采掘機(jī)械與液壓傳動(dòng)-課件-第一篇2章液壓流體力學(xué)基礎(chǔ)

1、第二章第二章 液壓流體力學(xué)基礎(chǔ)液壓流體力學(xué)基礎(chǔ)第一節(jié)第一節(jié) 工作液體工作液體p 工作液體特性工作液體特性 液壓系統(tǒng)中的工作液體既是液壓系統(tǒng)中的工作液體既是傳遞能量和潤(rùn)滑元件傳遞能量和潤(rùn)滑元件，又是液壓元件的又是液壓元件的冷卻、防銹和潤(rùn)滑劑冷卻、防銹和潤(rùn)滑劑。在工作中產(chǎn)生的。在工作中產(chǎn)生的磨粒和來自外界的污染物，也要靠工作液體帶走。選用磨粒和來自外界的污染物，也要靠工作液體帶走。選用是否合適，直接關(guān)系到系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)的是否合適，直接關(guān)系到系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)的可靠性、準(zhǔn)確性和靈可靠性、準(zhǔn)確性和靈活性活性。正確認(rèn)識(shí)、選擇、使用工作液體是相當(dāng)重要的。正確認(rèn)識(shí)、選擇、使用工作液體是相當(dāng)重要的。（一）、工作液體的主要物理

2、化學(xué)特性（一）、工作液體的主要物理化學(xué)特性1、黏度、黏度 液體在外力作用流動(dòng)（或有流動(dòng)趨勢(shì)）時(shí)，分子間液體在外力作用流動(dòng)（或有流動(dòng)趨勢(shì)）時(shí)，分子間的的內(nèi)聚力內(nèi)聚力要阻止分子間的要阻止分子間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)相對(duì)運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生一種而產(chǎn)生一種內(nèi)摩擦力內(nèi)摩擦力，這種現(xiàn)象叫做液體的粘性。這種現(xiàn)象叫做液體的粘性。 液體只有在流動(dòng)（或有流動(dòng)液體只有在流動(dòng)（或有流動(dòng)趨勢(shì)）時(shí)才會(huì)呈現(xiàn)出粘性，靜止液體是不呈現(xiàn)粘性的。趨勢(shì)）時(shí)才會(huì)呈現(xiàn)出粘性，靜止液體是不呈現(xiàn)粘性的。 表示油液粘性大小的指標(biāo)稱為表示油液粘性大小的指標(biāo)稱為粘度粘度。粘度有。粘度有絕對(duì)粘度絕對(duì)粘度和和相對(duì)粘相對(duì)粘度度兩種，絕對(duì)粘度又分兩種，絕對(duì)粘度又分動(dòng)力粘度（動(dòng)

3、力粘度（）和和運(yùn)動(dòng)粘度（運(yùn)動(dòng)粘度（）。動(dòng)力粘度動(dòng)力粘度 ：表征液體在單位速度梯度下流動(dòng)時(shí)液層間單位面積上產(chǎn)生的內(nèi)摩擦力。是粘度的內(nèi)摩擦系數(shù)?？捎膳ｎD內(nèi)摩擦定律得出，即： 單位Pas帕帕秒秒式中 兩層流動(dòng)液體之間單位面積上的內(nèi)摩擦力； 兩液層間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度； 相鄰兩液層間的距離。 一一 、工作液體的特性、工作液體的特性dudz公式分析：公式分析： 在靜止液體中，速度梯度在靜止液體中，速度梯度du/dy=0du/dy=0，所以內(nèi)摩擦力為零，即靜止液體不產(chǎn)生所以內(nèi)摩擦力為零，即靜止液體不產(chǎn)生粘性，也就是說液體的靜摩擦力是不存粘性，也就是說液體的靜摩擦力是不存在的。在的。dudz b) 運(yùn)動(dòng)粘度運(yùn)動(dòng)

4、粘度 是液體動(dòng)力粘度與液體密度的比值，即： 運(yùn)動(dòng)粘度的常用單位是常用單位是mm2/s或者m2/s。 在CGS制中，也稱厘斯，其代號(hào)是St（斯）或cSt （里斯）， 1m2/s =104 St（斯）（斯）=106 cSt（厘斯）（厘斯） 就物理意義來說，就物理意義來說，不是一個(gè)粘度的量，但習(xí)慣上不是一個(gè)粘度的量，但習(xí)慣上常用它來標(biāo)志液體粘度，液壓油液的粘度等級(jí)是以常用它來標(biāo)志液體粘度，液壓油液的粘度等級(jí)是以40時(shí)運(yùn)動(dòng)粘度值（時(shí)運(yùn)動(dòng)粘度值（mm2/s）為其粘度等級(jí)標(biāo)號(hào)，即）為其粘度等級(jí)標(biāo)號(hào)，即油的牌號(hào)油的牌號(hào)例如，牌號(hào)為例如，牌號(hào)為L(zhǎng)HL22LHL22的普通液壓油在的普通液壓油在4040時(shí)運(yùn)動(dòng)粘度

5、時(shí)運(yùn)動(dòng)粘度的中心值為的中心值為22 mm22 mm2 2/s/s（L L表示潤(rùn)滑劑類，表示潤(rùn)滑劑類，H H表示液壓油，表示液壓油，L L表示防銹抗氧型）。表示防銹抗氧型）。 c) 相對(duì)粘度相對(duì)粘度 又稱條件粘度，其中有歐洲國(guó)家采用的恩氏度（又稱條件粘度，其中有歐洲國(guó)家采用的恩氏度（E），美國(guó)采），美國(guó)采用的塞氏秒（用的塞氏秒（SSU或或SUS）和英國(guó)采用的雷氏秒（）和英國(guó)采用的雷氏秒（Re）等等。）等等。粘溫特性粘溫特性 工作液體的粘度隨溫度變化的性質(zhì)。當(dāng)油液溫度升高工作液體的粘度隨溫度變化的性質(zhì)。當(dāng)油液溫度升高時(shí)，時(shí)，其粘度下降其粘度下降。 粘度和溫度是指數(shù)關(guān)系，常用粘度和溫度是指數(shù)關(guān)系，常

6、用“粘度指數(shù)粘度指數(shù)”（V.I.）表示油液的粘）表示油液的粘溫特性，溫特性，V.I.值越高，油液粘度受溫度影響越小，其性能越好。液壓值越高，油液粘度受溫度影響越小，其性能越好。液壓油的粘度指數(shù)一般在油的粘度指數(shù)一般在90以上。（以上。（P8表表2-1）e） 壓力對(duì)粘度的影響壓力對(duì)粘度的影響 對(duì)液壓油來說，壓力增大時(shí)，粘度增大，但影響很小，通常將中對(duì)液壓油來說，壓力增大時(shí)，粘度增大，但影響很小，通常將中低壓系統(tǒng)中的壓力變化對(duì)油液粘度的影響忽略不計(jì)。低壓系統(tǒng)中的壓力變化對(duì)油液粘度的影響忽略不計(jì)。 工作液體的粘性，對(duì)減少間隙的泄漏、保證液壓元件的密封工作液體的粘性，對(duì)減少間隙的泄漏、保證液壓元件的密

7、封性能都起著重要作用。性能都起著重要作用。 一、一、 工作液體的特性工作液體的特性選擇液壓油時(shí)，應(yīng)根據(jù)最低使用溫度選擇比使用溫選擇液壓油時(shí)，應(yīng)根據(jù)最低使用溫度選擇比使用溫度低度低10 以上流動(dòng)點(diǎn)的液壓油。以上流動(dòng)點(diǎn)的液壓油。2、酸值、酸值: 工作液體中有機(jī)酸的含量工作液體中有機(jī)酸的含量。液壓油中的。液壓油中的無機(jī)酸（強(qiáng)酸）無機(jī)酸（強(qiáng)酸）使液壓元件受到使液壓元件受到腐蝕，酸值低的油好。但是某些添加劑本身就是腐蝕，酸值低的油好。但是某些添加劑本身就是有機(jī)酸（弱酸）有機(jī)酸（弱酸），因此有些，因此有些性能較好的液壓油的酸值反而較高。性能較好的液壓油的酸值反而較高。 機(jī)械雜質(zhì)：機(jī)械雜質(zhì)： 雜質(zhì)越多，破壞

