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1、会计学1流体力学流体力学(litlxu)基础基础第一页，共74页。第二章第二章流体力学流体力学(litlxu)基础基础主要内容液压系统工作介质(jizh)流体静力学流体动力学液压系统的压力损失孔口及缝隙的流量压力特性液压冲击与气穴第1页/共74页第二页，共74页。第二章第二章流体力学流体力学(litlxu)基础基础液压系统工作(gngzu)介质1）密度）密度MassDensity单位体积液体的质量单位体积液体的质量=m/Vkg/m3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(hl)，一般取，一般取=900kg/m3的大小。的
2、大小。工作介质的作用：1）能量传递的介质2）润滑介质3）冷却介质工作介质物理性质：第2页/共74页第三页，共74页。第二章第二章流体力学流体力学(litlxu)基础基础液压系统工作(gngzu)介质2）可压缩性）可压缩性Compressibility 液体受压力作用而发生体积缩小性质。体积为液体受压力作用而发生体积缩小性质。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,则液体在单位压力变化下体积的相对变化量。则液体在单位压力变化下体积的相对变化量。体积压缩系数体积压缩系数：=-V/pV一般取一般取=（57）x10-10m2/N体积弹性模量体积弹性模量K：K=1/表示
3、单位体积相对变化量所需要的压力增量，也即液体抵抗压缩能力表示单位体积相对变化量所需要的压力增量，也即液体抵抗压缩能力(nngl)的大小。的大小。一般认为油液不可压缩（因压缩性很小），计算时取：一般认为油液不可压缩（因压缩性很小），计算时取：K=（1.4-1.9）*109N/m2。由于实际的液压油中含有空气，常取。由于实际的液压油中含有空气，常取K=0.7*109N/m2。若分析动态特性或若分析动态特性或p变化很大的高压系统变化很大的高压系统,执行元件容积较大时，则必须考虑。执行元件容积较大时，则必须考虑。第3页/共74页第四页，共74页。第二章第二章流体力学流体力学(litlxu)基础基础液压
4、系统(xtng)工作介质3）流体的粘性）流体的粘性Viscosity流体在外力作用流体在外力作用(wilzuyn)下流动时下流动时,由于流体分子间由于流体分子间的内聚力作用的内聚力作用,导致流体分子间因相对运动而产生的内摩擦力导致流体分子间因相对运动而产生的内摩擦力,这种特性称为粘性。这种特性称为粘性。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）液层接触面积液层接触面积液层间相对速度液层间相对速度液层间距离液层间距离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，称为动力粘度第4页/共74页第五页，共74页。第二章第
5、二章流体力学流体力学(litlxu)基础基础液压系统(xtng)工作介质牛顿牛顿(nidn)内摩擦定律内摩擦定律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，接触液层间单位面积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。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。相对粘度相对粘度、不易直接测量，只用于理论计算，常用相对粘度。不易直接测量，只用于理论计算，常用相对粘度。粘粘度度国际单位（国际单位（SI制）中：制）中：帕帕秒（秒（Pas）或牛顿或牛顿秒秒/米米2（Ns/m2）；）；以前沿用单位（以前沿用单位（CGS制）中：
6、泊制）中：泊P或厘泊或厘泊cP、达因达因秒秒/厘米厘米2dyns/cm2换算关系：换算关系：1Pas=10P=103CP动动力力粘粘度度第5页/共74页第六页，共74页。第二章第二章流体力学流体力学(litlxu)基础基础液压系统工作(gngzu)介质SI制：制：m2/sCGS制：制：St（斯）、（斯）、cSt（厘斯）（厘斯）（cm2/s）（mm2/s）换算换算(hunsun)关系：关系：1m2/S=104St=106cSt运运动动粘粘度度运动粘度，常用于液压油牌号标注运动粘度，常用于液压油牌号标注老牌号老牌号20号液压油，指这种油在号液压油，指这种油在50C时的平均运动粘度为时的平均运动粘度
