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1、第二章第二章液压流体力学基础知识液压流体力学基础知识主要掌握的知识点是：主要掌握的知识点是：液压流体力液压流体力学基础知识学基础知识工作液体工作液体-介质介质(液压油液压油)静止液体静止液体的性质的性质流动液体流动液体的性质的性质液体流动时液体流动时的压力损失的压力损失液体流动时液体流动时的泄漏的泄漏液压冲击液压冲击气穴现象气穴现象2-1液压油的性质液压油的性质（Workingmediumofhydraulicshydraulicoil）液压传动是以液体为工作介质来传递能量的。液压传动是以液体为工作介质来传递能量的。因此要了解液体因此要了解液体工作介质工作介质液压油和液体液压油和液体的力学性质
2、是必要的，它有助于正确理解液的力学性质是必要的，它有助于正确理解液压传动的原理和规律，为正确使用和维修液压传动的原理和规律，为正确使用和维修液压元件和液压系统打下良好的基础。压元件和液压系统打下良好的基础。液压油的类型：液压油的类型：乳化型乳化型液压油液压油合成型合成型液压油液压油矿物型矿物型液压油液压油常用液压油常用液压油的类型有的类型有矿物油（石油型）矿物油（石油型）包括有包括有（1）机械油；）机械油；（2）普通液压油（其中加入抗氧剂，防锈剂，）普通液压油（其中加入抗氧剂，防锈剂，抗泡剂等添加剂）；抗泡剂等添加剂）；（3）专用液压油（航空液压油，炮用液压油，）专用液压油（航空液压油，炮用液
3、压油，舰用液压油等）；舰用液压油等）；（4）汽机油；）汽机油；（5）柴油机油等。）柴油机油等。乳化油乳化油油包水乳化液、水包油乳化液。油包水乳化液、水包油乳化液。它们是由两种互不相容的液体（如水和油）构它们是由两种互不相容的液体（如水和油）构成，其中一种液体成为小液滴并均匀地分散成，其中一种液体成为小液滴并均匀地分散在另一种液体中。在另一种液体中。乳化型分两大类：乳化型分两大类：一类一类乳化型分又称高水基液（少量油分散在大乳化型分又称高水基液（少量油分散在大量水中）；量水中）；另一类另一类油包水乳化液（水分散中）。油包水乳化液（水分散中）。合成型油合成型油磷酸酯基液压油、磷酸酯基液压油、水水-
4、一、二元醇基液压油。一、二元醇基液压油。一、液压油物理性质一、液压油物理性质（一）液压油的密度（一）液压油的密度（massdensity）密度密度-用符号用符号表示，表示，即即=m/v（kg/m）m液体的质量（液体的质量（kg）；）；V液体的体积（液体的体积（m）。）。一般机械油和液压油的密度一般机械油和液压油的密度=850900kg/m。单位体积内所含液体单位体积内所含液体质量的多少。质量的多少。 （二）（二）液体的压缩性液体的压缩性液体的压缩性：液体的压缩性：压压缩缩性性的的大大小小可可用用压压缩缩系系数数k来来表表示示，它它是是指指温温度度不不变变时时，每每产产生生一一个个单单位位压压力
5、力变变化化时时，液体体积的减小量。液体体积的减小量。即即：液液体体所所受受压压力力增增大大一一个个压压力力时时，所所发发生生的的体积的相对变化值，体积的相对变化值，K=-（1/）（V/V0）是指液体受到压力作用时是指液体受到压力作用时体积将缩小，密度将有所增加。体积将缩小，密度将有所增加。式中式中K：液体的压缩系数；：液体的压缩系数；：压力变化值；：压力变化值；V：液体体积的变化量；：液体体积的变化量；V0：正常压力时的液体体积。：正常压力时的液体体积。从压缩系数可以看到油液的可压缩性很小，一从压缩系数可以看到油液的可压缩性很小，一般可以忽略不计，但在分析液体元件或系统般可以忽略不计，但在分析
6、液体元件或系统的动态性能时，却是一个不可忽略的因素。的动态性能时，却是一个不可忽略的因素。（三）液体的膨胀性（三）液体的膨胀性液液体体的的膨膨胀胀性性是是指指：液液体体的的温温度度升升高高而而体体积积增增大大的的性性质质。体体积积膨膨胀胀性性的的大大小小用用体体积积膨膨胀系数胀系数 表示。表示。其物理意义是其物理意义是：温度每升高温度每升高1度时，所发生的度时，所发生的体积体积v的相对变化值。的相对变化值。（四）液体的粘性（四）液体的粘性(viscosity) 1. .液体运动的液体运动的当当液液体体在在外外力力作作用用下下流流动动时时，一一般般液液体体各各层层的的运运动动速速度度不不相相等等
7、，这这是是由由于于液液体体与与固固体体壁壁间间的附着力和液体分子间的内聚力造成的。的附着力和液体分子间的内聚力造成的。特点特点液体流时液体流时速度的布：速度的布：通通过过分分析析得得知知运运动动较较快快的的液液层层带带动动运运动动较较慢慢的的液液层层，而而运运动动较较慢慢的的液液层层却却阻阻滞滞运运动动较较快快的的液液层层。这这样样，运运动动较较快快的的液液层层在在运运动动较较慢慢的的液层上滑过时，就类似固体的摩擦过程。液层上滑过时，就类似固体的摩擦过程。由于液体与固体（容器）界壁的附着力和液体由于液体与固体（容器）界壁的附着力和液体本身的内聚力而使液体各处的速度产生差异。本身的内聚力而使液体
8、各处的速度产生差异。如管道中的液体流动（参见图），紧贴管壁的如管道中的液体流动（参见图），紧贴管壁的液体流动速度为零，愈接近轴心的液体流动液体流动速度为零，愈接近轴心的液体流动速度愈大，轴心处的液体流动速度最大。速度愈大，轴心处的液体流动速度最大。液液体体只只有有流流动动时时才才显显现现出出粘粘性性，而而静静止止液液体体不不显现出粘性。显现出粘性。液体具有一定的体积液体具有一定的体积而而无无一一定定的的形形状状，因因此此很容易改变其形状。很容易改变其形状。从从工工程程角角度度看看液液体体几几乎乎不不能能抵抵抗抗拉拉力力和和切切力力的的作作用用，即即使使在在一一个个微微小小的的拉拉力力和和切切力
9、力作作用用，液液体体都都不不能能保保持持其其原原来来的的平平衡衡状状态态，产产生生变变形，这种性质称为形，这种性质称为液体的流动性液体的流动性。液体的流动性液体的流动性2. .粘性的定义粘性的定义液液体体的的粘粘性性：液液体体流流动动时时，各各液液层层之之间间产产生生的的内内摩摩擦擦力力（或或称称切切应应力力），液液体体的的这这种种性性质质称液体的粘性。称液体的粘性。表现液体粘性大小程度的物理量称表现液体粘性大小程度的物理量称粘度粘度。在在液液压压传传动动中中所所用用液液压压油油主主要要是是根根据据粘粘度度来来选选择的。择的。3. .粘性的度量粘性的度量表现流体粘性大小程度的物理量称粘度。表现
10、流体粘性大小程度的物理量称粘度。粘度的两种粘度的两种表现形式表现形式绝对粘度绝对粘度相对粘度相对粘度表现形式有动力粘度和运表现形式有动力粘度和运动粘度。动粘度。一一般般在在理理论论计计算算、理理论论分分析析和和推导时经常使用的计算公式。但较难接测量。推导时经常使用的计算公式。但较难接测量。在在工工程程上上常常用用该该粘粘度度表示油液的粘度大小。可在实际中测量出来。表示油液的粘度大小。可在实际中测量出来。绝对粘度：绝对粘度：相对粘度相对粘度（1）动力粘度（）动力粘度（dynamicviscosity)牛牛顿顿在在实实验验中中发发现现液液体体流流动动时时相相邻邻液液层层单单位位面面积积上上的的内内
11、摩摩擦擦力力（或或切切应应力力）与与液液体体运运动动时的速度梯度成正比，并与液体的性质有关：时的速度梯度成正比，并与液体的性质有关：-表示内摩擦力；表示内摩擦力；-比例系数；比例系数；-速度梯度。速度梯度。 上上式式即即为为著著名名的的牛牛顿顿液液体体内内摩摩擦擦定定律律的的数数学学表达式表达式- -通过实验测定得出的结果：通过实验测定得出的结果：液液体体流流动动时时相相邻邻液液层层之之间间的的内内摩摩擦擦力力F F与与液液层层接接触触的的面面积积A A、液液层层间间的的速速度度梯梯度度dv/dydv/dy成成正正比。比。式中的式中的 称比例系数，称其为动力粘度。称比例系数，称其为动力粘度。d
12、v/dydv/dy速速度度梯梯度度，表表示示液液层层之之间间的的相相对对滑滑动的梯度。动的梯度。动动力力粘粘度度的的物物理理意意义义：液液体体在在单单位位速速度度梯梯度度（|dv/dy|=1|dv/dy|=1）下下流流动动时时，相相邻邻液液层层单单位位面面积积上的内摩擦力。上的内摩擦力。动力粘度动力粘度 的单位：的单位： 帕帕秒（秒（PasPas）帕）帕=N/=N/（帕（帕秒秒NS/NS/， 1Pas=1NS/ 1Pas=1NS/）通过动力粘度的公式得知：通过动力粘度的公式得知：在静止液体中，由在静止液体中，由于速度梯度等于零内摩擦力为零，故液体在于速度梯度等于零内摩擦力为零，故液体在静止液体