8、液壓件表面的油膜，加劇磨損，阻塞油路。雜質(zhì)越多，破壞液壓件表面的油膜，加劇磨損，阻塞油路。例如：金屬屑、砂礫、焊渣、添加劑中的無機(jī)鹽等。例如：金屬屑、砂礫、焊渣、添加劑中的無機(jī)鹽等。 3、凝點(diǎn)和傾點(diǎn)（低溫性能指標(biāo)）、凝點(diǎn)和傾點(diǎn)（低溫性能指標(biāo)） 凝點(diǎn)：油液冷卻到停止流動(dòng)時(shí)的最高溫度。凝點(diǎn)：油液冷卻到停止流動(dòng)時(shí)的最高溫度。 傾點(diǎn)：液體開始流動(dòng)的最低溫度。高于凝點(diǎn)傾點(diǎn)：液體開始流動(dòng)的最低溫度。高于凝點(diǎn)2.5的溫度叫傾點(diǎn)或的溫度叫傾點(diǎn)或流動(dòng)流動(dòng)點(diǎn)點(diǎn)。4、閃點(diǎn)、閃點(diǎn) 是在規(guī)定的試驗(yàn)條件下，液體表面上能發(fā)生是在規(guī)定的試驗(yàn)條件下，液體表面上能發(fā)生閃燃閃燃的最低溫度。閃燃是的最低溫度。閃燃是液體表面產(chǎn)生足夠的

9、蒸氣與空氣混合形成可燃性氣體時(shí)，液體表面產(chǎn)生足夠的蒸氣與空氣混合形成可燃性氣體時(shí)，遇火源產(chǎn)生一閃即遇火源產(chǎn)生一閃即燃的現(xiàn)象。燃的現(xiàn)象。 一、一、 工作液體的特性工作液體的特性（二）、采掘機(jī)械液壓系統(tǒng)對(duì)工作液的要求（二）、采掘機(jī)械液壓系統(tǒng)對(duì)工作液的要求 1、較好的粘度和粘溫特性、較好的粘度和粘溫特性 2、良好的抗磨性能（即潤(rùn)滑性能）、良好的抗磨性能（即潤(rùn)滑性能） 3、抗氧化性好、抗氧化性好 4、良好的防銹（鋼鐵）、防腐蝕性（有色金屬）、良好的防銹（鋼鐵）、防腐蝕性（有色金屬） 5、良好的抗乳化性、良好的抗乳化性 6、抗泡沫性能好，空氣釋放性佳、抗泡沫性能好，空氣釋放性佳 7、良好經(jīng)濟(jì)性、良好經(jīng)濟(jì)

10、性 8、對(duì)人體無害、成本低。、對(duì)人體無害、成本低。二、二、 工作液的類型和合理使用工作液的類型和合理使用（一）、工作液體的分類（一）、工作液體的分類 普通液壓油普通液壓油 抗磨液壓油抗磨液壓油 礦油型礦油型 低溫液壓油低溫液壓油 高粘度指數(shù)液壓油高粘度指數(shù)液壓油 航空液壓液航空液壓液 工作液體工作液體 水水乙二醇液壓液乙二醇液壓液 合成型合成型 磷酸脂液壓油磷酸脂液壓油 難燃型難燃型 油包水乳化液油包水乳化液W/O 乳化型乳化型 水包油乳化液水包油乳化液O/W 進(jìn)口：進(jìn)口： 美孚美孚 、殼牌、加德士（、殼牌、加德士（Caltex）、）、 嘉實(shí)多嘉實(shí)多國(guó)產(chǎn)：國(guó)產(chǎn)： 長(zhǎng)城長(zhǎng)城 、昆侖、昆侖、 知名

11、液壓油品牌知名液壓油品牌選用高品質(zhì)基礎(chǔ)油，與能夠中和工作中產(chǎn)生的腐蝕性物質(zhì)的超穩(wěn)定添加劑調(diào)制而成。在嚴(yán)苛的工作條件下提供高水平的抗磨與油膜強(qiáng)度保護(hù)。也可使用于非抗磨要示的潤(rùn)滑系統(tǒng)。 不要與其他油品混用，不同類型的油也不要混用。L-HM 46 和HF-2是一個(gè)意思，只是一個(gè)是江浙滬版本還有一個(gè)是粵地區(qū)的版本 p功能：傳遞能量、散熱、功能：傳遞能量、散熱、 潤(rùn)滑、抑制腐蝕。潤(rùn)滑、抑制腐蝕。p理念：理念： 礦油型液壓油是液壓傳動(dòng)的主礦油型液壓油是液壓傳動(dòng)的主要工作液體，它以機(jī)械油為原料，經(jīng)要工作液體，它以機(jī)械油為原料，經(jīng)精煉后根據(jù)需要加進(jìn)適當(dāng)?shù)奶砑觿┒珶捄蟾鶕?jù)需要加進(jìn)適當(dāng)?shù)奶砑觿┒?。因此?rùn)滑性好

12、，但抗燃性差。成。因此潤(rùn)滑性好，但抗燃性差。二、二、 工作液的類型和合理使用工作液的類型和合理使用（二）、幾種常用的國(guó)產(chǎn)工作液體（二）、幾種常用的國(guó)產(chǎn)工作液體 1、普通液壓油：主要用于壓力小于、普通液壓油：主要用于壓力小于8MPa的中低壓機(jī)的中低壓機(jī) 床液壓系統(tǒng)和壓力為床液壓系統(tǒng)和壓力為816MPa的高的高 壓設(shè)備。壓設(shè)備。 2、抗磨液壓油、抗磨液壓油：加入加入抗磨劑和降凝劑抗磨劑和降凝劑。N32，N46， N68，N100，N150。適用于高壓系。適用于高壓系 統(tǒng)，擴(kuò)大了環(huán)境溫度的適用范圍，采統(tǒng)，擴(kuò)大了環(huán)境溫度的適用范圍，采 煤機(jī)、掘進(jìn)機(jī)的液壓系統(tǒng)。煤機(jī)、掘進(jìn)機(jī)的液壓系統(tǒng)。 3、水包油型乳化

13、液、水包油型乳化液：M-4，M-10，MDT，ZM-1。不。不燃廉價(jià)，粘溫性好，用于液壓支架燃廉價(jià)，粘溫性好，用于液壓支架和單體液壓支柱和單體液壓支柱。 4、低溫液壓油、低溫液壓油：N15，N32，N46，N68，N46D（三）、工作液體的合理選擇和使用（三）、工作液體的合理選擇和使用 首先確定工作液體類型（首先確定工作液體類型（易燃易燃-難燃；低難燃；低溫溫-高溫；清潔高溫；清潔-污染污染） 液壓油在選用時(shí)最主要的依據(jù)就是液壓油在選用時(shí)最主要的依據(jù)就是粘度粘度。粘度低，泄漏量增大，系統(tǒng)容積效率下降。粘度低，泄漏量增大，系統(tǒng)容積效率下降。粘度高，油液流動(dòng)時(shí)阻力增大，功率損失增粘度高，油液流動(dòng)時(shí)

