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1、第一章 液压流体力学基础本讲稿第一页，共四十页 主要内容主要内容液压油液体静力学液体动力学管道中液流的特性孔口及缝隙的压力流量特性液压冲击和气穴现象2本讲稿第二页，共四十页 本章学习要点本章学习要点重重点点内内容容：液液压压油油的的物物理理性性质质；液液体体粘粘性性的的概概念念和和表表示示方方法法；液液体体静静力力学学基基本本方方程程的的物物理理意意义义；流流动动液液体体的的连连续续性性方方程程和和伯伯努努力力方方程程；流流态态和和雷雷诺诺数数的的概概念念；液液体体流流过过孔孔口口的的压压力力流流量量特特性性；液体流动中的压力损失和流量计算。液体流动中的压力损失和流量计算。难难点点内内容容：压
2、压力力的的度度量量以以及及绝绝对对压压力力、相相对对压压力力和和真真空空度度之之间间的的关关系系；液液体体动动力力学学三三方方程程的的理理解与运用。解与运用。3本讲稿第三页，共四十页第一节第一节 液压油液压油液压油的性质液压油的性质对液压油的要求和选用对液压油的要求和选用4本讲稿第四页，共四十页5本讲稿第五页，共四十页 图1-1 液体粘性示意图6本讲稿第六页，共四十页7本讲稿第七页，共四十页 图1-2 几种国产油液粘温图8本讲稿第八页，共四十页第二节第二节 液体静力学液体静力学静压力及其特性静压力及其特性静压力基本方程静压力基本方程帕斯卡原理帕斯卡原理静压力对固体壁的作用力静压力对固体壁的作用
3、力9本讲稿第九页，共四十页 图 1-3 静止液体内压力分布规律10本讲稿第十页，共四十页 静止液体中任一点处的总能量保持不变，即能量守恒。静止液体中任一点处的总能量保持不变，即能量守恒。11本讲稿第十一页，共四十页图1-4 绝对压力、相对压力和真空度12本讲稿第十二页，共四十页 图 1-7 压力油作用在缸筒内壁上的力13本讲稿第十三页，共四十页14本讲稿第十四页，共四十页第三节第三节 液体动力学液体动力学基本概念基本概念流量连续性方程流量连续性方程伯努力方程伯努力方程动量方程动量方程15本讲稿第十五页，共四十页 图1-8 恒定流动和非恒定流动16本讲稿第十六页，共四十页 图1-9 流量和平均流
4、速17本讲稿第十七页，共四十页 图1-10 液流连续性方程推导用图质量守恒质量守恒18本讲稿第十八页，共四十页 图1-11 伯努力方程推导用图任一截面上的压力能、势能和动能之和保持不变，即能量守恒。任一截面上的压力能、势能和动能之和保持不变，即能量守恒。19本讲稿第十九页，共四十页 例1-3 应用伯努力分析液压泵正常吸油的条件,液压泵装置如图所示，设液压泵吸油口处的绝对压力为p2，油箱液面压力p1为大气压力pa,泵吸油口至油箱液面高度为h。解：1)选取基准面和计算截面取油箱液面1-1为基准面；泵的吸油口处为2-2面。2)按照液体流向列出伯努力方程（取121）其中，v2为吸油管速；hw为吸油管路
5、的能量损失。3)列出辅助方程 p1=pa（大气压力）v10(油箱液面流速)20本讲稿第二十页，共四十页代入已知条件，上式可简化为即液压泵吸油口的真空度为通常为防止产生气穴现象，限制液压泵吸油口的真空度小于0.3105Pa，因此h0.5m。21本讲稿第二十一页，共四十页伯努利方程应用举例伯努利方程应用举例例例1如图示简易热水器，左端接冷水管，右端接淋浴莲蓬头。如图示简易热水器，左端接冷水管，右端接淋浴莲蓬头。已知已知 A1=A2/4和和A1、h值，问冷水管内流量达到多少时才能值，问冷水管内流量达到多少时才能抽吸热水？抽吸热水？解：沿冷水流动方向列解：沿冷水流动方向列A1、A2截面的伯努利方程截面
6、的伯努利方程 p1/g+v12/2g=p2/g+v22/2g补充辅助方程补充辅助方程 p1=pagh p2=pa v1A1=v2A2代入得代入得 h+v12/2g=(v1/4)2/2g v1=(32gh/15)1/2 q=v1A1=(32gh/15)1/2 A122本讲稿第二十二页，共四十页 图 1-13 动量方程推导图 作作用用在在液液体体控控制制体体积积上上的的外外力力总总和和等等于于单单位位时时间间内内流流出出控控制制表表面面与与流流入入控控制表面的液体的动量之差。制表面的液体的动量之差。应应用用动动量量方方程程注注意意：F、u是是矢矢量量；流流动动液液体体作作用用在在固固体体壁壁面面上