13、状态下不显粘性。静止液体状态下不显粘性。（2 2）运动粘度）运动粘度运动粘度（运动粘度（kinematic viscosity)kinematic viscosity)在在同同一一温温度度下下液液体体的的动动力力粘粘度度 与与其其密密度度的的比值称为运动粘度，用比值称为运动粘度，用表示，表示， 即即 =/ =/ 单位：单位：/S /S ，mm/S mm/S （1/S=106mm/s）在在液液压压传传动动计计算算中中和和液液压压油油的的牌牌号号上上，一一般般不不用动力粘度，而用运动粘度。用动力粘度，而用运动粘度。（3）相对粘度（又称条件粘度）相对粘度（又称条件粘度）相对粘度：相对粘度：美国采用赛
14、氏粘度美国采用赛氏粘度SSU;英国采用雷氏粘度英国采用雷氏粘度ReI;我国采用的是恩氏粘度。我国采用的是恩氏粘度。恩氏粘度用恩氏粘度器来测定。恩氏粘度用恩氏粘度器来测定。以被测液体的粘度相对于水的以被测液体的粘度相对于水的粘度的相比较的相对值。粘度的相比较的相对值。恩式粘度测量- （动画（动画2-1恩式粘度恩式粘度.swf）通过刚才的演示，其测量过程为：通过刚才的演示，其测量过程为：（1）在在某某温温度度下下，取取被被测测液液体体200cmcm放放入入容容器器中中，从从其其底底部部的的小小孔孔（直直径径2.8mm2.8mm）全全部流出，用了部流出，用了t t1 1秒时间；秒时间；（2）取取标标
15、准准温温度度（20CC）时时蒸蒸馏馏水水200cmcm放放入入同同一一容容器器中中，从从底底部部的的小小孔孔全全部部流流出出，用了用了t t2 2秒时间；秒时间；EET T =t=t1 1/t/t2 2 。工工业业上上一一般般以以20c、50c、100c为为测测定定恩恩氏氏粘粘度的标准温度，用度的标准温度，用E20、E50、E100表示表示。影响粘度的因素有影响粘度的因素有温度温度压力压力4. .粘度与温度的关系粘度与温度的关系粘粘度度与与温温度度的的关关系系：油油液液的的粘粘度度随随温温度度的的增增高而变小，又随温度的降低而变大。高而变小，又随温度的降低而变大。油油液液粘粘度度的的变变化化将
16、将直直接接影影响响到到液液压压传传动动系系统统的的性性能能和和泄泄漏漏，所所以以液液压压用用油油的的粘粘度度随随温温度变化愈小愈好。度变化愈小愈好。液体粘性随温度变化的性质称粘温特性。液体粘性随温度变化的性质称粘温特性。（见下图液压油的粘温特性曲线）（见下图液压油的粘温特性曲线）液压油的粘温特性曲线液压油的粘温特性曲线由由于于矿矿物物油油的的组组成成、炼炼制制方方法法等等不不同同，各各种种矿矿物物油油的的粘粘度度与与温温度度的的关关系系也也不不一一样样，有有时时用用粘度指数（粘度指数（VI）来表示。）来表示。粘粘度度指指数数：被被测测液液体体的的粘粘度度随随温温度度变变化化的的程程度度同同标标
17、准准油油液液的的粘粘度度随随温温度度变变化化程程度度比比较较的的相相对值。对值。通通过过粘粘温温曲曲线线图图可可知知，粘粘度度指指数数高高其其粘粘温温曲曲线线平平缓缓，粘粘度度随随温温度度变变化化小小，粘粘温温性性能能好好，液液压压传传动动用用油油一一般般要要求求粘粘度度指指数数在在90以以上上，最最好的在好的在100以上。以上。 5. .粘度与压力的关系粘度与压力的关系粘粘度度与与压压力力的的关关系系：油油液液的的压压力力增增大大时时其其密密度度加加大大，分分子子间间的的距距离离缩缩小小，粘粘度度变变大大（粘度变稠）。（粘度变稠）。但但粘粘度度压压力力变变化化程程度度并并不不大大。也也就就是
18、是说说，压压力对粘度的影响在低压时不明显：力对粘度的影响在低压时不明显：当压力大于当压力大于50MPa时，其影响趋于显著；时，其影响趋于显著；压压力力升升到到70Mpa时时，液液体体的的粘粘度度将将比比常常压压下下增加增加410倍。倍。当当压压力力在在050Mpa的的范范围围内内时时，可可用用经经验验公公式计算其粘度。式计算其粘度。 当当压压力力在在32MPa以以下下时时，可可不不考考虑虑压压力力对对粘粘度度的影响。的影响。二、液压油的化学性质二、液压油的化学性质液压油的液压油的化学性质化学性质闪点和燃点闪点和燃点凝固点和流动点凝固点和流动点化学稳定性和化学稳定性和热稳定性热稳定性1. .闪点
19、和燃点闪点和燃点（1）是指油液加热后会产生可燃性体，这些可燃性是指油液加热后会产生可燃性体，这些可燃性气体与空气混合在油面上，接触火焰的瞬间，气体与空气混合在油面上，接触火焰的瞬间，会产生一闪一闪的燃烧，这时最低温度称油液会产生一闪一闪的燃烧，这时最低温度称油液的闪点。的闪点。（2）如如果果油油液液的的温温度度继继续续上上升升，便便会会出出现现连连续续性性燃燃烧，此时的温度称油液的燃点。烧，此时的温度称油液的燃点。闪点闪点燃点燃点闪闪点点高高的的油油液液挥挥发发性性小小，燃燃点点高高的的油油液液难难以以着着火燃烧。油液防火性能的指标是闪点和燃点。火燃烧。油液防火性能的指标是闪点和燃点。一般液压
20、传动用油的闪点为一般液压传动用油的闪点为130210C。随随着着液液压压传传动动技技术术的的迅迅速速发发展展，液液压压系系统统的的工工作作压压力力和和工工作作温温度度会会不不断断提提高高，这这样样对对液液压压油的防火性能要求将会越高。油的防火性能要求将会越高。2.2.凝固点和流动点凝固点和流动点（1 1）凝固点）凝固点当当温温度度降降低低到到一一定定程程度度时时，油油液液失失去去了了流流动动性性，此时的温度称为液体的凝固点。此时的温度称为液体的凝固点。是指油液在试验条件下，冷却到失去流动时是指油液在试验条件下，冷却到失去流动时的最高温度，即油液的粘度的最高温度，即油液的粘度随着温度的降低而增大
21、。随着温度的降低而增大。（2 2）流动点）流动点液液体体的的低低温温流流动动性性与与凝凝固固点点有有关关，一一般般液液压压传动用的油液其凝固点为：传动用的油液其凝固点为：-10-10至至-15-15。凝固点在凝固点在-10C-10C时，液压油的流动性最好的。时，液压油的流动性最好的。比凝固点高出时的温度称比凝固点高出时的温度称液体的流动点液体的流动点3.3.化学稳定性和热稳定性化学稳定性和热稳定性(1)(1)化学稳定性化学稳定性油油液液与与空空气气或或其其他他氧氧化化剂剂接接触触会会发发生生化化学学反反应应生成酸性物质，使油液变质。生成酸性物质，使油液变质。油油液液温温度度越越高高，酸酸化化速
22、速度度越越快快，油油液液的的使使用用寿寿命命缩缩短短，并并且且腐腐蚀蚀金金属属表表面面，损损坏坏橡橡胶胶密密封封圈，影响密封效果，使系统不能正常工作。圈，影响密封效果，使系统不能正常工作。 是指油液抵抗与含氧物质、是指油液抵抗与含氧物质、特别是与空气起化学反应的能力。特别是与空气起化学反应的能力。(2)(2)热稳定性热稳定性当当温温度度升升高高时时，油油液液的的化化学学反反应应加加快快，油油分分子子裂裂化化并并产产生生沥沥青青、焦焦油油等等树树状状的的物物质质。这这些些物物质质粘粘附附在在油油路路的的各各处处，堵堵塞塞液液压压元元件件的的小小孔和缝隙并抱咬阀芯，影响系统的正常工作孔和缝隙并抱咬
23、阀芯，影响系统的正常工作。油液在高温时，抵抗油液在高温时，抵抗化学反应的能力。化学反应的能力。三、三、液压油的添加剂液压油的添加剂液液压压传传动动用用的的油油液液应应具具有有较较高高的的粘粘度度指指数数，有有较较好好的的化化学学性性质质，而而普普通通矿矿物物油油不不具具备备这这些些性性质质，往往往往需需要要添添入入适适当当的的添添加加剂剂来来改善他们的性能。改善他们的性能。常见的添加剂类型有两类常见的添加剂类型有两类一类一类用来改善基础油液的化学性质；用来改善基础油液的化学性质；另一类另一类用来改善基础油液的物理性质。用来改善基础油液的物理性质。改善化学性质的有改善化学性质的有：抗氧化剂、防腐