14、阻力增大，功率損失增大，油溫上升，液壓泵吸油困難，出現(xiàn)噪音大，油溫上升，液壓泵吸油困難，出現(xiàn)噪音等。等。 二二 、工作液的類型和合理使用、工作液的類型和合理使用 總之，選擇液壓油時(shí)一是考慮液壓油的總之，選擇液壓油時(shí)一是考慮液壓油的品種品種， 二是考慮液壓油的二是考慮液壓油的粘度粘度。（三）、工作液體的合理選擇和使用（三）、工作液體的合理選擇和使用p 選擇選擇 首先考慮其粘度是否滿足要求，選擇合適的首先考慮其粘度是否滿足要求，選擇合適的粘度和粘粘度和粘溫性能。溫性能。一般液壓傳動(dòng)工作液的最低粘度為一般液壓傳動(dòng)工作液的最低粘度為15cSt15cSt。同時(shí)。同時(shí)兼顧其它方面。選擇時(shí)應(yīng)考慮如下因素：兼

15、顧其它方面。選擇時(shí)應(yīng)考慮如下因素： （1） 液壓泵的類型液壓泵的類型 ：液壓泵對(duì)液壓油的性能最為敏感，液壓泵對(duì)液壓油的性能最為敏感， 液壓泵的類型及要求來選液壓油的粘液壓泵的類型及要求來選液壓油的粘 度。表度。表2-4（2） 液壓系統(tǒng)的工作壓力液壓系統(tǒng)的工作壓力 ：工作壓力較高的液壓系統(tǒng)選用工作壓力較高的液壓系統(tǒng)選用粘度大的液壓油，以減少系統(tǒng)的粘度大的液壓油，以減少系統(tǒng)的泄露；反之。泄露；反之。（3） 運(yùn)動(dòng)速度運(yùn)動(dòng)速度 ：執(zhí)行元件速度執(zhí)行元件速度，油液功率損失，油液功率損失，選用，選用 粘度粘度液壓油。液壓油。（4） 環(huán)境溫度環(huán)境溫度 ：溫度溫度，粘度，粘度。4545左右油液開始變質(zhì)。左右油液

16、開始變質(zhì)。 表表2-52-5（5） 防污染的要求：防污染的要求： 固體污物、水分、空氣固體污物、水分、空氣（6） 綜合經(jīng)濟(jì)性綜合經(jīng)濟(jì)性 污染的危害污染的危害（a a）固體顆粒和膠狀生成物堵）固體顆粒和膠狀生成物堵塞過濾器塞過濾器，使液壓泵吸油，使液壓泵吸油 不暢，運(yùn)轉(zhuǎn)困難，產(chǎn)生不暢，運(yùn)轉(zhuǎn)困難，產(chǎn)生噪聲噪聲。（b b）微小固體顆粒會(huì)加速有相對(duì)滑動(dòng)零件表面的）微小固體顆粒會(huì)加速有相對(duì)滑動(dòng)零件表面的磨損磨損，使液壓元件不能正常工作。使液壓元件不能正常工作。（c c）水分和空氣的混入會(huì)降低液壓油液的潤(rùn)滑性，并加）水分和空氣的混入會(huì)降低液壓油液的潤(rùn)滑性，并加速其速其氧化變質(zhì)氧化變質(zhì)。污染原因污染原因（a

17、 a）殘留物的污染）殘留物的污染（b b）侵入物的污染（空氣中的塵埃）侵入物的污染（空氣中的塵埃）（c c）生成物的污染）生成物的污染（三（三) )、工作液體的合理選擇和使用、工作液體的合理選擇和使用p使用使用定期檢查定期檢查：黏度、酸值、水分、顆粒大小和含黏度、酸值、水分、顆粒大小和含量以及腐蝕等。油液的量以及腐蝕等。油液的pH值，酸值超過值，酸值超過10%15%時(shí)時(shí) ，油液發(fā)黑、發(fā)臭、變成乳白色，油液發(fā)黑、發(fā)臭、變成乳白色的等應(yīng)更換。的等應(yīng)更換。污染的控制：污染的控制：當(dāng)工作液體中混入的固體污染物當(dāng)工作液體中混入的固體污染物質(zhì)量超過質(zhì)量超過4.4mg/100mL時(shí)，應(yīng)更換。特別是煤時(shí)，應(yīng)更

18、換。特別是煤礦井下作業(yè)的采掘機(jī)械。礦井下作業(yè)的采掘機(jī)械。濾除系統(tǒng)產(chǎn)生的雜質(zhì)：濾除系統(tǒng)產(chǎn)生的雜質(zhì)：及時(shí)更換過濾器濾芯。及時(shí)更換過濾器濾芯?？刂埔簤河鸵旱墓ぷ鳒囟龋嚎刂埔簤河鸵旱墓ぷ鳒囟龋?5左右油液開始左右油液開始變質(zhì)，最高油溫控制在變質(zhì)，最高油溫控制在80以下。表以下。表2-5課堂作業(yè)P2O.1、2、3、4（選做1題）7、8（必做）2.2 2.2 液體靜力學(xué)液體靜力學(xué)2.2.1 靜壓力及其特性靜壓力及其特性 液體靜力學(xué)研究靜止液體的力學(xué)規(guī)律和這些規(guī)律的實(shí)際應(yīng)用。液體靜力學(xué)研究靜止液體的力學(xué)規(guī)律和這些規(guī)律的實(shí)際應(yīng)用。這里所說的靜力液體是指液體處于內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)間無相對(duì)運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)，這里所說的靜力液體是指

19、液體處于內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)間無相對(duì)運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)，因此液體不顯示粘性，液體內(nèi)部無剪切應(yīng)力，只有法向應(yīng)力即壓因此液體不顯示粘性，液體內(nèi)部無剪切應(yīng)力，只有法向應(yīng)力即壓力。力。 靜壓力靜壓力是指液體處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，其單位面積上所受的法向是指液體處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，其單位面積上所受的法向作用力。靜壓力在液壓傳動(dòng)中簡(jiǎn)稱為壓力，而在物理學(xué)中則稱為作用力。靜壓力在液壓傳動(dòng)中簡(jiǎn)稱為壓力，而在物理學(xué)中則稱為壓強(qiáng)。壓強(qiáng)。 我國(guó)法定的壓力單位為牛頓我國(guó)法定的壓力單位為牛頓/ /米米2 2(N/m(N/m2 2) )，稱為帕斯卡，簡(jiǎn)稱帕，稱為帕斯卡，簡(jiǎn)稱帕(Pa)(Pa)。在液壓技術(shù)中，目前還采用的壓力單位有巴。在液壓技術(shù)中，目前還采

20、用的壓力單位有巴(bar)(bar)和工程大和工程大氣壓、千克力每平方米氣壓、千克力每平方米(kgf/cm(kgf/cm2 2 ) )等。等。 若靜止液體某點(diǎn)處微元面積若靜止液體某點(diǎn)處微元面積A上作用有法向力上作用有法向力F，則該，則該點(diǎn)壓力定義為：點(diǎn)壓力定義為：AFpAlim0可表示為：可表示為： p=F/A液體靜壓力有兩個(gè)重要特性：液體靜壓力有兩個(gè)重要特性： （1 1）液體靜壓力的方向總是沿著作用面的法線方向。）液體靜壓力的方向總是沿著作用面的法線方向。 這一特性可直接用液體的性質(zhì)來說明。液體只能這一特性可直接用液體的性質(zhì)來說明。液體只能保持一定的體積，不能保持固定的方向，不能承受拉保持一

21、定的體積，不能保持固定的方向，不能承受拉力和剪切力。所以只能承受法向壓力。力和剪切力。所以只能承受法向壓力。 （2)2)靜止液體中任何一點(diǎn)所受到各個(gè)方向壓力都相等。靜止液體中任何一點(diǎn)所受到各個(gè)方向壓力都相等。 如果液體中某一點(diǎn)所受到的各個(gè)方向的壓力不相如果液體中某一點(diǎn)所受到的各個(gè)方向的壓力不相等，那么在不平衡力作用下，液體就要流動(dòng)，這樣就等，那么在不平衡力作用下，液體就要流動(dòng)，這樣就破壞了液體靜止的條件，因此在靜止液體中作用于任破壞了液體靜止的條件，因此在靜止液體中作用于任一點(diǎn)的各個(gè)方向壓力必然相等。一點(diǎn)的各個(gè)方向壓力必然相等。容器的器壁對(duì)液體的容器的器壁對(duì)液體的。在靜止液體內(nèi)部的在靜止液體內(nèi)

