液壓與氣壓傳動 第1章 液壓流體力學(xué)基礎(chǔ)

1、1第一章第一章 液壓流體力學(xué)基礎(chǔ)液壓流體力學(xué)基礎(chǔ)1.1 流體介質(zhì)液壓油流體介質(zhì)液壓油1.2 流體靜力學(xué)流體靜力學(xué)1.3 流體動力學(xué)流體動力學(xué)1.4 管道流動管道流動1.5 孔口流動孔口流動1.6 縫隙流動縫隙流動1.7 液壓沖擊和氣穴現(xiàn)象液壓沖擊和氣穴現(xiàn)象21.1 流體介質(zhì)液壓油流體介質(zhì)液壓油液壓油的密度和重度（比重）因油的牌液壓油的密度和重度（比重）因油的牌號而異，并且隨著溫度的上升而減小，號而異，并且隨著溫度的上升而減小，隨著壓力的提高而稍有增加隨著壓力的提高而稍有增加。液體具有比鋼鐵大的多的可壓縮性。液體具有比鋼鐵大的多的可壓縮性。（體積彈性模量）（體積彈性模量）產(chǎn)生單位體積變化所需的壓

2、力增量。產(chǎn)生單位體積變化所需的壓力增量。3油液可壓縮性油液可壓縮性n 純油的可壓縮性隨壓縮過程、溫度及其壓力純油的可壓縮性隨壓縮過程、溫度及其壓力的變化而變動，但變動量不大，可不予考慮。的變化而變動，但變動量不大，可不予考慮。n 在一般情況下，油的可壓縮性對液壓系統(tǒng)性在一般情況下，油的可壓縮性對液壓系統(tǒng)性能影響不大，但在能影響不大，但在高壓情況高壓情況下以及在研究系下以及在研究系統(tǒng)動態(tài)性能時則不能忽略。統(tǒng)動態(tài)性能時則不能忽略。n 由于空氣的可壓縮性很大，且與工作壓力的由于空氣的可壓縮性很大，且與工作壓力的改變而大幅度變化，所以改變而大幅度變化，所以游離空氣游離空氣對當(dāng)量體對當(dāng)量體積彈性模量影響

3、很大。積彈性模量影響很大。4液體在外力作用下流動時，其流動受到牽制，且在流液體在外力作用下流動時，其流動受到牽制，且在流動截面上各點的流速不同。各層液體間有相互牽制作動截面上各點的流速不同。各層液體間有相互牽制作用，這種相互牽制的力稱作液體內(nèi)的摩擦力或粘性力。用，這種相互牽制的力稱作液體內(nèi)的摩擦力或粘性力。速度梯度速度梯度56Pas絕對粘度絕對粘度78VI值越大，粘值越大，粘溫特性越好溫特性越好91011121314SR71黑鳥黑鳥15液壓油的污染液壓油的污染（Contamination）及其控制及其控制16污染物污染物 Pollutant1718外部污染外部污染1920等級碼越小，油等級碼越

4、小，油液精度越高液精度越高21等級碼越小，油等級碼越小，油液精度越高液精度越高22液壓油中含水液壓油中含水23防止污染的措施（防止污染的措施（Measures）24液壓流體力學(xué)液壓流體力學(xué)25第一章第一章 液壓流體力學(xué)基礎(chǔ)液壓流體力學(xué)基礎(chǔ)1.1 流體介質(zhì)液壓油流體介質(zhì)液壓油1.2 流體靜力學(xué)流體靜力學(xué)1.3 流體動力學(xué)流體動力學(xué)1.4 管道流動管道流動1.5 孔口流動孔口流動1.6 縫隙流動縫隙流動1.7 液壓沖擊和氣穴現(xiàn)象液壓沖擊和氣穴現(xiàn)象261.2 流體靜力學(xué)流體靜力學(xué)27兩個重要特性兩個重要特性2829（表壓力）（表壓力）3031323334第一章 液壓流體力學(xué)基礎(chǔ)1.1 流體介質(zhì)液壓油

5、流體介質(zhì)液壓油1.2 流體靜力學(xué)流體靜力學(xué)1.3 流體動力學(xué)流體動力學(xué)1.4 管道流動管道流動1.5 孔口流動孔口流動1.6 縫隙流動縫隙流動1.7 液壓沖擊和氣穴現(xiàn)象液壓沖擊和氣穴現(xiàn)象351.3 流體動力學(xué)流體動力學(xué) 主要研究流體流動時壓力和流速的變化規(guī)律主要研究流體流動時壓力和流速的變化規(guī)律o 基本概念基本概念o 三個基本方程三個基本方程n 流量連續(xù)性方程流量連續(xù)性方程 （質(zhì)量守恒）（質(zhì)量守恒）n 伯努利方程伯努利方程 （能量守恒）（能量守恒）n 動量方程動量方程 （動量定理）（動量定理）36一、基本概念一、基本概念37一、基本概念一、基本概念383940伯努利家族伯努利家族o在科學(xué)史上，