24、剂、防锈剂、防霉剂等。抗氧化剂、防腐剂、防锈剂、防霉剂等。改善物理性质的有改善物理性质的有：增粘剂、抗泡剂、降凝剂、油性剂等。增粘剂、抗泡剂、降凝剂、油性剂等。使使用用时时根根据据需需要要组组合合，在在选选用用时时，应应注注意意添添加加剂剂与与基基础础油油液液之之间间的的相相互互作作用用，不不能能影影响响和和改改变变油油的的性性质质，各各自自的的作作用用不不能抵消与减弱。能抵消与减弱。防止氧化剂防止氧化剂能能抑抑制制氧氧化化生生酸酸，又又能能在在金金属属表表面面形形成成防防蚀蚀保护层，以避免酸性物质直接接处金属。保护层，以避免酸性物质直接接处金属。防锈剂防锈剂当当油油中中混混入入水水分分后后，
25、会会侵侵蚀蚀金金属属表表面面引引起起生生锈锈。在在金金属属表表面面形形成成一一层层保保护护膜膜，能能达达到到防防锈目的。锈目的。减摩剂减摩剂防止相对滑动表面的磨损。防止相对滑动表面的磨损。黏度指数提高剂黏度指数提高剂用用来来提提高高油油液液的的黏黏度度，使使其其使使用用的的温温度度范范围围扩大。扩大。其他添加剂在此不多介绍。其他添加剂在此不多介绍。四、液压传动用油的要求、选择四、液压传动用油的要求、选择在在液液压压传传动动中中，油油液液是是传传递递动动力力或或力力矩矩的的工工作作介介质质，所所选选用用油油液液的的性性质质将将直直接接影影响响到到液液压压传传动动系系统统工工作作的的好好坏坏。必必
26、须须正正确确选选择择液液压压油。油。（一）（一）对液压传动用油的基本要求对液压传动用油的基本要求合适的黏度和良好的粘温特性；合适的黏度和良好的粘温特性；润滑性能好；润滑性能好；对密封材料的相容性；对密封材料的相容性；对氧化、乳化和剪切都有良好的稳定性，长对氧化、乳化和剪切都有良好的稳定性，长期工作不易变质；期工作不易变质；抗泡沫性好、腐蚀性小；抗泡沫性好、腐蚀性小；清洁度高，质地纯洁，杂质少；清洁度高，质地纯洁，杂质少；燃点高、凝固点低；燃点高、凝固点低；对人无害，成本低。对人无害，成本低。（二）油液的选择（二）油液的选择在具体选择液压油的粘度时，一般应考虑下在具体选择液压油的粘度时，一般应考
27、虑下列具体因素：列具体因素：1. .液压系统中工作压力的高低。液压系统中工作压力的高低。2. .液压系统中运动速度的快慢。液压系统中运动速度的快慢。3. .液压系统周围环境温度。液压系统周围环境温度。有时也从以下几个因素考虑：有时也从以下几个因素考虑：液压系统所处的环境；液压系统所处的环境；液压系统的工作条件；液压系统的工作条件；液压油的性质；液压油的性质；经济性；经济性；液压油的污染液压油的污染主要掌握以下主要掌握以下几项内容几项内容污染的危害污染的危害污染产生的原因污染产生的原因减少污染减少污染产生的措施产生的措施P6表表1-1是液压泵使用油液的粘度范围。是液压泵使用油液的粘度范围。五、液
28、压油的合理使用（污染与控制）五、液压油的合理使用（污染与控制）液压油受到污染，常常是系统发生故障的主要液压油受到污染，常常是系统发生故障的主要原因，因此控制液压系统的污染是十分重要的。原因，因此控制液压系统的污染是十分重要的。（一）液压油污染的危害（一）液压油污染的危害什么是液压油的污染什么是液压油的污染使系统不断地发生故障，液压元件的寿命也大使系统不断地发生故障，液压元件的寿命也大大降低。大降低。是指液压油中含有的水分、空气、是指液压油中含有的水分、空气、微小固体颗粒及胶状生物等杂质。微小固体颗粒及胶状生物等杂质。污染污染对系统对系统造成的主要危害：造成的主要危害：固固体体颗颗粒粒和和胶胶状
29、状生生成成物物堵堵塞塞过过滤滤器器液液压压泵泵运运转转困困难难，产产生生噪噪声声；堵堵塞塞元元件件的的小小孔孔或或缝缝隙隙，使元件动作失灵；使元件动作失灵；微微小小固固体体颗颗粒粒会会加加速速零零件件磨磨损损，磨磨伤伤密密封封元元件，使系统出现泄漏；件，使系统出现泄漏；水水分分和和空空气气的的混混入入，降降低低液液压压油油的的润润滑滑能能力力，并并使使其其氧氧化化变变质质，产产生生气气蚀蚀，加加剧剧元元件件的的损损坏；使液压系统出现振动、爬行等现象。坏；使液压系统出现振动、爬行等现象。生成物生成物的污染的污染入侵物入侵物的污染的污染残留物残留物的污染的污染污染产生污染产生的原因的原因（二）污染
30、产生的原因（二）污染产生的原因（1）残留物污染残留物污染液压元件在制造、储存、运输、安装、维修过液压元件在制造、储存、运输、安装、维修过程中带入的沙粒、铁削、焊杂、灰土等等，程中带入的沙粒、铁削、焊杂、灰土等等，虽经清洗，但还会留有，造成液压油的污染。虽经清洗，但还会留有，造成液压油的污染。（2）侵入物污染侵入物污染环境中的污物（水滴、空气、尘埃等）。环境中的污物（水滴、空气、尘埃等）。（3）生成物污染生成物污染系统工作时产生的金属微粒、密封材料磨损颗系统工作时产生的金属微粒、密封材料磨损颗粒、油液变质后产生的胶状生成物等。粒、油液变质后产生的胶状生成物等。（三）污染的控制措施（三）污染的控制
31、措施（1）力求减少外来污染；）力求减少外来污染；（2）滤除系统产生的杂质；）滤除系统产生的杂质；（3）定期检查更换液压油。）定期检查更换液压油。2-2节节静止液体的力学基础知识静止液体的力学基础知识静止液体静止液体（或相对静止的液体）：（或相对静止的液体）：是指液体处于相对静止。是指液体处于相对静止。当液体处于相对静止状态时，各液体之间没有当液体处于相对静止状态时，各液体之间没有相对运动，故在分析液体性质时，不考虑其相对运动，故在分析液体性质时，不考虑其粘性的影响，即液体不显粘性。粘性的影响，即液体不显粘性。一、静止液体的压力及特性一、静止液体的压力及特性（一）静压力（一）静压力（用（用p表示
32、）表示）定义：定义：液体处于相对静止时，单位面积上所受液体处于相对静止时，单位面积上所受力的大小称静压力，简称压力。力的大小称静压力，简称压力。压力数学表达式：压力数学表达式：P=F/A(Pa=N/m2）式中：式中：F-作用在液面上的合外力（作用在液面上的合外力（N牛顿）牛顿）S-作用面积（作用面积（m2）。）。（二）由自重产生的压力（二）由自重产生的压力液体由自重产生的压力与离开液面的深度成正液体由自重产生的压力与离开液面的深度成正比，比，即即：p1=gh gh （N/mN/m2 2) )重力作用下的静止液体重力作用下的静止液体(三）静压力的特性三）静压力的特性 ( (为什么为什么?)?)1
33、.1.静止液体中，任意一点所受到的各个方向上静止液体中，任意一点所受到的各个方向上的压力都相等。的压力都相等。2.液体压力垂直与承压表面，其方向与承压面液体压力垂直与承压表面，其方向与承压面的内法线方向相同。的内法线方向相同。二、压力的表示方法及单位二、压力的表示方法及单位表示方法表示方法-压力的表示方法压力的表示方法绝对压力绝对压力相对压力相对压力绝对压力：绝对压力：相对压力：相对压力：以绝对真空度为基以绝对真空度为基准度量的压力。准度量的压力。以大气压力为基准度量的压力。以大气压力为基准度量的压力。（它是通过仪表显示的值，又（它是通过仪表显示的值，又称表压力）。称表压力）。真空：真空：真空
34、用真空度表示。真空用真空度表示。真空度：真空度：如果液体中某点的压力小于大气压力，如果液体中某点的压力小于大气压力，习惯称习惯称“这一点具有真空这一点具有真空”。某点的绝对压力不足于大气压力的某点的绝对压力不足于大气压力的数值称真空度。数值称真空度。由由P6图图1-3分析，分析，Pa=P0+gh gh （1 1）式中式中 Pa为液体的绝对压力。为液体的绝对压力。P0-为大气压力。为大气压力。gh gh 为相对压力。为相对压力。式（式（1 1）为静力学中）为静力学中液体的平衡方程式。液体的平衡方程式。绝对压力相对压力真空度三者之间的关系怎绝对压力相对压力真空度三者之间的关系怎样？样？三者关系：三
35、者关系：绝对压力绝对压力= =大气压力大气压力+ +相对压力相对压力绝对压力绝对压力= =大气压力大气压力- -真空度真空度真空度与相对压力的关真空度与相对压力的关系：系：两者是相反的，对某点来讲，如果有相对压力，两者是相反的，对某点来讲，如果有相对压力，就不会有真空度；有真空度，就不会有相对就不会有真空度；有真空度，就不会有相对压力。真空度不是绝对压力，是大气压力不压力。真空度不是绝对压力，是大气压力不足的表现。足的表现。液体元件铭牌上标示的额度压力和最大压力等液体元件铭牌上标示的额度压力和最大压力等是指的是相对压力（即表压力是指的是相对压力（即表压力通过仪表显通过仪表显示出的压力）。示出的