22、部的，其在其在。2.2.2 靜壓力基本方程靜壓力基本方程 如圖所示容器中盛有液體，作如圖所示容器中盛有液體，作用在液面上的壓力為用在液面上的壓力為P P0 0，現(xiàn)在求離，現(xiàn)在求離液面液面h h深處深處A A點(diǎn)壓力，在液體內(nèi)取一點(diǎn)壓力，在液體內(nèi)取一個(gè)底面包含個(gè)底面包含A A點(diǎn)的小液柱，設(shè)其底點(diǎn)的小液柱，設(shè)其底部面積為部面積為 A A，高為，高為h h。這個(gè)小液柱這個(gè)小液柱在重力及周圍液體的壓力作用下，在重力及周圍液體的壓力作用下，處于平衡狀態(tài)。則在垂直方向上的處于平衡狀態(tài)。則在垂直方向上的力平衡方程為力平衡方程為 P=pP=p0 0+gh=p+gh=p0 0+h +h 其中其中為液體的密度，為液

23、體的密度， 為液體為液體的重度。的重度。上式即為靜壓力基本方程式，它說明了：上式即為靜壓力基本方程式，它說明了：（1 1）靜止液體中任意點(diǎn)的靜壓力是液體表面上的壓力和液柱重）靜止液體中任意點(diǎn)的靜壓力是液體表面上的壓力和液柱重力所產(chǎn)生的壓力之和。當(dāng)液面接觸大氣時(shí)，力所產(chǎn)生的壓力之和。當(dāng)液面接觸大氣時(shí)，p p0 0為大氣壓力為大氣壓力p pa a，故有故有 p=pp=pa a+ +hh（2 2）同一容器同一液體中的靜壓力隨深度的增加線性地增加。）同一容器同一液體中的靜壓力隨深度的增加線性地增加。（3 3）連通器內(nèi)，同一液體中深度相同的各點(diǎn)壓力都相等。）連通器內(nèi)，同一液體中深度相同的各點(diǎn)壓力都相等。

24、2.2.3 壓力的表示方法和單位壓力的表示方法和單位 以當(dāng)?shù)卮髿鈮毫榛鶞?zhǔn)所表示的壓力，稱為相對(duì)壓力。以當(dāng)?shù)卮髿鈮毫榛鶞?zhǔn)所表示的壓力，稱為相對(duì)壓力。相對(duì)壓力也稱相對(duì)壓力也稱表壓力表壓力。壓力有兩種表示方法：壓力有兩種表示方法： 以絕對(duì)零壓力作為基準(zhǔn)所表示的壓力，稱為以絕對(duì)零壓力作為基準(zhǔn)所表示的壓力，稱為絕對(duì)壓力絕對(duì)壓力。 相對(duì)壓力為負(fù)數(shù)時(shí)，工程上稱為相對(duì)壓力為負(fù)數(shù)時(shí)，工程上稱為真空度真空度。真空度的大。真空度的大小以此負(fù)數(shù)的絕對(duì)值表示。小以此負(fù)數(shù)的絕對(duì)值表示。顯然顯然 絕對(duì)壓力大氣壓力相對(duì)壓力（表壓力）絕對(duì)壓力大氣壓力相對(duì)壓力（表壓力） 相對(duì)壓力（表壓力）絕對(duì)壓力大氣壓力相對(duì)壓力（表壓力）絕

25、對(duì)壓力大氣壓力 真空度大氣壓力絕對(duì)壓力真空度大氣壓力絕對(duì)壓力壓力的單位壓力的單位: : 我國(guó)法定壓力單位為帕斯卡，簡(jiǎn)稱帕，符號(hào)為我國(guó)法定壓力單位為帕斯卡，簡(jiǎn)稱帕，符號(hào)為PaPa，1Pa 1Pa = 1 N/m2= 1 N/m2。由于。由于PaPa太小，工程上常用其倍數(shù)單位兆帕（太小，工程上常用其倍數(shù)單位兆帕（MPaMPa）來表示：來表示： 1MPa = 101MPa = 106 6 Pa Pa 壓力單位及其它非法定計(jì)量單位的換算關(guān)系壓力單位及其它非法定計(jì)量單位的換算關(guān)系: : 1at1at（工程大氣壓）（工程大氣壓）=1kgf/cm2=9.8=1kgf/cm2=9.810104 4 Pa Pa

26、 1mH2O(1mH2O(米水柱米水柱)=9.8)=9.810103 3 Pa Pa 1mmHg(1mmHg(毫米汞柱毫米汞柱)=1.33)=1.3310102 2 Pa Pa 1bar(1bar(巴巴) = 105 Pa1.02kgf/cm) = 105 Pa1.02kgf/cm2 22.2.4 2.2.4 帕斯卡原理帕斯卡原理 由靜壓力基本方程式由靜壓力基本方程式 p=pp=p0 0+ +h h 可知，液可知，液體中任何一點(diǎn)的壓力都包含有液面壓力體中任何一點(diǎn)的壓力都包含有液面壓力p p0 0，或，或者說液體表面的壓力者說液體表面的壓力p p0 0等值的傳遞到液體內(nèi)所等值的傳遞到液體內(nèi)所有的

27、地方。這稱為有的地方。這稱為帕斯卡原理或靜壓傳遞原理帕斯卡原理或靜壓傳遞原理。 通常在液壓系統(tǒng)的壓力管路和壓力容器中，通常在液壓系統(tǒng)的壓力管路和壓力容器中，由外力所產(chǎn)生的壓力由外力所產(chǎn)生的壓力p p0 0要比液體自重所產(chǎn)生的要比液體自重所產(chǎn)生的壓力壓力hh大許多倍。即對(duì)于液壓傳動(dòng)來說，一般大許多倍。即對(duì)于液壓傳動(dòng)來說，一般不考慮液體位置高度對(duì)于壓力的影響，可以認(rèn)不考慮液體位置高度對(duì)于壓力的影響，可以認(rèn)為靜止液體內(nèi)各處的壓力都是相等的。為靜止液體內(nèi)各處的壓力都是相等的。 圖中是運(yùn)用帕斯卡原理尋找推力和負(fù)載間關(guān)系的實(shí)例。圖中垂直、水圖中是運(yùn)用帕斯卡原理尋找推力和負(fù)載間關(guān)系的實(shí)例。圖中垂直、水平液壓

28、缸截面積為平液壓缸截面積為A1、A2；活塞上負(fù)載為；活塞上負(fù)載為F1、F2。兩缸互相連通，構(gòu)成一。兩缸互相連通，構(gòu)成一個(gè)密閉容器，則按帕斯卡原理，缸內(nèi)壓力到處相等，個(gè)密閉容器，則按帕斯卡原理，缸內(nèi)壓力到處相等，p1=p2，于是，于是F2F1 . A2/A1，如果垂直液缸活塞上沒負(fù)載，則在略去活塞重量及其它阻力時(shí)，如果垂直液缸活塞上沒負(fù)載，則在略去活塞重量及其它阻力時(shí)，不論怎樣推動(dòng)水平液壓缸活塞，不能在液體中形成壓力。不論怎樣推動(dòng)水平液壓缸活塞，不能在液體中形成壓力。帕 斯 卡 原 理 應(yīng) 用 實(shí) 例2.2.5 2.2.5 靜壓力對(duì)固體壁面的作用力靜壓力對(duì)固體壁面的作用力（1）當(dāng)固體壁面是平面時(shí)