6、父子科學(xué)家、兄弟科學(xué)家并不鮮見，然而，在一在科學(xué)史上，父子科學(xué)家、兄弟科學(xué)家并不鮮見，然而，在一個家族跨世紀的幾代人中，眾多父子兄弟都是科學(xué)家的較為罕個家族跨世紀的幾代人中，眾多父子兄弟都是科學(xué)家的較為罕見，其中，見，其中，瑞士的伯努利家族瑞士的伯努利家族最為突出。最為突出。伯努利家族伯努利家族3代人中產(chǎn)生了代人中產(chǎn)生了8位科學(xué)家，出類拔萃的至少有位科學(xué)家，出類拔萃的至少有3位；位；而在他們一代又一代的眾多子孫中，至少有一半相繼成為杰出而在他們一代又一代的眾多子孫中，至少有一半相繼成為杰出人物。伯努利家族的后裔有不少于人物。伯努利家族的后裔有不少于120位被人們系統(tǒng)地追溯過，位被人們系統(tǒng)地追溯

7、過，他們在數(shù)學(xué)、科學(xué)、技術(shù)、工程乃至法律、管理、文學(xué)、藝術(shù)他們在數(shù)學(xué)、科學(xué)、技術(shù)、工程乃至法律、管理、文學(xué)、藝術(shù)等方面享有名望，有的甚至聲名顯赫。等方面享有名望，有的甚至聲名顯赫。o最不可思議的是這個家族中有兩代人，他們中的大多數(shù)數(shù)學(xué)家，最不可思議的是這個家族中有兩代人，他們中的大多數(shù)數(shù)學(xué)家，并非有意選擇數(shù)學(xué)為職業(yè)，然而卻忘情地沉溺于數(shù)學(xué)之中，有并非有意選擇數(shù)學(xué)為職業(yè)，然而卻忘情地沉溺于數(shù)學(xué)之中，有人調(diào)侃他們就像酒鬼碰到了烈酒。人調(diào)侃他們就像酒鬼碰到了烈酒。41o 伯努利，D(Daniel Bernoulli 17001782)瑞士物理學(xué)家、數(shù)學(xué)家、醫(yī)學(xué)家。1700年2月8日生于荷蘭格羅寧根。

8、著名的伯努利家族中最杰出的一位。他是數(shù)學(xué)家J伯努利的次子，和他的父輩一樣，違背家長要他經(jīng)商的愿望，堅持學(xué)醫(yī)，他曾在海得爾貝格、斯脫思堡和巴塞爾等大學(xué)學(xué)習(xí)哲學(xué)、論理學(xué)、醫(yī)學(xué)。1721年取得醫(yī)學(xué)碩士學(xué)位。努利在25歲時(1725)就應(yīng)聘為圣彼得堡科學(xué)院的數(shù)學(xué)院士。8年后回到瑞士的巴塞爾，先任解剖學(xué)教授，后任動力學(xué)教授，1750年成為物理學(xué)教授。 在17251749年間，伯努利曾十次榮獲法國科學(xué)院的年度獎。 1782年3月17日，伯努利在瑞士巴塞爾逝世，終年82歲。 o 1738年出版了流體動力學(xué)一書，共13章。這是他最重要的著作。書中用能量守恒定律解決流體的流動問題，寫出了流體動力學(xué)的基本方程，后

9、人稱之為“伯努利方程”，提出了“流速增加、壓強降低”的伯努利原理。 42o 流動液體中的壓力和能量流動液體中的壓力和能量: 由于存在運動，由于存在運動，所以理想流體流動時除了具有所以理想流體流動時除了具有壓力能壓力能與與位位能能外，還具有外，還具有動能動能。o 即流動理想流體具有壓力能，位能和動能即流動理想流體具有壓力能，位能和動能三種能量形式：三種能量形式：n 單位重量的壓力能單位重量的壓力能:n 單位重量的位能單位重量的位能: Zn 單位重量的動能單位重量的動能:流動液體的能量gpg224344454647應(yīng)用伯努利方程的步驟應(yīng)用伯努利方程的步驟1. 選取適當(dāng)?shù)幕鶞?zhǔn)水平面；選取適當(dāng)?shù)幕鶞?zhǔn)水