36、压力）。三、静止液体内压力传递原理三、静止液体内压力传递原理( (一一) )液压系统压力的形成液压系统压力的形成液压系统中压力是油液在系统中受到液压系统中压力是油液在系统中受到的作用而形成的。的作用而形成的。由由静静压压公公式式p=F/S得得知知，液液压压系系统统中中的的压压力力取决于外载荷，并随外载荷的变化而变化。取决于外载荷，并随外载荷的变化而变化。“前前阻阻后后推推”（二）静压传递原理（即帕斯卡原理）（二）静压传递原理（即帕斯卡原理）在密闭容器内的平在密闭容器内的平衡液体中，任意点衡液体中，任意点的压力如果有变化，的压力如果有变化，这个变化值将传递给液体中的所有各点，其这个变化值将传递给
37、液体中的所有各点，其值不变。值不变。其表现方式，通过油压千斤顶的工作过程得知：其表现方式，通过油压千斤顶的工作过程得知：小缸活塞面积小缸活塞面积A1，施加的外力为，施加的外力为F1；大缸活塞面积大缸活塞面积A2，用来举升重物，用来举升重物W。(画千斤顶工作示意图分析画千斤顶工作示意图分析)静压传递原理静压传递原理内容内容在小缸内产生的压力为在小缸内产生的压力为p=F1/A1，缸中的压力，缸中的压力增大了增大了p，故各点的压力也增大了，故各点的压力也增大了p。p=W/A2，所以（所以（F1/A1）=（W/A2）W=（A2/A1）F1W是举升的重物，是举升的重物，F1举升重物需要的外力举升重物需要
38、的外力A2/A1面积比越大，抬起的重物越重，施加的力面积比越大，抬起的重物越重，施加的力可以小些，但重物上移的距离就小。可以小些，但重物上移的距离就小。液压缸的工作图液压缸的工作图(画液压缸画液压缸,分析压力与负载的关系）分析压力与负载的关系）工作时，当负载增大，缸的结构尺不变，由压工作时，当负载增大，缸的结构尺不变，由压力公式得知，力公式得知，p增大；增大；当负载等于零时，当负载等于零时，p=0。因此，液压系统中的压力，是油液在系统中受因此，液压系统中的压力，是油液在系统中受到到“前阻后推前阻后推”的作用形成的。的作用形成的。压力的大小取决与负载，并随负载的变化压力的大小取决与负载，并随负载
39、的变化而变化。而变化。四、作用在平面上和曲面上的力四、作用在平面上和曲面上的力（一）作用在平面上的力（一）作用在平面上的力（参见李（参见李P8图图1-5所示分析）所示分析）利用压力公式即可：利用压力公式即可：p=F/A，=Ap（二）作用在曲面上的力（二）作用在曲面上的力在液压系统中，常见的曲面有圆柱形表面、圆在液压系统中，常见的曲面有圆柱形表面、圆锥形表面、球面等。锥形表面、球面等。当压力油作用在这些曲面上时，压力的作用方当压力油作用在这些曲面上时，压力的作用方向均垂直曲面，因此相互是不平行的，在求向均垂直曲面，因此相互是不平行的，在求作用于曲面上作用力时作用于曲面上作用力时,必须确定某个方向
40、。必须确定某个方向。计算方法：计算方法：首先应明确要计算的哪一方向上的首先应明确要计算的哪一方向上的力，建立坐标。力，建立坐标。（参见课本（参见课本P10图图1-6压力油作用在曲面上的受力分析压力油作用在曲面上的受力分析）设设:阴影面积阴影面积A=ldsds-弧长，弧长，ds=rd d -圆心角。圆心角。则则A=lrd 作用在作用在A面上的作用力由面上的作用力由F=pA得：得：dF=pA=plrd 对其积分，积分区对其积分，积分区间（略）间（略）得得：PX=2plr上式表示压力油沿上式表示压力油沿X方向上作用力等压力方向上作用力等压力p和面和面积积2lr的乘积，面积正好是液压缸右半壁曲的乘积，
41、面积正好是液压缸右半壁曲面在与面在与X方向垂直的平面上的投影面积。方向垂直的平面上的投影面积。故压力油作用在曲面某一方向的力等于故压力油作用在曲面某一方向的力等于:(课本例题课本例题)油压力油压力p与曲面在该方向的与曲面在该方向的垂直平面上的投影面积的乘积：垂直平面上的投影面积的乘积：2-3节节流动液体的性质流动液体的性质液压系统工作时，将以一定的速度进行。我们液压系统工作时，将以一定的速度进行。我们就要掌握液体流动时的状态、运动规律、能就要掌握液体流动时的状态、运动规律、能量形式与转换、流动液体与固体壁之间的相量形式与转换、流动液体与固体壁之间的相互作用力等问题。这些问题构成了流动液体互作用
42、力等问题。这些问题构成了流动液体的基本性质。的基本性质。一、名词解释一、名词解释1.理想液体、稳定流动理想液体、稳定流动理想液体：理想液体：一种既没粘性又没压一种既没粘性又没压缩性的液体。缩性的液体。：稳定流动：稳定流动恒定流动示意恒定流动示意（动画（动画2-2恒定流动恒定流动.swf）液体流动时，液体中任一点的液体流动时，液体中任一点的压力、速度、密度都不随时间压力、速度、密度都不随时间变化而变化的一种流动状态。变化而变化的一种流动状态。2.有有效效断断面面( (即即过过水水断断面面) )：垂垂直直于于液液体体流流动动方方向向的液体横截面积。的液体横截面积。 过水断面示意图过水断面示意图3
43、3.湿周：湿周：在有效断面上，液体与固体接触的边长。在有效断面上，液体与固体接触的边长。4 4.流流量量：单单位位时时间间内内通通过过某某有有效效断断面面的的液液体体体体积的多少。积的多少。流量用流量用Q Q表示，表示，Q=V/t=sl/t=vsQ=V/t=sl/t=vs 。(单位：单位：m/s,l/min)V-表示平均速度：在液体有效断面上各点液体表示平均速度：在液体有效断面上各点液体流动速度的平均值。流动速度的平均值。S-液体的作用面积。液体的作用面积。平均流速示意图平均流速示意图计算时都用平均值。计算时都用平均值。流动液体的性质主要掌握三大定律流动液体的性质主要掌握三大定律流动液体的流动
44、液体的能量方程能量方程液体的液体的动量方程动量方程液体的液体的连续性原理连续性原理流动液体的流动液体的性质主要掌握性质主要掌握三大性质（定律）三大性质（定律）二、液体的连续性原理二、液体的连续性原理内内容容：当当液液体体在在管管道道内内流流动动时时，根根据据物物质质不不灭灭定律，液体在管道内既不能增加也不能减少。定律，液体在管道内既不能增加也不能减少。因此因此根据液体的连续性原理的内容得知：根据液体的连续性原理的内容得知：(画图推导可推导分析或参见下页图画图推导可推导分析或参见下页图)液体连续原理简图液体连续原理简图-设参数设参数 因为：因为： m1=m2=mm1=VV1 1 m2=VV2 2
45、VV1 1=V=V2 2=VV (1). (1). 体积体积V=Al=Avt V=Al=Avt 代入（代入（1 1）得）得: :A A1 1v v1 1=A=A2 2v v2 2= =常数常数=Q =Q （2 2）式（式（2 2）表示液体在管道中作稳定流动时，管道）表示液体在管道中作稳定流动时，管道中任意截面所通过的流量相等。中任意截面所通过的流量相等。v v1 1/v/v2 2=A=A1 1 /A/A2 2 此式说明通过管道内不同截面的流速与其截面此式说明通过管道内不同截面的流速与其截面的大小成反比，的大小成反比， 即管道细的地方流速快，管道粗的地方流速慢。即管道细的地方流速快，管道粗的地方
46、流速慢。三、液体的伯努利定律（能量方程三、液体的伯努利定律（能量方程）液体的伯努利定律（即能量方程）液体的伯努利定律（即能量方程）液压系统是利用有压力的液体来传递能量的。液压系统是利用有压力的液体来传递能量的。因此需要对液体在管道内流动时，存在的能因此需要对液体在管道内流动时，存在的能量形式进行分析。量形式进行分析。（一）理想液体在管道内流动时的能量形式（一）理想液体在管道内流动时的能量形式-理想液体的伯努利方程理想液体的伯努利方程(画图分析画图分析)伯努利定理分析图伯努利定理分析图设定参数的方法设定参数的方法如图文字分析：如图文字分析：设任取管道内一段液体设任取管道内一段液体AB，以地面为基
47、准，以地面为基准，A、B为两过水断面液体在管道内其相应的作稳为两过水断面液体在管道内其相应的作稳定流动，在较短的时间定流动，在较短的时间t内，从内，从AB流到流到AB，由于时间短，位移也较短，所以断面，由于时间短，位移也较短，所以断面A到到A，B到到B，其对应的截面、压力、流速和，其对应的截面、压力、流速和距基准面的高度可以看做不变。距基准面的高度可以看做不变。设相应的参数：设相应的参数：A截面：过水断面截面：过水断面SA，压力，压力pA，流速，流速vA，基，基准准高高hA（或标号为（或标号为1）。）。B截面：过水断面截面：过水断面SB，压力，压力pB，流速，流速vB，基准，基准高高hB（或标