7、为20cSt。新牌号新牌号LHL32号液压油，指这种油在号液压油，指这种油在40C时的平均运动粘度为时的平均运动粘度为32cSt粘度粘度CoefficientofViscosity动力粘度动力粘度CoefficientofDynamicViscosity运动粘度运动粘度CoefficientofKinematicViscosity第6页/共74页第七页，共74页。第二章第二章流体力学流体力学(litlxu)基础基础希腊字母希腊字母(Xlzm)读读音表音表序号序号大写大写小写小写英文注音英文注音国际音标注音国际音标注音中文注音中文注音1alphaa:lf 阿尔法阿尔法2betabet 贝塔贝塔3
8、gammaga:m 伽马伽马4deltadelt 德尔塔德尔塔5epsilonepsilon伊普西龙伊普西龙6zetazat 截塔截塔7etaeit 艾塔艾塔8thet it 西塔西塔9iot aiot 约塔约塔10kappakap 卡帕卡帕11lambdalambd 兰布达兰布达12mumju缪缪第7页/共74页第八页，共74页。第二章第二章流体力学流体力学(litlxu)基础基础13nunju纽纽14xiksi克西克西15omicronomikron奥密克戎奥密克戎16pipai派派17rhorou肉肉18sigmasigma西格马西格马19tautau套套20upsilonjupsilo
9、n宇普西龙宇普西龙21phifai佛爱佛爱22chiphai西西23psipsai普西普西24omegaomiga欧米伽欧米伽希腊字母希腊字母(Xlzm)读音表读音表第8页/共74页第九页，共74页。第二章第二章流体力学流体力学(litlxu)基础基础液压系统(xtng)工作介质相对相对(xingdu)粘度粘度恩氏度恩氏度0E中国、德国、前苏联等用中国、德国、前苏联等用赛氏秒赛氏秒SSU美国用美国用雷氏秒雷氏秒R英国用英国用巴氏度巴氏度0B法国用法国用恩氏粘度与运动粘度之间的换算关系恩氏粘度与运动粘度之间的换算关系当当1.350E3.2时：时：=（8.00E-8.64/0E）mm2/s当当0E
10、3.2时：时：=（7.60E4.0/0E）mm2/s恩氏粘度是用恩氏粘度计来测定的：恩氏粘度是用恩氏粘度计来测定的：将将200mL的的被被测测液液体体装装入入恩恩氏氏粘粘度度计计中中，并并加加热热到到所所需需的的某某一一温温度度时时，测测出出该该液液体体从从恩恩氏氏粘粘度度计计底底部部2.8mm的的小小孔孔中中流流出出时时间间与与同同体体积积蒸馏水在蒸馏水在20C时流出时间的比值即为该液体的恩氏粘度值。时流出时间的比值即为该液体的恩氏粘度值。第9页/共74页第十页，共74页。第二章第二章流体力学流体力学(litlxu)基础基础液压系统工作(gngzu)介质粘温性能粘温性能(xngnng)粘度随
11、温度变化的性质叫粘温特性，粘度随温度的变化较小，即粘温特性较好。粘度随温度变化的性质叫粘温特性，粘度随温度的变化较小，即粘温特性较好。温度温度，内聚力，内聚力，温度变化使液体内聚力发生变化，温度升高，粘度下降。温度变化使液体内聚力发生变化，温度升高，粘度下降。粘温特性用粘度指数粘温特性用粘度指数VIVI表示，曲线越平坦，表示，曲线越平坦，VIVI越大。越大。一般要求液压油的粘度指数在一般要求液压油的粘度指数在 9090以上。液压系统最高工作温度最好不要超过以上。液压系统最高工作温度最好不要超过6565度。度。第10页/共74页第十一页，共74页。第二章第二章流体力学流体力学(litlxu)基础
12、基础液压系统工作(gngzu)介质粘压性能粘压性能(xngnng)粘度随压力变化的性质叫粘压特性，粘度随压力的升高而变大。粘度随压力变化的性质叫粘压特性，粘度随压力的升高而变大。低压时影响不明显，可以忽略（小于低压时影响不明显，可以忽略（小于3030MPaMPa时）。但当压力超过时）。但当压力超过 5050MPaMPa时，液体粘度随压力增加而显著加大。当压力升高到时，液体粘度随压力增加而显著加大。当压力升高到7070MPaMPa时，液体的粘度将比常压下增大时，液体的粘度将比常压下增大4 41010倍倍。第11页/共74页第十二页，共74页。第二章第二章流体力学流体力学(litlxu)基础基础液