29、，作用于該面上壓力的方向互相平）當(dāng)固體壁面是平面時(shí)，作用于該面上壓力的方向互相平行，垂直于承壓面：行，垂直于承壓面：ApF（2）當(dāng)固體壁面為曲面時(shí)，液體壓力在該曲面某）當(dāng)固體壁面為曲面時(shí)，液體壓力在該曲面某x方向上的總方向上的總作用力：作用力：xxpAF 靜壓力作用在液壓缸內(nèi)壁面上的力靜壓力作用在液壓缸內(nèi)壁面上的力dddlrslA（3）例如：液壓缸缸筒）例如：液壓缸缸筒xxxpAlrpplrFF2dcosd22222.3 2.3 液體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)液體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)液體動(dòng)力學(xué)是研究液體運(yùn)動(dòng)與作用力之間的相互關(guān)系的。液體動(dòng)力學(xué)是研究液體運(yùn)動(dòng)與作用力之間的相互關(guān)系的。三大方程：三大方程：液體的連續(xù)性方程、

30、能量方程和動(dòng)量方程。液體的連續(xù)性方程、能量方程和動(dòng)量方程。2.3.1 基本概念基本概念1.理想液體、恒定流動(dòng)和一維流動(dòng)理想液體、恒定流動(dòng)和一維流動(dòng) 通常將既無粘性又不可壓縮的液體稱為通常將既無粘性又不可壓縮的液體稱為理想液體。理想液體。它是一種人為假想的，它是一種人為假想的，自然界中并不存在的液體。自然界中并不存在的液體。 液體流動(dòng)時(shí)，若液體中任何一點(diǎn)的壓力、速度和密度都不隨時(shí)間變化，液體流動(dòng)時(shí)，若液體中任何一點(diǎn)的壓力、速度和密度都不隨時(shí)間變化，就稱液體作就稱液體作恒定流動(dòng)恒定流動(dòng)(亦稱穩(wěn)定流動(dòng)或定常流動(dòng)亦稱穩(wěn)定流動(dòng)或定常流動(dòng))。 只要壓力、速度和密度中有一個(gè)參數(shù)隨時(shí)間變化，則稱為非恒定流動(dòng)。

31、只要壓力、速度和密度中有一個(gè)參數(shù)隨時(shí)間變化，則稱為非恒定流動(dòng)。液體整體做線形流動(dòng)時(shí)稱為一維流動(dòng)；液體整體做平面或空間流動(dòng)時(shí)稱為液體整體做線形流動(dòng)時(shí)稱為一維流動(dòng)；液體整體做平面或空間流動(dòng)時(shí)稱為二二維或三維流動(dòng)維或三維流動(dòng)。 一維流動(dòng)是最簡(jiǎn)單的流動(dòng)，常將封閉容器內(nèi)液體的流動(dòng)按一維流動(dòng)來處理。一維流動(dòng)是最簡(jiǎn)單的流動(dòng)，常將封閉容器內(nèi)液體的流動(dòng)按一維流動(dòng)來處理。比如液壓系統(tǒng)中油液的流動(dòng)就可簡(jiǎn)化為一維流動(dòng)。比如液壓系統(tǒng)中油液的流動(dòng)就可簡(jiǎn)化為一維流動(dòng)。2.通流截面、流量和平均流速通流截面、流量和平均流速液體在管道內(nèi)流動(dòng)時(shí)，其垂直于流動(dòng)方向的截面稱為液體在管道內(nèi)流動(dòng)時(shí)，其垂直于流動(dòng)方向的截面稱為通流截面通流截

32、面。單位時(shí)間內(nèi)流過某通流截面的液體體積稱為流量，用單位時(shí)間內(nèi)流過某通流截面的液體體積稱為流量，用Q表示，即：表示，即：tVQ 流量和平均流速流量和平均流速 AuQdd通過通過dA的微小流量為：的微小流量為：而流過整個(gè)通流截面而流過整個(gè)通流截面A的流量為：的流量為：AAuQdvAAuQAd由于：由于：平均流速：平均流速：AQv 2.3.2 連續(xù)方程連續(xù)方程 連續(xù)性方程是質(zhì)量守恒定律在流體力學(xué)中的一種表達(dá)形式，即將質(zhì)量連續(xù)性方程是質(zhì)量守恒定律在流體力學(xué)中的一種表達(dá)形式，即將質(zhì)量守恒轉(zhuǎn)化為理想液體恒定流動(dòng)時(shí)的體積守恒。守恒轉(zhuǎn)化為理想液體恒定流動(dòng)時(shí)的體積守恒。液流的連續(xù)性原理液流的連續(xù)性原理 設(shè)液體在

33、如圖所示的管道內(nèi)作恒定設(shè)液體在如圖所示的管道內(nèi)作恒定流動(dòng)。根據(jù)質(zhì)量守恒定律，單位時(shí)間內(nèi)流動(dòng)。根據(jù)質(zhì)量守恒定律，單位時(shí)間內(nèi)流過兩通流截面的液體質(zhì)量相等，即：流過兩通流截面的液體質(zhì)量相等，即：222111AvAv若液體不可壓縮，則若液體不可壓縮，則1=2，此時(shí)：，此時(shí)：2211AvAv即：即：常數(shù) vAQ上式為連續(xù)性方程。它表明在恒定流動(dòng)中，通過管道各截面的不可壓縮液體上式為連續(xù)性方程。它表明在恒定流動(dòng)中，通過管道各截面的不可壓縮液體的流量相等，因而平均流速與通流截面面積成反比。的流量相等，因而平均流速與通流截面面積成反比。2.3.3 伯努利方程伯努利方程伯努利方程是流動(dòng)液體的能量方程，是能量守恒

34、定律在流體力學(xué)中的一種表伯努利方程是流動(dòng)液體的能量方程，是能量守恒定律在流體力學(xué)中的一種表達(dá)形式。達(dá)形式。1.理想液體的伯努利方程理想液體的伯努利方程 設(shè)理想液體在圖示的管道內(nèi)作恒定流動(dòng)。分析液體的功能變化。設(shè)理想液體在圖示的管道內(nèi)作恒定流動(dòng)。分析液體的功能變化。(1)外力所做的功外力所做的功 作用于該液段上的外力有側(cè)面和兩斷面上的壓力，因是理想液體，側(cè)面上無摩擦力，故作用于該液段上的外力有側(cè)面和兩斷面上的壓力，因是理想液體，側(cè)面上無摩擦力，故外力的功僅是兩斷面處壓力所做功的代數(shù)和，即：外力的功僅是兩斷面處壓力所做功的代數(shù)和，即：tvAptvApW222111理想液體伯努利方程的推導(dǎo)理想液體伯

35、努利方程的推導(dǎo) 由連續(xù)性方程有：由連續(xù)性方程有：VtQtAtA2211VppW)(21(2)液體機(jī)械能的變化液體機(jī)械能的變化理想液體作恒定流動(dòng)，經(jīng)理想液體作恒定流動(dòng)，經(jīng)t時(shí)間后，中間段時(shí)間后，中間段ab的液體力學(xué)參數(shù)無變化，沒有能量的的液體力學(xué)參數(shù)無變化，沒有能量的變化。液體機(jī)械能僅表現(xiàn)在變化。液體機(jī)械能僅表現(xiàn)在bb和和aa段有能量的增減。由連續(xù)性方程可知兩液段具有段有能量的增減。由連續(xù)性方程可知兩液段具有相同的質(zhì)量：相同的質(zhì)量：VtQtAtAm222111所以兩段液體的位能差所以兩段液體的位能差Ep和動(dòng)能差和動(dòng)能差Ek分別為：分別為：)()(1212hhVghhtgQmghEp)(21)(2