48、号为（或标号为2）。）。液体在移动过程中，由于液体在移动过程中，由于“前阻后推前阻后推”的作用，的作用，液体液体AB从从AB位置移到位置移到AB位置处，外力产位置处，外力产生的作用力（推力）：生的作用力（推力）：后面作用力：后面作用力：前面的阻力：前面的阻力：，对液体其作功对液体其作功功：功：由连续性原理得知：由连续性原理得知：整理代入作功公式整理代入作功公式中中外力做功：外力做功：根据功能原理：作的功等于机械能增加，根据功能原理：作的功等于机械能增加，机械能为机械能为E1：A位置：位置：从从AA移到移到BB位置时的机械能位置时的机械能E2；B位置：位置：在整个流动中，在整个流动中，AB段液体
49、流到段液体流到AB位置时，位置时，AB段内的液体没有发生变化，故可以看作段内的液体没有发生变化，故可以看作AA段液体移动至段液体移动至BB位置处，由于液体是位置处，由于液体是做稳定流动，做稳定流动，AB段内的液体的参数均未段内的液体的参数均未发生变化则其内的能量也未发生变化，有发生变化则其内的能量也未发生变化，有变化的是变化的是AA段液体参数变成段液体参数变成BB段处的参段处的参数。数。机械能的增加：机械能的增加：E其做功等于机械能的增加其做功等于机械能的增加E=A，整理：整理：其做功等于机械能的增加其做功等于机械能的增加E=A整理后：整理后：或或经整合后使用的计算公式经整合后使用的计算公式（
50、理想液体伯努力方程）（理想液体伯努力方程）：-表示单位质量的液体所有的压力能表示单位质量的液体所有的压力能.-所具有的动能。所具有的动能。-所具有的势能。所具有的势能。理想液体伯努利方程的物理意义：理想液体伯努利方程的物理意义：在密闭的管道内稳定流动的理想液体具有的压在密闭的管道内稳定流动的理想液体具有的压力能、动能、势能，它们之间可以相互转化，力能、动能、势能，它们之间可以相互转化，但不管怎样转化，液体在管道中的任何一处但不管怎样转化，液体在管道中的任何一处的三种能量之和是一定的（即常数）。的三种能量之和是一定的（即常数）。（二）实际液体在管道内流动时的能量形式（二）实际液体在管道内流动时的
51、能量形式-实际液体的伯努利方程实际液体的伯努利方程实际液体在流动中，既有粘性又有压缩性，流实际液体在流动中，既有粘性又有压缩性，流动时必然有损耗一些能量，损耗的能量等用动时必然有损耗一些能量，损耗的能量等用能量损失来表示能量损失来表示h损损，这些损失发生在移动后，这些损失发生在移动后的过程中，因此将其考虑在后面即：的过程中，因此将其考虑在后面即：利用伯努利方程计算时必须设定以下条件：利用伯努利方程计算时必须设定以下条件：1.选择基准；选择基准；2.选择两个过水断面；选择两个过水断面；注意与连续性方程式一起使用。注意与连续性方程式一起使用。（课本例题（课本例题P12例例1-2解题方法）解题方法）
52、四、液体的动量定律（动量方程式）四、液体的动量定律（动量方程式）液体的动量定理也是流体的力学基本规律之一液体的动量定理也是流体的力学基本规律之一。液体的动量定律：是用来求解液体和固体壁面液体的动量定律：是用来求解液体和固体壁面之间的相互作用力。之间的相互作用力。是研究液体运动时动量的变化与作用在液体上是研究液体运动时动量的变化与作用在液体上的外力之间的关系。的外力之间的关系。根据流动液体的特性，其根据流动液体的特性，其动量定义的内容动量定义的内容为：为：在某一时间间隔内（在某一时间间隔内（dt），流出控制容积），流出控制容积的液体具有的动量与流入控制容积的液的液体具有的动量与流入控制容积的液体
53、所具有的动量之差，等于同一时间间体所具有的动量之差，等于同一时间间隔内作用于控制容积液体上外力的冲量。隔内作用于控制容积液体上外力的冲量。如图分析如下：如图分析如下：(可推导可推导)动量定律推导示意图动量定律推导示意图参数的设定如图：参数的设定如图：文字分析：文字分析：取管道内任意一段液体取管道内任意一段液体AB作为控制液体溶积，作为控制液体溶积，在外力的作用下经过时间间隔在外力的作用下经过时间间隔dt后，流到后，流到AB的位置由于不考虑各种损失，的位置由于不考虑各种损失，AB段的段的液体具有的能量未发生变化，分析时仅看成液体具有的能量未发生变化，分析时仅看成是是AA段液体流至段液体流至BB段
54、处。这样相关的参数段处。这样相关的参数发生了变化，则动能也就发生变化。发生了变化，则动能也就发生变化。公式推导：公式推导：动量变化：动量变化：（1）所以在时间间隔所以在时间间隔dt内，控制容积中液体动量的内，控制容积中液体动量的变化应等于变化应等于BB段液体与段液体与AA段液体动量之差段液体动量之差（m1、m2分别为分别为AA、BB控制液体的质量）。控制液体的质量）。根据液体流动时的连续性原理，在时间间隔内根据液体流动时的连续性原理，在时间间隔内流经截面流经截面A、B液体质量相等，液体质量相等，即即m1=m2=m（2）将（将（2）代（）代（1）式得：）式得：根据动量定理，作用在控制容积中液体上
55、的外力根据动量定理，作用在控制容积中液体上的外力F：（4）（4）为液体流动时的动量方程式。）为液体流动时的动量方程式。在计算时，根据问题将矢量向某一方向投影，在计算时，根据问题将矢量向某一方向投影，即可列出该指定方向上的动量方程式：即可列出该指定方向上的动量方程式：由于分析时忽略一些因素，有时在计算时要考由于分析时忽略一些因素，有时在计算时要考虑流动中的流速的影响，这样要引进修正系虑流动中的流速的影响，这样要引进修正系数得：数得：一般不用考虑修正问题。一般不用考虑修正问题。2-4节节流动液体的压力损失流动液体的压力损失一、液体压力损失的原因及分类一、液体压力损失的原因及分类（一）压力损失产生的
56、原因（一）压力损失产生的原因液体流动时具有粘性，因此当它进行工作（流液体流动时具有粘性，因此当它进行工作（流动）时，会消耗一部分能量，这种能量损耗动）时，会消耗一部分能量，这种能量损耗称压力损失。称压力损失。液体本身的粘性。液体本身的粘性。压力损失产生的原因压力损失产生的原因液体与管壁之间的摩擦。液体与管壁之间的摩擦。内内因因外因外因（二）压力损失的类型（两种）（二）压力损失的类型（两种）沿程压力损失沿程压力损失：液体沿等截面的直管流动时，液体沿等截面的直管流动时，因摩擦而产生的压力损失，称沿程压力损失。因摩擦而产生的压力损失，称沿程压力损失。局部压力损失：局部压力损失：液体流经的截面形状、大
57、小突液体流经的截面形状、大小突然发生变化的管道区段或弯曲部分时所产生然发生变化的管道区段或弯曲部分时所产生的压力损失，称局部压力损失。的压力损失，称局部压力损失。压力损失的类型压力损失的类型沿程压力损失沿程压力损失局部压力损失局部压力损失压力损失关系到系统所的供应压力的大小、允压力损失关系到系统所的供应压力的大小、允许的流速、管道的布局和尺寸大小等；同时，许的流速、管道的布局和尺寸大小等；同时，管道中损耗的能量会转变为热能，使系统温管道中损耗的能量会转变为热能，使系统温度升高。度升高。因此在使用时应尽量减少系统的压力损失，以因此在使用时应尽量减少系统的压力损失，以提高传动效率和避免系统工作温度
58、的升高。提高传动效率和避免系统工作温度的升高。二、液体的流动状态二、液体的流动状态（一）（一）层流层流液体的分子沿平行与管道轴线的方向顺序流动，液体的分子沿平行与管道轴线的方向顺序流动，没有横向和其他方向流动，呈现互不混杂的线没有横向和其他方向流动，呈现互不混杂的线状或层状流动。状或层状流动。（二）（二）紊流紊流液体分子除沿平行与管道轴线方向流动外还有液体分子除沿平行与管道轴线方向流动外还有其他方向不规则运动，出现杂乱的流动状态。其他方向不规则运动，出现杂乱的流动状态。液体的流动状态有液体的流动状态有层层流流紊紊流流（三）临界雷诺数和雷诺数（三）临界雷诺数和雷诺数Re如何判断液体在管道中的流动