13、压系统(xtng)工作介质其他其他(qt)物理化学性质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：抗凝性：指有较低的凝点和倾点指有较低的凝点和倾点抗氧化性：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
14、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，尽可能不含污染物第12页/共74页第十三页，共74页。第二章第二章流体力学流体力学(litlxu)基础基础液压系统(xtng)工作介质液压油选用液压油选用(xunyng)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有热、氧化水解都有良好的化学稳定性，使用寿命长有热、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，流动点和凝固点低。（凝点比热和传热系数大，体积膨胀系数小，闪点和燃点高，流动
15、点和凝固点低。（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 对液压油液的选择要求对液压油液的选择要求第13页/共74页第十四页，共74页。第二章第二章流体力学流体力学(litlxu)基础基础液压系统(xtng)工作介质液压油选用液压油选用(xunyng)对液压油液的选择要求对液压油液的选择要求首先选择品种首先选择品种然后选择粘度然后选择粘度选择时注意：选择时注意：液压系统的工作压力，液压系
16、统的工作压力，压力高，要选择粘度较大的液压压力高，要选择粘度较大的液压油液。油液。环境温度，温度高，环境温度，温度高，选用粘度较大的液压油液。选用粘度较大的液压油液。运动速度，速度高，运动速度，速度高，选用粘度较低的液压油液。选用粘度较低的液压油液。液压泵的类型，见表。液压泵的类型，见表。第14页/共74页第十五页，共74页。第二章第二章流体力学流体力学(litlxu)基础基础液压系统工作(gngzu)介质液压油选用液压油选用(xunyng)对液压油液的选择要求对液压油液的选择要求石油基液压油液的选择石油基液压油液的选择第15页/共74页第十六页，共74页。第二章第二章流体力学流体力学(lit
17、lxu)基础基础液压系统工作(gngzu)介质液压油选用液压油选用(xunyng)对液压油液的选择要求对液压油液的选择要求难燃液压油液的选择难燃液压油液的选择第16页/共74页第十七页，共74页。第二章第二章流体力学流体力学(litlxu)基础基础液压系统工作(gngzu)介质液压油污染液压油污染(wrn)指油液中含有水分、空气、微小颗粒和胶状生成物。指油液中含有水分、空气、微小颗粒和胶状生成物。水分、空气水分、空气降低润滑能力，油降低润滑能力，油 氧化，气蚀。氧化，气蚀。微小颗粒微小颗粒加速零件磨损。加速零件磨损。胶状生成物胶状生成物堵塞过滤器，阀小堵塞过滤器，阀小 孔或缝隙。孔或缝隙。残留
18、物污染残留物污染：元件在制造、运输、安装、：元件在制造、运输、安装、维修中残留。维修中残留。侵入物污染侵入物污染：使用时周围环境污染物：使用时周围环境污染物侵入。侵入。生成物污染生成物污染：系统工作过程中产生：系统工作过程中产生第17页/共74页第十八页，共74页。第二章第二章流体力学流体力学(litlxu)基础基础液压系统工作(gngzu)介质液压油污染液压油污染(wrn)ISO4406ISO4406 污染度等级标准污染度等级标准污染度污染度单位容积液体中固体颗粒污染物的含量单位容积液体中固体颗粒污染物的含量污染度等级标准：污染度等级标准：ISO4406ISO4406：前等级代号前等级代号/
19、后等级代号后等级代号表示：表示：1 1mlml中油液中的颗粒数对应关系中油液中的颗粒数对应关系第18页/共74页第十九页，共74页。第二章第二章流体力学流体力学(litlxu)基础基础液压系统(xtng)工作介质液压油污染液压油污染(wrn)第19页/共74页第二十页，共74页。第二章第二章流体力学流体力学(litlxu)基础基础液压系统(xtng)工作介质 液压油污染液压油污染(wrn)控制控制力求减少残留污染和外来污染力求减少残留污染和外来污染对元件和系统进行清洗，清除加工和安装过对元件和系统进行清洗，清除加工和安装过程中残留的污染物，管道要经过酸洗，系统安装好后，要用低粘度液反复冲程中残