10、平面；2. 選取兩個計算截面；一個設(shè)在已知參數(shù)的選取兩個計算截面；一個設(shè)在已知參數(shù)的斷面上，另一個設(shè)在所求參數(shù)的斷面上；斷面上，另一個設(shè)在所求參數(shù)的斷面上；3. 按照液體流動方向列出伯努利方程；按照液體流動方向列出伯努利方程；4. 若未知數(shù)的數(shù)量多于方程數(shù)，則必須列出若未知數(shù)的數(shù)量多于方程數(shù)，則必須列出其他輔助方程，聯(lián)立求解。其他輔助方程，聯(lián)立求解。4849圖1 足球在沒有旋轉(zhuǎn)下水平運動的情形 圖2 足球在只有旋轉(zhuǎn)運動的情形 圖3 足球在即有水平又有旋轉(zhuǎn)運動的情形 502 飛機為什么不掉下來飛機為什么不掉下來5152535455第一章 液壓流體力學(xué)基礎(chǔ)1.1 流體介質(zhì)液壓油流體介質(zhì)液壓油1.2

11、 流體靜力學(xué)流體靜力學(xué)1.3 流體動力學(xué)流體動力學(xué)1.4 管道流動管道流動1.5 孔口流動孔口流動1.6 縫隙流動縫隙流動1.7 液壓沖擊和氣穴現(xiàn)象液壓沖擊和氣穴現(xiàn)象561.4 管道流動管道流動575859雷諾生平簡介o 雷諾（雷諾（O.ReynoldsO.Reynolds，1842184219121912）：）：英國力學(xué)家、理學(xué)家和工程師，英國力學(xué)家、理學(xué)家和工程師，18421842年年8 8月月2323日生于愛爾蘭，日生于愛爾蘭，18671867年畢業(yè)于劍橋大年畢業(yè)于劍橋大學(xué)王后學(xué)院，學(xué)王后學(xué)院，18681868年出任曼徹斯特歐文學(xué)年出任曼徹斯特歐文學(xué)院（后改名為維多利亞大學(xué)）首席工程學(xué)院

12、（后改名為維多利亞大學(xué)）首席工程學(xué)教授，教授，18771877年當(dāng)選為皇家學(xué)會會員，年當(dāng)選為皇家學(xué)會會員，18881888年獲皇家勛章。雷諾于年獲皇家勛章。雷諾于18831883年發(fā)表了一篇年發(fā)表了一篇經(jīng)典性論文經(jīng)典性論文決定水流為直線或曲線運決定水流為直線或曲線運動的條件以及在平行水槽中的阻力定律的動的條件以及在平行水槽中的阻力定律的探討探討。這篇文章用實驗說明水流分為層。這篇文章用實驗說明水流分為層流與湍流兩種形態(tài)，并提出以無量綱數(shù)流與湍流兩種形態(tài)，并提出以無量綱數(shù)ReRe作為判別兩種流態(tài)的標(biāo)準(zhǔn)。雷諾于作為判別兩種流態(tài)的標(biāo)準(zhǔn)。雷諾于18861886年年提出軸承的潤滑理論，提出軸承的潤滑理論

13、，18951895年在湍流中引年在湍流中引入應(yīng)力的概念。他的成果曾匯編成入應(yīng)力的概念。他的成果曾匯編成雷諾雷諾力學(xué)和物理學(xué)課題論文集力學(xué)和物理學(xué)課題論文集兩卷。兩卷。 6061雷諾實驗雷諾實驗62雷諾實驗雷諾實驗63雷諾實驗雷諾實驗64656667686970三、局部壓力損失三、局部壓力損失7172第一章 液壓流體力學(xué)基礎(chǔ)1.1 流體介質(zhì)液壓油流體介質(zhì)液壓油1.2 流體靜力學(xué)流體靜力學(xué)1.3 流體動力學(xué)流體動力學(xué)1.4 管道流動管道流動1.5 孔口流動孔口流動1.6 縫隙流動縫隙流動1.7 液壓沖擊和氣穴現(xiàn)象液壓沖擊和氣穴現(xiàn)象737475 所以有所以有76777879第一章 液壓流體力學(xué)基礎(chǔ)1.1 流體介質(zhì)液壓油流體介質(zhì)液壓油1.2 流體靜力學(xué)流體靜力學(xué)1.3 流體動力學(xué)流體動力學(xué)1.4 管道流動管道流動1.5 孔口流動孔口流動1.6 縫隙流動縫隙流動1.7