59、状态如何判断液体在管道中的流动状态用雷诺数用雷诺数。雷诺数通过实验得出雷诺数通过实验得出。雷诺实验见下图雷诺实验见下图水流是分层的：水流是分层的：水流开始紊乱：水流开始紊乱：红色液体和水完全混合红色液体和水完全混合;雷诺实验 （动画（动画2-3雷诺试验雷诺试验.swf）通过雷诺实验证明通过雷诺实验证明:同一种液体在同一种管道同一种液体在同一种管道中流动时，由于流速的不同形成完全不同中流动时，由于流速的不同形成完全不同的两种流动状态，故流速是决定液体流动的两种流动状态，故流速是决定液体流动状态的一个重要因素。状态的一个重要因素。实验还证明，液体在圆管中流动状态不仅与实验还证明，液体在圆管中流动状
60、态不仅与管内的平均管内的平均流速流速v有关还和管道内经有关还和管道内经d、液、液体的运动粘度体的运动粘度有关。有关。实际上，判定液流状态的是上述三个参数组实际上，判定液流状态的是上述三个参数组成的称成的称雷诺数雷诺数的无量纲数的无量纲数在水利学中，将两种流动状态发生转变时的在水利学中，将两种流动状态发生转变时的流速称临界流速。这样雷诺数便有流速称临界流速。这样雷诺数便有上临界雷诺数上临界雷诺数下临界雷诺数下临界雷诺数上临界雷诺数：上临界雷诺数：下临界雷诺数：下临界雷诺数：实验证明下实验证明下临界雷诺数比较稳定临界雷诺数比较稳定，一般，一般以下以下临界雷诺数作为判断液体流动状态的标准。临界雷诺数
61、作为判断液体流动状态的标准。以后使用的临界雷诺数既是下临界雷诺数。以后使用的临界雷诺数既是下临界雷诺数。计算计算Re值值临界雷诺数时，液体为紊流。临界雷诺数时，液体为紊流。由层流转变为紊流时的由层流转变为紊流时的临界雷诺数。临界雷诺数。由紊流转变为层流时的由紊流转变为层流时的临界雷诺数。临界雷诺数。雷诺数的物理意义：雷诺数的物理意义：液体流动时其惯性力与液体流动时其惯性力与粘粘性力比值。性力比值。Re=（惯性力（惯性力/粘性力）。粘性力）。Re=（惯性力（惯性力/粘性力）。粘性力）。若若Re值大，值大，维持液体质点作紊乱运动的惯性力维持液体质点作紊乱运动的惯性力对液体质点的运动起主导作用，液体
62、处于紊对液体质点的运动起主导作用，液体处于紊流状态流状态若若Re值小，值小，说明粘滞性内摩擦力对液体质点的说明粘滞性内摩擦力对液体质点的运动起主导作用，控制质点不作紊乱运动，运动起主导作用，控制质点不作紊乱运动，液体处于层流状态。液体处于层流状态。有关临界雷诺数可见相关表。有关临界雷诺数可见相关表。圆形光滑金属管使用的临界雷诺数值为圆形光滑金属管使用的临界雷诺数值为2300。对非圆截面的管道，对非圆截面的管道，Re由下式计算：由下式计算：式中：式中：dH-过水断面的水利直径。过水断面的水利直径。A-过水断面面积。过水断面面积。X-湿周。湿周。三、液体的沿程压力损失三、液体的沿程压力损失液体在等
63、径直管中流动时，因粘性摩擦而产生液体在等径直管中流动时，因粘性摩擦而产生的压力损失的压力损失称沿程压力损失。称沿程压力损失。（一）层流状态时的沿程压力损失（一）层流状态时的沿程压力损失层流时液体质点作有规则的流动，分析如下：层流时液体质点作有规则的流动，分析如下：（参见课本（参见课本P16图图1-16或下图）或下图）直管（即沿程）中的压力损失分析图直管（即沿程）中的压力损失分析图-参数设定参数设定-如下图分析如下图分析设管子的内径设管子的内径d，小圆柱体的直径，小圆柱体的直径2r，长度长度l，液体从左向右流动，此时液柱受力情况液体从左向右流动，此时液柱受力情况左端受有压力左端受有压力p1，右端
64、受有油压力右端受有油压力p2，由于由于p1大于大于p2液体才会运动。液体才会运动。推动液体运动的力的大小推动液体运动的力的大小P1为：为：P1=（p1-p2）r（1）由于液体的粘性，流动时在液柱表面产生的内由于液体的粘性，流动时在液柱表面产生的内摩擦力摩擦力P2为：为：P2=22rl（2）液体在圆管中稳定流动，液柱受力平衡，即液体在圆管中稳定流动，液柱受力平衡，即P1=P2这样得出速度的公式：这样得出速度的公式：对上式进行积分：对上式进行积分：（A）利用边界条件，当利用边界条件，当，时，求得积分常时，求得积分常数数C：（B）将（将（B）代入（）代入（A）得：得：该式是圆管中层流流速分布的一般公
65、式，可见，该式是圆管中层流流速分布的一般公式，可见，流速分布图是旋转抛物面。流速分布图是旋转抛物面。液体通过圆管的层流流量计算公式为：液体通过圆管的层流流量计算公式为：流经圆管层流的流量流经圆管层流的流量Q：层流时圆管的压力损失层流时圆管的压力损失p经整理得：经整理得：圆管层流状态时沿程阻力系数。圆管层流状态时沿程阻力系数。一般在一般在，考虑一些因素，考虑一些因素阻力系数取阻力系数取。（二）紊流状态时的沿程压力损失（二）紊流状态时的沿程压力损失紊流状态时的沿程压力损失：紊流状态时的沿程压力损失：当流动状态为紊流时，其压力损失要比层流时当流动状态为紊流时，其压力损失要比层流时的大，其原因是由于液
66、体流动时除了要克服的大，其原因是由于液体流动时除了要克服流层之间的摩擦力外，还要克服由于液体流流层之间的摩擦力外，还要克服由于液体流动时扰动所引起的附加紊流摩擦力，而紊流动时扰动所引起的附加紊流摩擦力，而紊流时的摩擦力远远比层流时液体之间的摩擦力时的摩擦力远远比层流时液体之间的摩擦力大。大。在紊流状态下沿层压力损失不仅与液体的粘性在紊流状态下沿层压力损失不仅与液体的粘性有关，而且与管道内壁的粗糙度有关，由公有关，而且与管道内壁的粗糙度有关，由公式得出：式得出：光滑圆管紊流状态时的沿程阻力系数。光滑圆管紊流状态时的沿程阻力系数。光滑圆管紊流状态时的沿程阻力系数取值为：光滑圆管紊流状态时的沿程阻力
67、系数取值为：(参见课本例题参见课本例题)是它是它四、液体的局部压力损失四、液体的局部压力损失当液体流过某些局部地方时，通流面积的增当液体流过某些局部地方时，通流面积的增大、减小，弯管，各阀口，节流小孔，缝隙大、减小，弯管，各阀口，节流小孔，缝隙等处会引起压力损失。等处会引起压力损失。在这些地方液体的流动方向和流速发生改变，在这些地方液体的流动方向和流速发生改变，并形成了旋涡，液体质点互相撞击，这是产并形成了旋涡，液体质点互相撞击，这是产生局部损失的主要原因。生局部损失的主要原因。其计算公式通过实验其计算公式通过实验得出得出的的局部阻力系数。局部阻力系数。一般由实验得出，参看一般由实验得出，参看
68、P20表表1-3给出的一些元给出的一些元件的局部阻力系数，液体流经各种阀的局部件的局部阻力系数，液体流经各种阀的局部压力损失可由技术规格查取。压力损失可由技术规格查取。查取的压力损失是指额定流量查取的压力损失是指额定流量Q额额下的压力损下的压力损失失p额额。如果实际通过的流量不是。如果实际通过的流量不是Q额额，压力，压力损失的计算公式是：损失的计算公式是：式中：式中：Q通过阀的实际流量。通过阀的实际流量。Q额额阀的额定流量。阀的额定流量。p额额额定压力损失。额定压力损失。五、总的压力损失五、总的压力损失实际管道是很复杂的，它是由若干段直管、实际管道是很复杂的，它是由若干段直管、若干个局部等组成
69、的。在计算时，系统中若干个局部等组成的。在计算时，系统中总的压力损失等于总的压力损失等于加上加上总的局部总的局部压力损失之和压力损失之和总的沿程总的沿程压力损失之和。压力损失之和。使用时应注意：各局部之间必须有足够的距使用时应注意：各局部之间必须有足够的距离时，才能发挥液压传动的效果。离时，才能发挥液压传动的效果。因为当液体流经一个局部后的阻力，要在直管因为当液体流经一个局部后的阻力，要在直管中经过一段距离后动才能稳定。否则，液流在中经过一段距离后动才能稳定。否则，液流在不稳定的情况下又流经另一局部处，彼此之间不稳定的情况下又流经另一局部处，彼此之间就生互相干扰，此时的阻力系数要比正常情况就生
70、互相干扰，此时的阻力系数要比正常情况下大下大23倍。倍。一般在两局部之间直管的长度：一般在两局部之间直管的长度：L（1020）d0。d0管子的内径。管子的内径。使用时，如果执行机构（液压缸或液压马达）使用时，如果执行机构（液压缸或液压马达）需要考虑有效工作压力时，就应考虑到系需要考虑有效工作压力时，就应考虑到系统中的压力损失，此时液压泵输出的调整统中的压力损失，此时液压泵输出的调整压力为：压力为：因此系统的压力效率为：因此系统的压力效率为：管道中的压力损失将导致传动效率降低，油管道中的压力损失将导致传动效率降低，油温升高泄漏增加，有时会造成液压泵因吸温升高泄漏增加，有时会造成液压泵因吸油阻力过