20、留的污染物，管道要经过酸洗，系统安装好后，要用低粘度液反复冲洗；防止污染物进入系统，油箱应设计空气滤清器，加油时必须经过过滤。洗；防止污染物进入系统，油箱应设计空气滤清器，加油时必须经过过滤。滤出系统产生杂质滤出系统产生杂质液压系统设计要采用合适的滤油器，并定期检查和液压系统设计要采用合适的滤油器，并定期检查和清洗；清洗；定期换油，清洗油箱定期换油，清洗油箱定期检查液压油，如不符合要求，立即更换或过滤，并定期检查液压油，如不符合要求，立即更换或过滤，并检查分析原因。当油颜色混蚀并有异味时，须立即更换；保养方法有二种：一为检查分析原因。当油颜色混蚀并有异味时，须立即更换；保养方法有二种：一为定期
21、更换（约为定期更换（约为5000-200005000-20000小时），其次是使用过滤器定期过滤。也可采用在线小时），其次是使用过滤器定期过滤。也可采用在线监控液压油是否达到规定值，定期抽查液压油。液压油的粘度、酸值、水分及杂监控液压油是否达到规定值，定期抽查液压油。液压油的粘度、酸值、水分及杂质是确定液压油是否更换的重要指标。质是确定液压油是否更换的重要指标。第20页/共74页第二十一页，共74页。第二章第二章流体力学流体力学(litlxu)基础基础流体(lit)静力学流体静力学流体静力学流体动力学流体动力学管道中液管道中液流的特性流的特性孔口及缝隙的孔口及缝隙的压力流量特性压力流量特性流体
22、力学流体力学 是研究液体平衡和运动的力学规律的一门学科是研究液体平衡和运动的力学规律的一门学科第21页/共74页第二十二页，共74页。第二章第二章流体力学流体力学(litlxu)基础基础流体(lit)静力学主要是研究液体处于主要是研究液体处于(chy)静止状态下的力学规律和这些规律的应用。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静静力力学学液体静压力液体静压力及其特性及其特性质量力质量力（重力、惯性力）（重力、惯性力）作用于液体的所有质点作用于液体的所有质点表面
23、力表面力（法向力、切向力、其它物体或容器对液体、（法向力、切向力、其它物体或容器对液体、一部分液体作用于另一部分液体等）一部分液体作用于另一部分液体等）作用于液体的表面作用于液体的表面作用作用于液于液体上体上的力的力第22页/共74页第二十三页，共74页。第二章第二章流体力学流体力学(litlxu)基础基础流体(lit)静力学压力压力液体单位面积上所受的法向力，物理学中称压强液体单位面积上所受的法向力，物理学中称压强(yqing)(yqing)，液压传动中习惯称压力。，液压传动中习惯称压力。液体静压力液体静压力及其特性及其特性（1 1）垂直并指向于承压表面）垂直并指向于承压表面 液体在静止状态
24、下不呈现粘性液体在静止状态下不呈现粘性 内部不存在切向剪应力而只有法向应力内部不存在切向剪应力而只有法向应力（2 2）各向压力相等）各向压力相等 有一向压力不等，液体就会流动有一向压力不等，液体就会流动 各向压力必须相等各向压力必须相等在液体的面积在液体的面积A A上所受的作用力上所受的作用力 F F为均匀分布时，静压力可以表示为：为均匀分布时，静压力可以表示为：P P=F F/A A。第23页/共74页第二十四页，共74页。第二章第二章流体力学流体力学(litlxu)基础基础流体(lit)静力学静压力静压力(yl)基本基本方程式方程式 pdA=p0dA+G=p0dA+ghdA p=p0+gh
25、压力压力由两部分组成：液面压力由两部分组成：液面压力P 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：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；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，为水平面动画Pg g+z=const第24页/共74页第二十五页，共74页。第二章第二章流体力学流体力学(litlxu)基础基础流体(lit)静力学绝对绝对(judu)(judu)压力压力以绝对以绝对(judu)(judu)零压为基准所测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