36、121212221222VtQmvEk根據(jù)能量守恒定律，外力對(duì)液體所做的功等于該液體能量的變化量根據(jù)能量守恒定律，外力對(duì)液體所做的功等于該液體能量的變化量 ,kpEEW（ppVg V hhV1221221212)()()將上式各項(xiàng)分別除以微小段液體的體積將上式各項(xiàng)分別除以微小段液體的體積 V，整理后得理想液體伯努利方程為，整理后得理想液體伯努利方程為pghpgh111222221212pghconst122(常數(shù)）或者：或者：上式中各項(xiàng)分別是單位體積液體的上式中各項(xiàng)分別是單位體積液體的壓力能、位能和動(dòng)能壓力能、位能和動(dòng)能。這個(gè)方。這個(gè)方程的物理意義是：在密閉管道中作定常流動(dòng)的理想液體具有壓力程

37、的物理意義是：在密閉管道中作定常流動(dòng)的理想液體具有壓力能、位能和動(dòng)能三種形式的能量。在液體流動(dòng)過程中，這三種能能、位能和動(dòng)能三種形式的能量。在液體流動(dòng)過程中，這三種能量可以互相轉(zhuǎn)化，但各過流斷面上三種能量之和為恒定值。量可以互相轉(zhuǎn)化，但各過流斷面上三種能量之和為恒定值。而靜壓力基本方程則是伯努利方程（在速度為零時(shí)）的特例。而靜壓力基本方程則是伯努利方程（在速度為零時(shí)）的特例。2.實(shí)際液體的伯努利方程實(shí)際液體的伯努利方程實(shí)際液體在管道中流動(dòng)時(shí)，由于液體存在粘性，會(huì)產(chǎn)生內(nèi)摩擦力，消耗能實(shí)際液體在管道中流動(dòng)時(shí)，由于液體存在粘性，會(huì)產(chǎn)生內(nèi)摩擦力，消耗能量；同時(shí)，管道局部形狀和尺寸的驟然變化，使液體產(chǎn)生

38、擾動(dòng)，也消耗能量；同時(shí)，管道局部形狀和尺寸的驟然變化，使液體產(chǎn)生擾動(dòng)，也消耗能量。因此，實(shí)際液體流動(dòng)有能量損失。量。因此，實(shí)際液體流動(dòng)有能量損失。whghpghp22222211112121 式中動(dòng)能修正系數(shù)式中動(dòng)能修正系數(shù) 的值，當(dāng)液體紊流時(shí)取的值，當(dāng)液體紊流時(shí)取 =1，層流時(shí)取，層流時(shí)取 =2。伯努利方程揭示了液體流動(dòng)過程中的能量變化規(guī)律。它指出，對(duì)于流動(dòng)的伯努利方程揭示了液體流動(dòng)過程中的能量變化規(guī)律。它指出，對(duì)于流動(dòng)的液體來說，如果沒有能量的輸入和輸出，液體內(nèi)的總能量是不變的。液體來說，如果沒有能量的輸入和輸出，液體內(nèi)的總能量是不變的。在應(yīng)用伯努利方程時(shí)，應(yīng)注意在應(yīng)用伯努利方程時(shí)，應(yīng)注意

39、h和和p是指截面上同一點(diǎn)的兩個(gè)參數(shù)。是指截面上同一點(diǎn)的兩個(gè)參數(shù)。在應(yīng)用伯努利方程解決具體問題時(shí)需注意：在應(yīng)用伯努利方程解決具體問題時(shí)需注意： 兩通流截面的選取，首先應(yīng)包含所求的未知量，兩通流截面的選取，首先應(yīng)包含所求的未知量，另一個(gè)截面應(yīng)選在已知參數(shù)最多處；例如：文丘利流另一個(gè)截面應(yīng)選在已知參數(shù)最多處；例如：文丘利流量計(jì)量計(jì) 基準(zhǔn)的選取應(yīng)減少未知量；基準(zhǔn)的選取應(yīng)減少未知量； 計(jì)算過程中，壓力的基準(zhǔn)應(yīng)選用一致；計(jì)算過程中，壓力的基準(zhǔn)應(yīng)選用一致； 若未知量多于方程數(shù)，則必須列出其它輔助方程，若未知量多于方程數(shù)，則必須列出其它輔助方程，如連續(xù)性方程等，聯(lián)立求解。如連續(xù)性方程等，聯(lián)立求解。2.3.4

40、動(dòng)量方程動(dòng)量方程 動(dòng)量方程是動(dòng)量定律在流體力學(xué)中的具體應(yīng)用。在液壓傳動(dòng)中，要計(jì)算動(dòng)量方程是動(dòng)量定律在流體力學(xué)中的具體應(yīng)用。在液壓傳動(dòng)中，要計(jì)算液流作用在固體壁面上的力時(shí)，應(yīng)用動(dòng)量方程求解比較方便。液流作用在固體壁面上的力時(shí)，應(yīng)用動(dòng)量方程求解比較方便。 剛體力學(xué)動(dòng)量定律指出，作用在物體上的外力等于物體在力作用方向上剛體力學(xué)動(dòng)量定律指出，作用在物體上的外力等于物體在力作用方向上單位時(shí)間內(nèi)動(dòng)量的變化量，即：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)動(dòng)量的變化量，即：tmtmvtIF)(d)(ddd12對(duì)于作定常流動(dòng)的液體，若忽略其可壓縮性，可將對(duì)于作定常流動(dòng)的液體，若忽略其可壓縮性，可將m= q t代入上式，并考代入上式，并考慮以

41、平均流速代替實(shí)際流速會(huì)產(chǎn)生誤差，因而引入動(dòng)量修正系數(shù)慮以平均流速代替實(shí)際流速會(huì)產(chǎn)生誤差，因而引入動(dòng)量修正系數(shù) ，則可寫，則可寫出如下形式的動(dòng)量方程為：出如下形式的動(dòng)量方程為：)(1122QF上式為矢量方程，使用時(shí)應(yīng)根據(jù)具體情況將式中的各個(gè)矢量分解為指定方上式為矢量方程，使用時(shí)應(yīng)根據(jù)具體情況將式中的各個(gè)矢量分解為指定方向上的投影值，再列出該方向上的動(dòng)量方程。例如在指定向上的投影值，再列出該方向上的動(dòng)量方程。例如在指定x方向上的動(dòng)量方方向上的動(dòng)量方程可寫成如下形式：程可寫成如下形式：)(1122xxxQF2.4 2.4 管路壓力損失計(jì)算管路壓力損失計(jì)算 實(shí)際液體具有粘性，在液體流動(dòng)時(shí)就有力，實(shí)際液

42、體具有粘性，在液體流動(dòng)時(shí)就有力，為了克服阻力，就必然要消耗能量，這樣就有為了克服阻力，就必然要消耗能量，這樣就有能量損失。能量損失主要表現(xiàn)為壓力損失，這能量損失。能量損失主要表現(xiàn)為壓力損失，這就是實(shí)際液體伯努利方程中最后一項(xiàng)的意義。就是實(shí)際液體伯努利方程中最后一項(xiàng)的意義。 壓力損失過大，將使功率消耗增加，油液發(fā)壓力損失過大，將使功率消耗增加，油液發(fā)熱，泄漏增加，效率降低，液壓系統(tǒng)性能變壞。熱，泄漏增加，效率降低，液壓系統(tǒng)性能變壞。因此在液壓技術(shù)中正確估算壓力損失的大小，因此在液壓技術(shù)中正確估算壓力損失的大小，從而找到減少壓力損失的途徑。從而找到減少壓力損失的途徑。2.4.1 流態(tài)與雷諾數(shù)流態(tài)與