71、大而吸不上油。油阻力过大而吸不上油。使用时应尽量缩短管路的长度，避免不必要的使用时应尽量缩短管路的长度，避免不必要的弯头和管道截面的突变，以减少压力损失。弯头和管道截面的突变，以减少压力损失。同时液体在管道中的流速不应过高，一般要同时液体在管道中的流速不应过高，一般要求为：求为：液压泵吸油管路根据直径大小流速在液压泵吸油管路根据直径大小流速在-；压油管路：压油管路：v35m/s；回油管路：回油管路：v3m/s；溢流阀：溢流阀：v15m/s；安全阀：安全阀：v30m/s；分析特点：在液压系统中，绝大部分压力损失分析特点：在液压系统中，绝大部分压力损失将转变为热能，造成系统温度升高，泄漏增将转变为
72、热能，造成系统温度升高，泄漏增大，以致影响系统的工作性能。大，以致影响系统的工作性能。从计算压力损失的公式可以看出，减小流速，从计算压力损失的公式可以看出，减小流速，缩短管道的长度，减小管道截面的突变，提缩短管道的长度，减小管道截面的突变，提高管道内壁的加工质量等，都可以使压力损高管道内壁的加工质量等，都可以使压力损失减小。失减小。其中以流速的影响为最大，故液体在管道系统其中以流速的影响为最大，故液体在管道系统中的流速不应过高。中的流速不应过高。但流速过低也会使管道和阀类的元件的尺寸加但流速过低也会使管道和阀类的元件的尺寸加大并使成本提高。大并使成本提高。2-5节节液体在小孔和缝隙中的流动液体
73、在小孔和缝隙中的流动（流量或泄漏量）（流量或泄漏量）在液压传动系统中，常会遇到油液流过小孔或在液压传动系统中，常会遇到油液流过小孔或缝隙的情况，如液压元件中有许多相对运动缝隙的情况，如液压元件中有许多相对运动的表面，在这些相对运动的表面之间必须保的表面，在这些相对运动的表面之间必须保持一定的间隙，一旦有高压有存在，便会出持一定的间隙，一旦有高压有存在，便会出现泄漏。现泄漏。有些正常需要的间隙，流经它的液体则为流量。有些正常需要的间隙，流经它的液体则为流量。有时需要这些小孔和缝隙来调节流量和压力。有时需要这些小孔和缝隙来调节流量和压力。因此，弄清液体在缝隙与小孔中流动时的流量因此，弄清液体在缝隙
74、与小孔中流动时的流量和压力的变化规律，对于液体传动系统的分和压力的变化规律，对于液体传动系统的分析、计算具有很重要的意义。析、计算具有很重要的意义。流量流量-泄漏量泄漏量-如果出现泄漏就影响系统的容积效率、工作环如果出现泄漏就影响系统的容积效率、工作环境，应尽量减少泄漏。境，应尽量减少泄漏。从规定的小孔和缝隙中流过的液体称从规定的小孔和缝隙中流过的液体称从不应该流过处流过的从不应该流过处流过的液体称液体称一、油液在小孔中的流动一、油液在小孔中的流动小孔分为薄壁小孔、细长小孔、短孔。小孔分为薄壁小孔、细长小孔、短孔。（一）油液在薄壁小孔中的流动（一）油液在薄壁小孔中的流动薄壁小孔：薄壁小孔：薄壁
75、小孔薄壁小孔：长径比长径比L/d时如图分析：在管道中有一薄壁小孔，小孔如图分析：在管道中有一薄壁小孔，小孔的直径为的直径为d，截面积为，截面积为A，分析如下图分析如下图液体在管道中的流速液体在管道中的流速1，在小孔中的流速为在小孔中的流速为v2。取两个过水断面取两个过水断面1-1、2-2，以中心轴为基准，以中心轴为基准（如图）（如图）。在两个过水断面上的参数分别为：在两个过水断面上的参数分别为：p1、h1、v1、p2、h2、v2。由理想液体的伯努利方程得知由理想液体的伯努利方程得知：由于管道水平放置故由于管道水平放置故h1=h2，1-1截面面积比截面面积比2-2截面积大的多，所以截面积大的多，
76、所以v14时的孔。时的孔。这样的小孔实质上是一段长管，油液流经细长这样的小孔实质上是一段长管，油液流经细长小孔时，一般呈层流状态，所以细长小孔流小孔时，一般呈层流状态，所以细长小孔流量的计算用下式：量的计算用下式：（4）细长小孔的流量和小孔前后压力差成正比。细长小孔的流量和小孔前后压力差成正比。细长小孔的特点：该公式中有粘度的参数，其细长小孔的特点：该公式中有粘度的参数，其流量受温度的影响较大。随着油温的变化，流量受温度的影响较大。随着油温的变化，液体的粘度将发生变化，流经细长小孔的流液体的粘度将发生变化，流经细长小孔的流量将发生变化。量将发生变化。细长小孔在液压技术中应用很广，多数用于阻细长
77、小孔在液压技术中应用很广，多数用于阻尼小孔。尼小孔。（三）油液在短孔中的流动（三）油液在短孔中的流动短孔短孔它利用薄壁小孔流量的计算公式：它利用薄壁小孔流量的计算公式：但是流量系数取值与薄壁小孔不一样，根据需但是流量系数取值与薄壁小孔不一样，根据需要查表即可。要查表即可。L/d在在0.5L/d4与之间。与之间。二、油液在缝隙中的流动二、油液在缝隙中的流动液压元件中常见的缝隙有两种：液压元件中常见的缝隙有两种：两缝隙之间有两缝隙之间有固定式固定式的，有的，有相对运动式相对运动式的。的。（一）油液在两个固定平面缝隙中的流动（一）油液在两个固定平面缝隙中的流动一种一种是有两个平面组成是有两个平面组成
78、的平面缝隙的平面缝隙另一种另一种是由两个内、外圆是由两个内、外圆柱表面形成的环状缝隙柱表面形成的环状缝隙油液在两个固定平面缝隙中的流动如图分析：油液在两个固定平面缝隙中的流动如图分析：两平面之间的间隙的厚度为两平面之间的间隙的厚度为、液体沿、液体沿X轴方轴方向流动，缝隙的宽向流动，缝隙的宽b，液体在缝隙中流动时，液体在缝隙中流动时的前后压力为的前后压力为p1、p2。在缝隙中取对称尺寸液体在缝隙中取对称尺寸液体bX2yXL-由于由于缝隙较小缝隙较小液体本身液体本身又有粘性又有粘性，流动时，流动时呈层呈层流。流。由于液体本身的特性，液层之间存在着速度差，由于液体本身的特性，液层之间存在着速度差，液
79、层上、下受相邻液层内摩擦力的作用。在液层上、下受相邻液层内摩擦力的作用。在稳定运动的情况下，作用在液体薄层上的作稳定运动的情况下，作用在液体薄层上的作用力应相互平衡，即：用力应相互平衡，即：作用在薄层两侧油液压力产生的作用力作用在薄层两侧油液压力产生的作用力：F=F1-F2=p12yb-p22yb作用在薄层上下由内摩擦力产生的作用力作用在薄层上下由内摩擦力产生的作用力F=2lb 2lb F=F对上式积分，得：对上式积分，得：在上式中当在上式中当将两数代入得：将两数代入得：故液体在该平面的速度方程式为：故液体在该平面的速度方程式为：计算液流通过平面缝隙的流量计算液流通过平面缝隙的流量Q为：为：通
80、过流量公式得知，油液流经平面间隙的流量通过流量公式得知，油液流经平面间隙的流量和缝隙的厚度三次方成正比，和粘度的大小和缝隙的厚度三次方成正比，和粘度的大小成反比。成反比。在采用间隙密封地方，应尽可能缩小间隙量，在采用间隙密封地方，应尽可能缩小间隙量，并适当提高油液的粘度，以减少高压油的泄并适当提高油液的粘度，以减少高压油的泄漏。漏。（二）油液在具有相对运动的平面缝隙中流动（二）油液在具有相对运动的平面缝隙中流动这样的缝隙是由一个运动平面，一个固定平面这样的缝隙是由一个运动平面，一个固定平面组成的。组成的。上平面以上平面以v的运动速度移动，下平面固定不动，的运动速度移动，下平面固定不动，液体以液
81、体以V速度向右动。速度向右动。（参见下图）（参见下图）如图分析：如图分析：如果平面运动速度方向与液体运动的方向一如果平面运动速度方向与液体运动的方向一致，则促使液流速度增加，反之减小。致，则促使液流速度增加，反之减小。由于两平面之间的间隙较小，受相对运动速由于两平面之间的间隙较小，受相对运动速度的影响较大，因此通过这样平面缝隙的度的影响较大，因此通过这样平面缝隙的流量就有变化。流量就有变化。由由v引起的流量的变化值：引起的流量的变化值：（三）油液在同心圆固定环状缝隙中的流动（三）油液在同心圆固定环状缝隙中的流动如图分析：如图分析：液压缸与活塞之间的关系，缝隙的厚度为液压缸与活塞之间的关系，缝隙
82、的厚度为，缝隙内侧圆柱面的直径，缝隙内侧圆柱面的直径d，沿液流方向缝隙的长度沿液流方向缝隙的长度L，由于间隙与直径之，由于间隙与直径之比非常小，油液沿环状缝隙的流动情况与在比非常小，油液沿环状缝隙的流动情况与在平面缝隙中的流动相似，此时将环状缝隙沿平面缝隙中的流动相似，此时将环状缝隙沿圆周展开，就相当于一个平面缝隙，利用前圆周展开，就相当于一个平面缝隙，利用前面的公式套用即可。面的公式套用即可。此时缝隙长此时缝隙长l，宽，宽d，厚（间隙），厚（间隙），油液流油液流经此缝隙的流量：经此缝隙的流量：b=d d产生的压力损失为：产生的压力损失为：其它的间隙在此就不多讲述。其它的间隙在此就不多讲述。2