26、准所测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国际单位国际单位Pa(Pa(帕，帕，N/mN/m2 2)1bar=1*101bar=1*105 5Pa=1.01972Pa=1.01972工程大气压工程大气压（kgf/cmkgf/cm2 2）=1.01972*10=1.01972*104 4mmmm水柱水柱=7.50062*10=7.50062*102 2mmmm汞柱汞柱第25页/共74页第二十六页，共74页。第二章第二章流体力学流体力学(litlxu)基础基础流体(lit)静力学帕斯卡原理帕斯卡原理(yunl)在密闭容器内，液体表面的压力可等值在密闭容
27、器内，液体表面的压力可等值传递到液体内部所有各点。传递到液体内部所有各点。根据帕斯卡原理：根据帕斯卡原理：p p=F F/A Ap p=F F/A A F F=0 =0 p p=0=0 F F p p F F p p 结论：液压系统的结论：液压系统的工作压力取决于负载工作压力取决于负载，并且，并且 随着负载的变化而变化。随着负载的变化而变化。第26页/共74页第二十七页，共74页。第二章第二章流体力学流体力学(litlxu)基础基础流体(lit)静力学 已知大缸内径已知大缸内径D=100mm,D=100mm,小缸内径小缸内径d=20mm,d=20mm,大活塞上放上质量为大活塞上放上质量为500
28、0kg5000kg的物体。问的物体。问:1.:1.在在小活塞上所加的力小活塞上所加的力Fm/sFm/s，试求大活塞上升，试求大活塞上升(shngshng)(shngshng)速度？速度？根据帕斯卡原理，压力在两缸中相等，即根据帕斯卡原理，压力在两缸中相等，即 =49000 =49000N=1960NN=1960N由连续定理：由连续定理：Q=AV=Q=AV=常数常数故大活塞上升速度：故大活塞上升速度：本例说明了液压千斤顶等液压起重机械的工作原理，体现了液本例说明了液压千斤顶等液压起重机械的工作原理，体现了液压装置的力放大作用。压装置的力放大作用。第27页/共74页第二十八页，共74页。第二章第二
29、章流体力学流体力学(litlxu)基础基础流体(lit)静力学作用在平面上的总作用力作用在平面上的总作用力 F=p A F=p A 如：液压缸，若设活塞直径为如：液压缸，若设活塞直径为 D,D,则则 F=pA=pD 2/4 F=pA=pD 2/4 作用在曲面作用在曲面(qmin)(qmin)上的总作用力上的总作用力 Fx=p Ax Fx=p Ax结论：曲面结论：曲面(qmin)(qmin)在某一方向上所受的作用力，等于液体压力与曲面在某一方向上所受的作用力，等于液体压力与曲面(qmin)(qmin)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。第28页/共74页第二十九页，共74
30、页。第二章第二章流体力学流体力学(litlxu)基础基础流体(lit)动力学研究研究(ynji)液体流动时流速和压力之间的关系。液体流动时流速和压力之间的关系。主要讨论主要讨论:动力学三个基本方程动力学三个基本方程基本概念基本概念理想液体、恒定流动理想液体、恒定流动1 1 理想液体：既无粘性又不可压缩的液体理想液体：既无粘性又不可压缩的液体2 2 恒定流动（稳定流动、定常流动）：流动液体中任一点恒定流动（稳定流动、定常流动）：流动液体中任一点 的的p p、u u 和和都不随时间而变化流动都不随时间而变化流动.恒定流动与非恒定流动恒定流动与非恒定流动第29页/共74页第三十页，共74页。第二章第
31、二章流体力学流体力学(litlxu)基础基础流体(lit)动力学基本概念基本概念迹线、流线、流管和流束迹线、流线、流管和流束 1 1 迹线迹线某一时间内质点某一时间内质点(zhdin)(zhdin)的空间位的空间位置点的置点的 连线。连线。2 2 流线流线某一瞬时液流中一条条标志各某一瞬时液流中一条条标志各 质点质点(zhdin)(zhdin)运动状态的曲线。流线上各运动状态的曲线。流线上各点瞬点瞬 时的流向与该点切线方向相重合，所时的流向与该点切线方向相重合，所 以流线既不相交，也不转折，它是一以流线既不相交，也不转折，它是一 条条光滑的曲线条条光滑的曲线 3 3 流束流束通过某截面上所有各
