆大学机械工程学院气穴现象气穴现象2.6 液压冲击和气穴现象液压冲击和气穴现象 在液压系统中，如果某处的压力低于空气分离压时，原先溶在液压系统中，如果某处的压力低于空气分离压时，原先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。现象，称为气穴现

69、象。 如果液体中的压力进一步降低到饱和蒸气压时，液体将迅速如果液体中的压力进一步降低到饱和蒸气压时，液体将迅速气化，产生大量蒸气泡，这时的气穴现象将会愈加严重。气化，产生大量蒸气泡，这时的气穴现象将会愈加严重。 当附着在金属表面上的气泡破灭时，它所产生的局部高温和高当附着在金属表面上的气泡破灭时，它所产生的局部高温和高压会使金属剥蚀，这种由气穴造成的腐蚀作用称为气蚀。压会使金属剥蚀，这种由气穴造成的腐蚀作用称为气蚀。103流体力学基础最新重庆大学机械工程学院重庆大学机械工程学院2.6 液压冲击和气穴现象液压冲击和气穴现象气穴现象的危害：气穴现象的危害：产生气泡，破坏液流连续性，造成流量和压力脉

70、动；产生气泡，破坏液流连续性，造成流量和压力脉动； 气泡破灭，引起液压冲击，噪声，振动和气蚀；气泡破灭，引起液压冲击，噪声，振动和气蚀；气蚀会使液压元件的工作性能变坏，并使其寿命大大缩短。气蚀会使液压元件的工作性能变坏，并使其寿命大大缩短。 104流体力学基础最新重庆大学机械工程学院重庆大学机械工程学院2.6 液压冲击和气穴现象液压冲击和气穴现象控制措施控制措施 减小小孔或缝隙前后的压力降。一般减小小孔或缝隙前后的压力降。一般p1/p23.5 降低泵的吸油高度，适当加大吸油管内径，限制吸油管内液降低泵的吸油高度，适当加大吸油管内径，限制吸油管内液体的流速，尽量减少吸油管路中的压力损失（如及时清洗滤油体的流速，尽量减少吸油管路中的压力损失（如及时清洗滤油器或更换滤芯等）。对于自吸能力差的泵需用辅助泵供油。器或更换滤芯等）。对于自吸能力差的泵需用辅助泵供油。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。 105流体力学基础最新