83、-6节节液压冲击、气穴现象等液压冲击、气穴现象等液压系统工作时，由于各种原因产生振动、冲液压系统工作时，由于各种原因产生振动、冲击、噪声、爬行、温升、液压冲击及气穴等击、噪声、爬行、温升、液压冲击及气穴等现象，会给液压系统的正常工作带来不利的现象，会给液压系统的正常工作带来不利的影响甚至引起液压元件的损坏，在使用时应影响甚至引起液压元件的损坏，在使用时应注意防止这些现象的产生。注意防止这些现象的产生。（一）液压冲击的定义（一）液压冲击的定义一、液压冲击一、液压冲击液压冲击定义液压冲击定义在液压系统中，由于某种原因造在液压系统中，由于某种原因造成油液的压力在某一瞬间突然急成油液的压力在某一瞬间突
84、然急剧上升，产生峰值，并形成压力剧上升，产生峰值，并形成压力波，传播于充满油液的管道内，波，传播于充满油液的管道内，这种现象称为这种现象称为液压冲击液压冲击。（二）产生的原因：二）产生的原因：1.液体在管道中流动时，迅速将阀门关闭，使液体在管道中流动时，迅速将阀门关闭，使液体的流速突然将为零。液体的流速突然将为零。（伯努利方程）（伯努利方程）2.在液压系统中，当运动机构质量较大时，运在液压系统中，当运动机构质量较大时，运动速度较快时，易产生液压冲击。动速度较快时，易产生液压冲击。3.液压系统中某些元件反应不灵敏，引起液压液压系统中某些元件反应不灵敏，引起液压冲击。冲击。（三）产生的危害（三）产
85、生的危害系统出现冲击时，液体瞬时的压力峰值是正常系统出现冲击时，液体瞬时的压力峰值是正常工作压力的好几倍它会损坏密封装置、管道工作压力的好几倍它会损坏密封装置、管道和液压元件，引起设备振动，产生很大的和液压元件，引起设备振动，产生很大的噪声，有时使某些液压元件如压力继电器、顺噪声，有时使某些液压元件如压力继电器、顺序阀等产生误动作，影响系统正常工作，并序阀等产生误动作，影响系统正常工作，并污染环境。污染环境。（四）减小液压冲击的措施（四）减小液压冲击的措施1.延长阀门关闭时间、运动部件制动换向的时延长阀门关闭时间、运动部件制动换向的时间。间。2.限制管道中液体的流速及运动部件的速度。限制管道中
86、液体的流速及运动部件的速度。3.适当加大管道直径，尽量缩短管道长度。适当加大管道直径，尽量缩短管道长度。4.采用橡胶软管，利用弹性吸收液压冲击。采用橡胶软管，利用弹性吸收液压冲击。5.在容易发生液压冲击的地方，设置卸荷阀或在容易发生液压冲击的地方，设置卸荷阀或蓄能器。蓄能器。二、气穴现象二、气穴现象（一）定义（一）定义在常温和常压下，矿物油可以溶解容积比为在常温和常压下，矿物油可以溶解容积比为612%的空气。的空气。当油液在系统中流动时，如果系统中某一处的当油液在系统中流动时，如果系统中某一处的压力低于空气从油液中分离出来的压（即空压力低于空气从油液中分离出来的压（即空气分离压力），原来溶解与
87、油液中的空气便气分离压力），原来溶解与油液中的空气便迅速分离出来形成气泡。迅速分离出来形成气泡。如果形成气泡处的压力更低，低于当时温度下如果形成气泡处的压力更低，低于当时温度下油液的饱和蒸汽压力时，油液开始沸腾，形油液的饱和蒸汽压力时，油液开始沸腾，形成大量的气泡成大量的气泡。这些气泡混杂在油液中，使原来充满在管道或这些气泡混杂在油液中，使原来充满在管道或元件的油液成为不连续状态，这种现象元件的油液成为不连续状态，这种现象称气称气穴现象。穴现象。（二）产生的原因（二）产生的原因气穴现象往往发生在液压泵的吸油管道中。气穴现象往往发生在液压泵的吸油管道中。（1）通道面积窄小。）通道面积窄小。（为什
88、么？）（为什么？）流速过快，压力急剧下降。流速过快，压力急剧下降。（2）当液压泵安装高度过大。）当液压泵安装高度过大。吸油管径过小，吸油阻力过大，或泵的转速过吸油管径过小，吸油阻力过大，或泵的转速过快，造成吸油口真空过大，也会产生气穴。快，造成吸油口真空过大，也会产生气穴。 （三）危害（三）危害当液压系统出现气穴现象时，大量的气泡破坏当液压系统出现气穴现象时，大量的气泡破坏了液流的连续性，造成流量和压力脉动，气了液流的连续性，造成流量和压力脉动，气泡随液流进入高压区时又急剧破灭，以致引泡随液流进入高压区时又急剧破灭，以致引起局部液压冲击，发出噪声并引起振动。起局部液压冲击，发出噪声并引起振动。
89、当附着在金属表面上的气泡破灭时，它所产生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，使液压元的局部高温和高压会使金属剥蚀，使液压元件的工作性能变坏，寿命大大降低。件的工作性能变坏，寿命大大降低。液压泵工作时会造成吸油阻增大，油液来不及液压泵工作时会造成吸油阻增大，油液来不及填充泵腔，造成过大的局部真空。填充泵腔，造成过大的局部真空。气穴的出现使油液的压缩性增大，流动特性变气穴的出现使油液的压缩性增大，流动特性变坏，特别是气穴被油液带到高压部位时，周坏，特别是气穴被油液带到高压部位时，周围的高压使气泡绝热压缩，迅速崩溃，局部围的高压使气泡绝热压缩，迅速崩溃，局部产生高温
90、（温度可达产生高温（温度可达1000以上）和冲击压以上）和冲击压力（压力是工作压力的几倍乃至几十倍）局力（压力是工作压力的几倍乃至几十倍）局部高温和高压会使空气酸化，一方面使金属部高温和高压会使空气酸化，一方面使金属疲劳，另一方面使油液变黑。疲劳，另一方面使油液变黑。（四）减小或防止气穴现象的措施（四）减小或防止气穴现象的措施从气穴现象发生的原因来看，主要是系统局部从气穴现象发生的原因来看，主要是系统局部压力低于空气分离造成的。压力低于空气分离造成的。因此为避免气穴现象的发生，必须采取防止系因此为避免气穴现象的发生，必须采取防止系统局部压力极端降低的方法：统局部压力极端降低的方法：1.对液压泵
91、而言对液压泵而言适当限制液压泵转速和吸油高度，并尽量减少适当限制液压泵转速和吸油高度，并尽量减少吸油管路中的压力损失。吸油管路中的压力损失。2.对阀类而言对阀类而言应控制节流小孔和阀口缝隙前、后的压力不要应控制节流小孔和阀口缝隙前、后的压力不要过大：过大：p1/p2以免节流气穴的发生。以免节流气穴的发生。3.提高零件的抗气蚀能力提高零件的抗气蚀能力采取抗气蚀能力强的金属材料，如青铜。增加采取抗气蚀能力强的金属材料，如青铜。增加零件的机械强度，提高零件表面加工粗糙度。零件的机械强度，提高零件表面加工粗糙度。三、振动三、振动振动产生的原因：振动产生的原因：（1）由液压泵输出压力的脉动而使液压元件、
92、由液压泵输出压力的脉动而使液压元件、管路等的振动同时产生噪声。管路等的振动同时产生噪声。（2）溢流阀工作时引起的振动。）溢流阀工作时引起的振动。（3）由气穴和液压冲击引起的振动。）由气穴和液压冲击引起的振动。（4）发生爬行现象时引起的。）发生爬行现象时引起的。（5）元件的损坏、油液中空气的混入，液压）元件的损坏、油液中空气的混入，液压设计的不合适等。设计的不合适等。四、噪声四、噪声产生的原因：产生的原因：（1）液压泵工作时产生的是主要原因，如压）液压泵工作时产生的是主要原因，如压力和流量的脉动。力和流量的脉动。（2）空气的混入。）空气的混入。（3）阀口过小、局部阻力过大时将产生尖叫。）阀口过小
93、、局部阻力过大时将产生尖叫。第一、二章第一、二章小结小结第一章第一章1.液压传动的定义液压传动的定义2.液压传动的工作原理液压传动的工作原理3.液压传动的工作特征液压传动的工作特征4.了解液压传动优缺点、发展与应用了解液压传动优缺点、发展与应用第二章第二章流体力学的性质流体力学的性质1.液体的物理性质液体的物理性质粘度、影响粘度的因素、选择液体的粘度根粘度、影响粘度的因素、选择液体的粘度根据等据等2.液体压力的定义、静压特性、压力的表示方液体压力的定义、静压特性、压力的表示方法、压力油作用在平面、曲面上的力法、压力油作用在平面、曲面上的力3.三大定律的应用（计算）三大定律的应用（计算）4.掌握压力损失的计算掌握压力损失的计算5.掌握液体在小孔和缝隙中的压力损失、泄漏掌握液体在小孔和缝隙中的压力损失、泄漏的计算的计算6.液压冲击与气穴现象的定义、产生的原因、液压冲击与气穴现象的定义、产生的原因、带来的危害、减小的措施。带来的危害、减小的措施。