32、点作出的通过某截面上所有各点作出的 流线集合构成流束流线集合构成流束 4 4 通流截面通流截面流束中所有与流线正交流束中所有与流线正交 的截面（垂直于液体流动方向的截面）的截面（垂直于液体流动方向的截面）第30页/共74页第三十一页，共74页。第二章第二章流体力学流体力学(litlxu)基础基础流体(lit)动力学基本概念基本概念湿周、水力半径湿周、水力半径 1 1 湿周湿周通流截面上液体与固体接触的周边长度，一般用通流截面上液体与固体接触的周边长度，一般用表表示。示。2 2 水力半径水力半径总流的通流截面总流的通流截面A A与湿周与湿周的比值。的比值。通流截面相同，水力半径大，表明液流与固体
33、壁面接触少，阻通流截面相同，水力半径大，表明液流与固体壁面接触少，阻力力(zl)(zl)小，通流能力大，不易堵塞。小，通流能力大，不易堵塞。见书见书1919页图页图2.7 2.7 圆形截面的水力半径最大，因此，管道均采用圆形截面的水力半径最大，因此，管道均采用圆形截面。圆形截面。第31页/共74页第三十二页，共74页。第二章第二章流体力学流体力学(litlxu)基础基础流体(lit)动力学基本概念基本概念流量和平均流速流量和平均流速(li s)(li s)流量流量qq单位时间内流过某通流截面液体体积单位时间内流过某通流截面液体体积 如如 dq =V/t=u dA dq =V/t=u dA 整个
34、过流断面的流量：整个过流断面的流量：q =A udAq =A udA平均流速平均流速(li s)(li s)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(li s)(li s)q =v A =A udA q =v A =A udA；v=q/A v=q/A第32页/共74页第三十三页，共74页。第二章第二章流体力学流体力学(litlxu)基础基础流体(lit)动力学基本概念基本概念v=q/A q=0 v=0v=q/A q=0 v=0 q v q v q v q v 结论：液压缸的运动速度结论：液压缸的运动速度(sd)(sd)取决于取决于进入液压缸的流量，并且随着流进入液压缸的流量
35、，并且随着流量的变化而变化。量的变化而变化。q q A A v v第33页/共74页第三十四页，共74页。第二章第二章流体力学流体力学(litlxu)基础基础流体(lit)动力学基本概念基本概念液体液体(yt)(yt)的流动状态的流动状态层流层流Laminar FlowLaminar Flow液体分层流动，各层互不干扰；液体分层流动，各层互不干扰；粘性力起主导作用；粘性力起主导作用；紊流紊流Turbulent FlowTurbulent Flow流体流动杂乱无章；流体流动杂乱无章；惯性力起主导作用惯性力起主导作用第34页/共74页第三十五页，共74页。第二章第二章流体力学流体力学(litlxu
36、)基础基础流体(lit)动力学基本概念基本概念雷诺实验雷诺实验(shyn)(shyn)第35页/共74页第三十六页，共74页。第二章第二章流体力学流体力学(litlxu)基础基础流体(lit)动力学基本概念基本概念雷诺实验雷诺实验(shyn)(shyn)第36页/共74页第三十七页，共74页。第二章第二章流体力学流体力学(litlxu)基础基础流体(lit)动力学基本概念基本概念雷诺实验雷诺实验(shyn)(shyn)雷诺实验结论：雷诺实验结论：液体在圆管中的流动状态与平均流速液体在圆管中的流动状态与平均流速v v，管道内径，液体的运动粘度管道内径，液体的运动粘度有关。有关。雷诺数雷诺数Re
37、Re Re=v d/Re=v d/雷诺数物理意义：雷诺数物理意义：ReRe是液流的惯性力对粘性力的无因次比；是液流的惯性力对粘性力的无因次比；ReRe较小时，粘性力起主导作用，较小时，粘性力起主导作用，ReRe较大时惯性力起主要作用较大时惯性力起主要作用 临界雷诺数临界雷诺数Critical Reynolds Number ReCritical Reynolds Number Recrcr 液体由紊流转变为层流液体由紊流转变为层流时的雷诺数。（大于该数为紊流）时的雷诺数。（大于该数为紊流）第37页/共74页第三十八页，共74页。第二章第二章流体力学流体力学(litlxu)基础基础流体(lit)
38、动力学连续性方程连续性方程(fngchng)Continuity EquationContinuity Equation 连续性原理连续性原理 理想液体在管道中恒定流动时，根据质量守恒定律，液体在管道内既不能增多，也不能减少，因此单位时间内流入液体的质量应恒等于流出液体的质量。理想液体在管道中恒定流动时，根据质量守恒定律，液体在管道内既不能增多，也不能减少，因此单位时间内流入液体的质量应恒等于流出液体的质量。m m1 1=m=m2 2 1 1u u1 1d dA A1 1d dt t =2 2 u u2 2d dA A2 2d dt t若忽略液体可压缩性若忽略液体可压缩性 1 1=2 2=u