43、雷諾數(shù)1.層流和紊流層流和紊流 液體的流動(dòng)呈現(xiàn)兩種狀態(tài)：層流和紊流。兩種流動(dòng)狀態(tài)的物理現(xiàn)象可以液體的流動(dòng)呈現(xiàn)兩種狀態(tài)：層流和紊流。兩種流動(dòng)狀態(tài)的物理現(xiàn)象可以通過雷諾實(shí)驗(yàn)觀察得到。通過雷諾實(shí)驗(yàn)觀察得到。 19世紀(jì)末，雷諾首先通過實(shí)驗(yàn)觀察了水在圓管內(nèi)的流動(dòng)情況，并發(fā)現(xiàn)液世紀(jì)末，雷諾首先通過實(shí)驗(yàn)觀察了水在圓管內(nèi)的流動(dòng)情況，并發(fā)現(xiàn)液體在管道中流動(dòng)時(shí)有兩種流動(dòng)狀態(tài)：層流和紊流（湍流）。這個(gè)實(shí)驗(yàn)被稱為體在管道中流動(dòng)時(shí)有兩種流動(dòng)狀態(tài)：層流和紊流（湍流）。這個(gè)實(shí)驗(yàn)被稱為雷諾實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在層流時(shí)，液體質(zhì)點(diǎn)互不干擾，液體的流動(dòng)呈線雷諾實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在層流時(shí)，液體質(zhì)點(diǎn)互不干擾，液體的流動(dòng)呈線性或?qū)訝睿?/p>

44、且平行于管道軸線；而在紊流時(shí)，液體質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)雜亂無章，在性或?qū)訝睿移叫杏诠艿垒S線；而在紊流時(shí)，液體質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)雜亂無章，在沿管道流動(dòng)時(shí)，除平行于管道軸線的運(yùn)動(dòng)外，還存在著劇烈的橫向運(yùn)動(dòng)，液沿管道流動(dòng)時(shí)，除平行于管道軸線的運(yùn)動(dòng)外，還存在著劇烈的橫向運(yùn)動(dòng)，液體質(zhì)點(diǎn)在流動(dòng)中互相干擾。體質(zhì)點(diǎn)在流動(dòng)中互相干擾。 層流和紊流是兩種不同性質(zhì)的流態(tài)。層流和紊流是兩種不同性質(zhì)的流態(tài)。層流時(shí)層流時(shí)，液體流速低，質(zhì)點(diǎn)受粘，液體流速低，質(zhì)點(diǎn)受粘性力制約，不能隨意運(yùn)動(dòng)，性力制約，不能隨意運(yùn)動(dòng)，粘性力起主導(dǎo)作用粘性力起主導(dǎo)作用；紊流時(shí)紊流時(shí)，液體流速高，液體流速高，粘性的制約作用減弱，粘性的制約作用減弱，慣性力起主導(dǎo)作用

45、慣性力起主導(dǎo)作用。2.雷諾數(shù)雷諾數(shù) 液體的流動(dòng)狀態(tài)可以用雷諾數(shù)來判別。液體的流動(dòng)狀態(tài)可以用雷諾數(shù)來判別。 液體在圓管中的流動(dòng)狀態(tài)不僅與管內(nèi)平均流速液體在圓管中的流動(dòng)狀態(tài)不僅與管內(nèi)平均流速v有關(guān)，還和管徑有關(guān)，還和管徑d、液體的、液體的運(yùn)動(dòng)粘度運(yùn)動(dòng)粘度有關(guān)。實(shí)際上，判定流態(tài)的是這三個(gè)參數(shù)所組成的一個(gè)叫做雷諾數(shù)有關(guān)。實(shí)際上，判定流態(tài)的是這三個(gè)參數(shù)所組成的一個(gè)叫做雷諾數(shù)Re的無量綱數(shù)，即：的無量綱數(shù)，即：deR 雷諾數(shù)的物理意義：雷諾數(shù)是液流的慣性作用對(duì)粘性作用的比。當(dāng)雷諾雷諾數(shù)的物理意義：雷諾數(shù)是液流的慣性作用對(duì)粘性作用的比。當(dāng)雷諾數(shù)較大時(shí)，說明慣性力起主導(dǎo)作用，這時(shí)液體處于紊流狀態(tài)；當(dāng)雷諾數(shù)較數(shù)

46、較大時(shí)，說明慣性力起主導(dǎo)作用，這時(shí)液體處于紊流狀態(tài)；當(dāng)雷諾數(shù)較小時(shí)，說明粘性力起主導(dǎo)作用，這時(shí)液體處于層流狀態(tài)。小時(shí)，說明粘性力起主導(dǎo)作用，這時(shí)液體處于層流狀態(tài)。 雷諾數(shù)是液體在管道中流動(dòng)狀態(tài)的判別數(shù)。對(duì)于不同情況下的液體流動(dòng)狀雷諾數(shù)是液體在管道中流動(dòng)狀態(tài)的判別數(shù)。對(duì)于不同情況下的液體流動(dòng)狀態(tài)，如果液體流動(dòng)時(shí)的雷諾數(shù)態(tài)，如果液體流動(dòng)時(shí)的雷諾數(shù)Re相同，它的流動(dòng)狀態(tài)也就相同。液流由層相同，它的流動(dòng)狀態(tài)也就相同。液流由層流轉(zhuǎn)變?yōu)槲闪鲿r(shí)的雷諾數(shù)和由紊流轉(zhuǎn)變?yōu)閷恿鲿r(shí)的雷諾數(shù)是不相同的，后流轉(zhuǎn)變?yōu)槲闪鲿r(shí)的雷諾數(shù)和由紊流轉(zhuǎn)變?yōu)閷恿鲿r(shí)的雷諾數(shù)是不相同的，后者的數(shù)值要小，所以一般都用后者作為判斷液流狀態(tài)的依據(jù)

47、，稱為臨界雷者的數(shù)值要小，所以一般都用后者作為判斷液流狀態(tài)的依據(jù)，稱為臨界雷諾數(shù)，記作諾數(shù)，記作Re。 光滑金屬圓管光滑金屬圓管 ：Re23202.4.2 圓管層流圓管層流圓管中的層流圓管中的層流 液體等速流動(dòng)時(shí)，列出小圓柱體的受力平衡方程，有液體等速流動(dòng)時(shí)，列出小圓柱體的受力平衡方程，有rurLFrppfdd2)221（rrlpud2d 對(duì)上式進(jìn)行積分，并代入相應(yīng)的邊界條件，即當(dāng)對(duì)上式進(jìn)行積分，并代入相應(yīng)的邊界條件，即當(dāng)r=R時(shí)，時(shí)，u=0，得：，得：)(422rRlpu可見管內(nèi)流速隨半徑按拋物線規(guī)律分布，最大速度在管軸線上，因可見管內(nèi)流速隨半徑按拋物線規(guī)律分布，最大速度在管軸線上，因r=0

48、，故：，故： 22max164dLpRlpu通過的流量為通過的流量為 ：pLdpLRrdrrRLpQR1288)(4240422根據(jù)平均流速的定義，在管道內(nèi)的平均流速是根據(jù)平均流速的定義，在管道內(nèi)的平均流速是 ：pLdpLddAQ3212841242將上式與值比較可知，將上式與值比較可知，平均流速平均流速 為最大流速的為最大流速的1/2。2.4.3 管道流動(dòng)的壓力損失管道流動(dòng)的壓力損失實(shí)際液體具有粘性，液體流動(dòng)時(shí)粘性阻力要消耗部分能量，這種能量損失實(shí)際液體具有粘性，液體流動(dòng)時(shí)粘性阻力要消耗部分能量，這種能量損失表現(xiàn)為壓力損失。液體在管道中流動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的壓力損失分為兩種：一種是表現(xiàn)為壓力損失。液體

49、在管道中流動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的壓力損失分為兩種：一種是液體在等徑直管中流動(dòng)時(shí)因摩擦而產(chǎn)生的損失，稱為液體在等徑直管中流動(dòng)時(shí)因摩擦而產(chǎn)生的損失，稱為沿程壓力損失沿程壓力損失，常用，常用p表示；另一種是液體流經(jīng)接頭、彎頭、閥口以及突變截面等處時(shí)，因流表示；另一種是液體流經(jīng)接頭、彎頭、閥口以及突變截面等處時(shí)，因流速或流向變化所造成的壓力損失，稱為速或流向變化所造成的壓力損失，稱為局部壓力損失局部壓力損失，常用，常用p表示。表示。1.沿程壓力損失沿程壓力損失沿程壓力損失的計(jì)算公式，可直接由圓管層流流量公式得到：沿程壓力損失的計(jì)算公式，可直接由圓管層流流量公式得到：QdLp412822Re6422dldLp液體在