7、上的的力力与与作作用用在液体上的力大小相等、方向相反。在液体上的力大小相等、方向相反。23本讲稿第二十三页，共四十页动量方程应用举例动量方程应用举例例例2 求液流通过滑阀时，对阀芯的轴向作用力的大小。求液流通过滑阀时，对阀芯的轴向作用力的大小。解：取阀进出口之间的液体为控制体积。则在此控制体积内液体上的力应为 F=q（v2 cos2-v1cos1）=-q v1cos1(向左向左)根据作用与反作用，液体作用在阀芯上的力为根据作用与反作用，液体作用在阀芯上的力为F1=F（向右），该力使（向右），该力使阀芯趋于关闭。该力称为液动力。阀芯趋于关闭。该力称为液动力。24本讲稿第二十四页，共四十页第四节第
8、四节 管道中液流的特性管道中液流的特性流态、雷诺数流态、雷诺数沿程压力损失沿程压力损失局部压力损失局部压力损失 管管道道在在流流动动中中的的能能量量损损失失可可用用压压力力损损失失来来表表示示，而而压压力力损损失失和和液液流流在在管管 道道中中的的流流动动状状态态有关系。有关系。25本讲稿第二十五页，共四十页雷诺实验雷诺实验26本讲稿第二十六页，共四十页27本讲稿第二十七页，共四十页28本讲稿第二十八页，共四十页 通过实验发现液体在管道中流动时存在两种流动状态。通过实验发现液体在管道中流动时存在两种流动状态。层层流流粘粘性性力力起起主主导导作作用用，液液体体质质点点互互不不干干扰扰，液液体体的
9、的流流动动呈呈线线性性或或层层状状。紊紊流流惯惯性性力力起起主主导导作作用用，液液体体质质点点运运动动杂杂乱乱无无章章，还还存存在在着着剧剧烈烈的的横横向运动。向运动。液体的流动状态用雷诺数来判断。液体的流动状态用雷诺数来判断。雷诺数雷诺数Re=v d/（圆管）（圆管）v 为管内的平均流速为管内的平均流速 d 为管道内径为管道内径 为液体的运动粘度为液体的运动粘度 雷诺数为无量纲数。雷诺数为无量纲数。如果液流的雷诺数相同，它的流动状态亦相同。如果液流的雷诺数相同，它的流动状态亦相同。一一般般以以液液体体由由紊紊流流转转变变为为层层流流的的雷雷诺诺数数作作为为判判断断液液体体流流态态的的依依据据
10、，称称为为临临界雷诺数，记为界雷诺数，记为Recr。当当ReRecr，为层流；当，为层流；当ReRecr，为紊流。，为紊流。常见液流管道的临界雷诺数见书中表格。常见液流管道的临界雷诺数见书中表格。29本讲稿第二十九页，共四十页 图1-17 圆管层流运动30本讲稿第三十页，共四十页 推推 荐荐 流流 速速 31本讲稿第三十一页，共四十页 1-4在图4所示的液压系统中，已知泵输出的流量qv1.510-3m3s，液压缸内径D100mm，负载F30000N，回油腔压力近似为零，液压缸的进油管是内径d20mm的钢管，总长即为管的垂直高度H5m，进油路总的局部阻力系数7.2，液压油的密度900kgm3，工
11、作温度下的运动粘度46mm2s。试求：1)进油路的压力损失；2)泵的供油压力。32本讲稿第三十二页，共四十页第五节第五节 孔口及缝隙的压力特性孔口及缝隙的压力特性薄壁小孔薄壁小孔短孔和细长孔短孔和细长孔平板缝隙平板缝隙环形缝隙环形缝隙 液压传动中常利用液体流经阀的小孔或缝隙来控制流量和压力，达到调速和调压的目的。液压元件的泄漏也属于缝隙流动。因而研究小孔和缝隙的流量计算，了解其影响因素，对于合理设计液压系统，正确分析液压元件和系统的工作性能，是很有必要的。33本讲稿第三十三页，共四十页通过薄壁小孔的液流通过薄壁小孔的液流D/d7时称为完全收缩时称为完全收缩D/d7时称为不完全收缩时称为不完全收
12、缩34本讲稿第三十四页，共四十页 图1-19 圆柱滑阀阀口示意图35本讲稿第三十五页，共四十页 图1-21 锥阀阀口36本讲稿第三十六页，共四十页 图 1-24 平行平板缝隙间的液流37本讲稿第三十七页，共四十页图125 同心环 缝隙流动图126 偏心环 缝隙流动38本讲稿第三十八页，共四十页 液压冲击液压冲击39本讲稿第三十九页，共四十页本章小结本章小结 1.有关压力的概念；有关压力的概念；静静压压力力的的概概念念；静静压压力力平平衡衡方方程程；绝绝对对压压力力、相相对对压力以及真空度的概念；压力以及真空度的概念；压力作用于固体壁上力的计算。压力作用于固体壁上力的计算。2.流动液体的基本方程流动液体的基本方程 连续性方程；连续性方程；伯努力方程；伯努力方程；动量方程。动量方程。要深入理解方程中各项的物理意义、量纲，要会应用。要深入理解方程中各项的物理意义、量纲，要会应用。3.压力损失的概念以及计算：沿程压力损失和局部压力损失；压力损失的概念以及计算：沿程压力损失和局部压力损失；4.小孔流量计算：三种小孔具有不同的计算公式。小孔流量计算：三种小孔具有不同的计算公式。40本讲稿第四十页，共四十页