39、u1 1d dA A1 1 =u u2 2d dA A2 2 A A u u1 1d dA A1 1 =A A u u2 2d dA A2 2 则则 v v1 1A A1 1=v v2 2A A2 2 或或 q q=vAvA=常数常数 结论：液体在管道中恒定流动时，流过各个断面的流量是相等的，结论：液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。因而流速和过流断面成反比。第38页/共74页第三十九页，共74页。第二章第二章流体力学流体力学(litlxu)基础基础流体(lit)动力学伯努利方程伯努利方程(fngchng)BernoulliBernoullis Equ
40、ations Equation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：理想液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。或：外力对物体所做的功应该等于该物体机械能的变化量。能量守恒定律：理想液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。或：外力对物体所做的功应该等于该物体机械能的变化量。在密闭管道内作恒定流动的理想液体具有三种形式的能量，即在密闭管道内作恒定流动的理想液体具有三种形式的能量，即压力能压力能、位能位能和和动能动能。在流动过程中，三种能量之间可以。在流动过程中，三种能量之间可以互相
41、转化互相转化，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。p1+gZ1+v12/2=p2+gZ2+v22/2或或p/g+Z+v2/2g=c（c为常数）为常数）第39页/共74页第四十页，共74页。第二章第二章流体力学流体力学(litlxu)基础基础流体(lit)动力学伯努利方程伯努利方程(fngchng)理想液体的伯努利方程理想液体的伯努利方程BernoulliBernoullis Equation for Ideal Fluid Flows Equation for Ideal Fluid Flow外力对液体所做的功外力对液体所做的功W W=p p1 1A A
42、1 1v v1 1 t t p p2 2A A2 2v v2 2 t t=(=(p p1 1-p p2 2)q q t t机械能的变化量机械能的变化量 位能的变化量位能的变化量：E Ep p=mgmgh h=gg q q t t(z z2 2-z z1 1)动能的变化量动能的变化量：E Ek k=m mv v2 2/2=/2=qq t t(v v2 22 2 v v1 12 2)/2)/2 根据根据能量守恒定律能量守恒定律，则有：，则有：W W=E Ep p+E Ek k (p p1 1-p p2 2)q q t t=gqgqt t(z(z2 2-z-z1 1)+)+qqt t(v v2 22
43、 2 v v1 12 2)/2)/2 整理后得单位重量理想液体伯努利方程为：整理后得单位重量理想液体伯努利方程为：p1+gZ1+v12/2=p2+gZ2+v22/2或或p/g+Z+v2/2g=c（c为常数）为常数）第40页/共74页第四十一页，共74页。第二章第二章流体力学流体力学(litlxu)基础基础流体(lit)动力学伯努利方程伯努利方程(fngchng)实际液体的伯努利方程实际液体的伯努利方程BernoulliBernoullis Equation for Real Fluid Flows Equation for Real Fluid Flow 实际液体具有粘性实际液体具有粘性,管道
44、突变、流动时存在能量损失，单位体积液体在两过流断面之间流动存在管道突变、流动时存在能量损失，单位体积液体在两过流断面之间流动存在能量损失能量损失P PW W过流断面上流速分布不过流断面上流速分布不 均匀，用平均流速替代实际流速计算动能会产生误差，引入均匀，用平均流速替代实际流速计算动能会产生误差，引入动能修正系数动能修正系数修正。修正。实际液体伯努利方程实际液体伯努利方程为：为：p p1 1/gg+Z Z1 1+1 1 v v1 12 2/2/2g g=p p2 2/gg+Z Z2 2+2 2 v v2 22 2/2/2g g+P PW W层流时层流时 =2 =2 紊流时紊流时 =1 =1 断