50、圓管中作紊流流動(dòng)時(shí)，其沿程壓力損失計(jì)算公式與層流時(shí)相同，液體在圓管中作紊流流動(dòng)時(shí)，其沿程壓力損失計(jì)算公式與層流時(shí)相同，但式中的但式中的沿程阻力系數(shù)沿程阻力系數(shù)與層流時(shí)不同與層流時(shí)不同。具體計(jì)算時(shí)，可根據(jù)不同雷諾。具體計(jì)算時(shí)，可根據(jù)不同雷諾數(shù)和管內(nèi)壁粗糙情況，查閱有關(guān)經(jīng)驗(yàn)公式或曲線確定數(shù)和管內(nèi)壁粗糙情況，查閱有關(guān)經(jīng)驗(yàn)公式或曲線確定。2.局部壓力損失局部壓力損失沿程壓力損失的計(jì)算公式，可直接由圓管層流流量公式得到：沿程壓力損失的計(jì)算公式，可直接由圓管層流流量公式得到：液流流經(jīng)閥口、彎頭等處局部區(qū)域的流動(dòng)情況非常復(fù)雜，影響因素較多，除個(gè)別情液流流經(jīng)閥口、彎頭等處局部區(qū)域的流動(dòng)情況非常復(fù)雜，影響因素較

51、多，除個(gè)別情況外不易進(jìn)行理論分析計(jì)算，一般可按下式計(jì)算：況外不易進(jìn)行理論分析計(jì)算，一般可按下式計(jì)算：p22式中，式中，為局部阻力系數(shù)。各種局部裝置結(jié)構(gòu)的為局部阻力系數(shù)。各種局部裝置結(jié)構(gòu)的值可查有關(guān)手冊(cè)。值可查有關(guān)手冊(cè)。液流經(jīng)過閥類元件時(shí)，也會(huì)造成壓力損失，其常用下式計(jì)算：液流經(jīng)過閥類元件時(shí)，也會(huì)造成壓力損失，其常用下式計(jì)算：2NNVQQpp3.管路系統(tǒng)的總壓力損失管路系統(tǒng)的總壓力損失管路系統(tǒng)的總壓力損失是各段直管中的沿程損失和各局部壓力損失的總和，即：管路系統(tǒng)的總壓力損失是各段直管中的沿程損失和各局部壓力損失的總和，即： 222)()2()2(NNVQQpvvdLpppp可見，影響壓力損失的最

52、主要參數(shù)是流速?？梢?，影響壓力損失的最主要參數(shù)是流速。2.5 2.5 孔口和縫隙流動(dòng)特性孔口和縫隙流動(dòng)特性液壓技術(shù)中經(jīng)常利用孔口和縫隙來控制流量和壓力，以達(dá)到調(diào)速和調(diào)壓的目的。液壓元液壓技術(shù)中經(jīng)常利用孔口和縫隙來控制流量和壓力，以達(dá)到調(diào)速和調(diào)壓的目的。液壓元件的泄漏也屬縫隙流動(dòng)，因此研究孔口和縫隙流動(dòng)的情況，對(duì)于正確分析元件工作原理件的泄漏也屬縫隙流動(dòng)，因此研究孔口和縫隙流動(dòng)的情況，對(duì)于正確分析元件工作原理和系統(tǒng)性能，是非常必要的。和系統(tǒng)性能，是非常必要的。2.5.1 孔口流動(dòng)孔口流動(dòng)通過薄壁小孔的流動(dòng)通過薄壁小孔的流動(dòng) 1.薄壁小孔薄壁小孔薄壁小孔是指小孔的長(zhǎng)徑比薄壁小孔是指小孔的長(zhǎng)徑比L/

53、d105時(shí)，可取時(shí)，可取Cd=0.600.61。當(dāng)小孔邊緣不是刃口時(shí)，。當(dāng)小孔邊緣不是刃口時(shí)，Cd將會(huì)增大。將會(huì)增大。計(jì)算時(shí)請(qǐng)查閱有關(guān)手冊(cè)。計(jì)算時(shí)請(qǐng)查閱有關(guān)手冊(cè)。2.短孔和細(xì)長(zhǎng)孔短孔和細(xì)長(zhǎng)孔當(dāng)孔的長(zhǎng)徑比當(dāng)孔的長(zhǎng)徑比0.54時(shí)，稱為細(xì)長(zhǎng)孔。液時(shí)，稱為細(xì)長(zhǎng)孔。液體在細(xì)長(zhǎng)孔中多為層流，可直接應(yīng)用圓管體在細(xì)長(zhǎng)孔中多為層流，可直接應(yīng)用圓管層流的流量公式。層流的流量公式。pLdQ1284短孔的流量系數(shù)短孔的流量系數(shù)2.5.2縫隙流動(dòng)縫隙流動(dòng)液壓裝置的各零件之間，特別是有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的各零件，一般都存在縫隙（或液壓裝置的各零件之間，特別是有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的各零件，一般都存在縫隙（或稱為間隙）。流過縫隙的油液是泄漏，這

54、個(gè)流量就是縫隙泄漏流量。由于縫稱為間隙）。流過縫隙的油液是泄漏，這個(gè)流量就是縫隙泄漏流量。由于縫隙通道狹窄，液流受壁面的影響較大，流速低，因此縫隙液流的流態(tài)均為層隙通道狹窄，液流受壁面的影響較大，流速低，因此縫隙液流的流態(tài)均為層流。流。 通常來講，縫隙流動(dòng)有三種狀況：一種是由縫隙兩端壓力差造成的流動(dòng)，稱通常來講，縫隙流動(dòng)有三種狀況：一種是由縫隙兩端壓力差造成的流動(dòng)，稱為為壓差流動(dòng)壓差流動(dòng)；另一種是形成縫隙的兩壁面作相對(duì)運(yùn)動(dòng)所造成的流動(dòng)，稱為；另一種是形成縫隙的兩壁面作相對(duì)運(yùn)動(dòng)所造成的流動(dòng)，稱為剪剪切流動(dòng)切流動(dòng)；此外，這兩種流動(dòng)會(huì)經(jīng)常同時(shí)存在形成它們的組合；此外，這兩種流動(dòng)會(huì)經(jīng)常同時(shí)存在形成它們

55、的組合壓差剪切流壓差剪切流動(dòng)動(dòng)。1.平行平板縫隙平行平板縫隙列受力平衡方程：列受力平衡方程： pdy+(+d)dx=(p+dp)dy+dx將將=du/dy代入后整理有代入后整理有:xpyudd1dd22對(duì)上式兩次積分得：對(duì)上式兩次積分得：212dd21CyCyxpu利用邊界條件：利用邊界條件：y=0處，處，u=0; y=h處，處，uu0求得：求得：0;dd21201ChxphuC液體作層流流動(dòng)時(shí)：液體作層流流動(dòng)時(shí)： LpLppLppxp2112dd于是得到流速方程：于是得到流速方程： yhuyyhLpu0)(2流量方程：流量方程： hhbhupLbhybyhuyyhLpybuQ00030212d)(2d當(dāng)壓差流動(dòng)與剪切流動(dòng)方向不同時(shí)，第二項(xiàng)為當(dāng)壓差流動(dòng)與剪切流動(dòng)方向不同時(shí)，第二項(xiàng)為“”號(hào)。號(hào)。 當(dāng)上、下兩平板均固定不動(dòng)時(shí)，即當(dāng)上、下兩平板均固定不動(dòng)時(shí)，即u0=0時(shí)，可得時(shí)，可得壓差流動(dòng)壓差流動(dòng)時(shí)的流量，其