45、面断面1 1、2 2需顺流向选取（否则需顺流向选取（否则P PW W为负值），且应选在缓变的过流断面上。为负值），且应选在缓变的过流断面上。断面中心在基准面以上时，断面中心在基准面以上时，z z取正值；反之取负值。通常选取特殊位置的水平面作为基准取正值；反之取负值。通常选取特殊位置的水平面作为基准面。面。第41页/共74页第四十二页，共74页。第二章第二章流体力学流体力学(litlxu)基础基础流体(lit)动力学伯努利方程伯努利方程(fngchng)第42页/共74页第四十三页，共74页。第二章第二章流体力学流体力学(litlxu)基础基础流体(lit)动力学动量动量(dngling)方程方
46、程Momentum EquationMomentum Equation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。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。恒定流动液体的恒定流动液体的动量方程动量方程：作用在液体控制体积上物体上的外力矢量和等于单位时间内流出过流断面：作用在液体控制体积上物体上的外力矢量和等于单位时间内流出过流断面2 2与流入过流断面与流入过流断面 1 1的液体的动量的之差。的液体的动量的之差。F F=qq(2 2v v2 2-1 1v v1 1)考虑用平均流速取代实际流考虑用平均流速取代
47、实际流速计算产生误差的修正，采用了速计算产生误差的修正，采用了动量修正系数动量修正系数 ：层流层流 =1.33=1.33紊流紊流 =1=1 第43页/共74页第四十四页，共74页。第二章第二章流体力学流体力学(litlxu)基础基础流体(lit)动力学动量动量(dngling)方程方程 X X向动量方程：向动量方程：F Fx x=qq(2 2v v 2x2x-1 1v v1x1x)X X向稳态液动力向稳态液动力流动液体对固体壁面的作用力，与固体壁面作用在液体上的力大小相等，方向相反流动液体对固体壁面的作用力，与固体壁面作用在液体上的力大小相等，方向相反 ：Fx=-Fx=Fx=-Fx=qq(1
48、1v v1x1x-2 2v v 2x2x)结论：结论：作用在滑阀阀芯上的稳态液动力总是力图使阀口关闭。作用在滑阀阀芯上的稳态液动力总是力图使阀口关闭。书书24页例页例第44页/共74页第四十五页，共74页。第二章第二章流体力学流体力学(litlxu)基础基础液压系统的压力(yl)损失 液流在管道中流动，为了克服阻力会损耗液流在管道中流动，为了克服阻力会损耗(snho)(snho)一部分能量，这种能量损失可以用液体的压力损失来表示。一部分能量，这种能量损失可以用液体的压力损失来表示。管道沿程损失管道沿程损失：液体沿等径直管流动时，由于液体的：液体沿等径直管流动时，由于液体的粘性摩粘性摩擦和质擦和
49、质点的相互扰动作用，而产生的压力点的相互扰动作用，而产生的压力损失。损失。局部损失局部损失：碰撞、旋涡（突变管、弯管：碰撞、旋涡（突变管、弯管)产生产生附加摩擦附加摩擦只只有紊流时才有，是由于分子作横向运动时产生有紊流时才有，是由于分子作横向运动时产生的摩擦，即速度分布规律改变，造成液体的附的摩擦，即速度分布规律改变，造成液体的附加摩擦。加摩擦。液压元件损失液压元件损失：从理论上讲属于局部损失，但有它的特殊性：从理论上讲属于局部损失，但有它的特殊性由多个局部损失组成，相互影响大，不能简单由多个局部损失组成，相互影响大，不能简单当作几个局部损失的组合。当作几个局部损失的组合。压压力力损损失失第4
50、5页/共74页第四十六页，共74页。第二章第二章流体力学流体力学(litlxu)基础基础液压系统(xtng)的压力损失 沿程损失沿程损失(snsh)圆管层流圆管层流液体在等径水平液体在等径水平直管中作层流运动，直管中作层流运动，沿管轴线取一半径为沿管轴线取一半径为r，长度为长度为l的小圆柱体两的小圆柱体两端面压力为端面压力为p1、p2，侧面的内摩擦力为侧面的内摩擦力为F，匀速运动时，其受力平衡方程为：匀速运动时，其受力平衡方程为：(p1-p2)r2=FF=-2rldu/dr p=p1-p2 du=-rdr p/2l对上式积分，并应用边界条件对上式积分，并应用边界条件r=R时，时，u=0,得得u