液壓流體力學(xué)-江蘇理工學(xué)院

液壓流體力學(xué)-江蘇理工學(xué)院第一頁(yè)，共20頁(yè)。液壓流體力學(xué)是研究液體靜止和運(yùn)動(dòng)時(shí)，其力學(xué)規(guī)律的一門(mén)學(xué)科?？煞譃椋阂后w靜力學(xué)：研究液體在靜止?fàn)顟B(tài)下的力學(xué)規(guī)律及其應(yīng)用液體動(dòng)力學(xué)：研究液體流動(dòng)時(shí)流速和壓力的變化規(guī)律管道中液流的特性：用于研究液體在管路中流動(dòng)時(shí)的壓力損失孔口及縫隙的壓力流量特性：用于分析節(jié)流調(diào)速回路性能及計(jì)算元件泄漏量第二頁(yè)，共20頁(yè)。第二節(jié)液體靜力學(xué)

（Hydrostatics）靜壓力及其特性靜壓力基本方程式帕斯卡原理（靜壓傳遞原理）靜壓力對(duì)固體壁面的作用力第三頁(yè)，共20頁(yè)。靜止液體

指液體內(nèi)部各質(zhì)點(diǎn)之間沒(méi)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，不呈現(xiàn)粘性，至使液體整體，完全可以象剛體一樣作各種運(yùn)動(dòng)。

注意：靜止液體內(nèi)部各層的速度梯度為

。

0第四頁(yè)，共20頁(yè)。

液體靜壓力及其特性

（StaticPressure&Characteristicofhydrostatics）液體的靜壓力靜止液體在單位面積上所受的法向力稱(chēng)為靜壓力。p=limΔF/ΔA（ΔA→0）若在液體的面積A上所受的作用力F為均勻分布時(shí)，靜壓力可表示為p=F/A

液體靜壓力在物理學(xué)上稱(chēng)為壓強(qiáng)，工程實(shí)際應(yīng)用中習(xí)慣稱(chēng)為壓力。液體靜壓力的特性液體靜壓力垂直于其承壓面，其方向和該面內(nèi)法線(xiàn)方向一致。液體內(nèi)任一點(diǎn)所受的靜壓力在各個(gè)方向上都相等。第五頁(yè)，共20頁(yè)。靜壓力基本方程式

（theBasicFormulaofHydrostatic）靜壓力基本方程式 在垂直方向上的力平衡方程：

p=p0+ρgh重力作用下靜止液體壓力分布特征：1、壓力由兩部分組成：液面壓力p0，自重形成的壓力ρgh。2、液體內(nèi)的壓力與液體深度成正比。3、離液面深度相同處各點(diǎn)的壓力相等，壓力相等的所有點(diǎn)組成等壓面。重力作用下靜止液體的等壓面為水平面。4、物理意義：靜止液體中任一質(zhì)點(diǎn)的總能量p/ρg（單位質(zhì)量液體的壓力能）+h（勢(shì)能）保持不變，即能量守恒。5、在常用液壓裝置中，由于外加壓力p遠(yuǎn)大于液體自重形成的壓力，例如：當(dāng)ρ=900kg/m3

，h=10m時(shí)，由重力產(chǎn)生的壓力為0.088MPa，（而液壓系統(tǒng)中的工作壓力通常在2.5-32MPa之間）故可忽略不計(jì)。以后各章節(jié)都采用此結(jié)論。第六頁(yè)，共20頁(yè)。

各種常用單位換算

1MPa＝106Pa

1個(gè)大氣壓＝1.0133×105Pa≈105Pa

1kg/cm2＝9.8×104Pa≈105Pa 1mmHg＝1.33×102Pa 1mH2O＝9.8×103Pa

【結(jié)論】1個(gè)大氣壓≈1kg/cm2

【說(shuō)明】在企業(yè)里，有時(shí)將1kg/cm2讀成1公斤，雖不規(guī)范，但約定俗成。注意：壓力各表示方法間的相互關(guān)系。

壓力的表示法及單位

絕對(duì)壓力 以絕對(duì)真空為基準(zhǔn)進(jìn)行度量

相對(duì)壓力或表壓力 以大氣壓為基準(zhǔn)進(jìn)行度量

絕對(duì)壓力=相對(duì)壓力+大氣壓力

真空度 絕對(duì)壓力不足于大氣壓力的那部分壓力值

真空度=大氣壓-絕對(duì)壓力=-(絕對(duì)壓力-大氣壓)

單位帕Pa(N/m2)第七頁(yè)，共20頁(yè)。

帕斯卡原理

（thePrincipleofPascal）圖示為應(yīng)用帕斯卡原理的實(shí)例液壓傳動(dòng)可使力放大（A2/A1＜1，就能以很小的力F2，推動(dòng)較大的負(fù)載），可使力縮小，也可以改變力的方向。當(dāng)活塞上的負(fù)載為零時(shí)，如不考慮自重及其他阻力，則無(wú)論怎樣推動(dòng)小液壓缸的活塞，也不能在液體中形成壓力，液體內(nèi)的壓力是由負(fù)載決定的。帕斯卡原理（靜壓傳遞原理）

在密閉容器內(nèi)，施加于靜止液體的壓力可以等值地傳遞到液體各點(diǎn)。第八頁(yè)，共20頁(yè)。靜壓力對(duì)固體壁面的作用力

（EffectofStaticPressureonSurface）

液體和固體壁面接觸時(shí)，固體壁面將受到液體靜壓力的作用。當(dāng)固體壁面為平面時(shí)，液體壓力在該平面的總作用力F=pA

，方向垂直于該平面。當(dāng)固體壁面為曲面時(shí)，液體壓力在曲面某方向上的總作用力F=pAx

，Ax

為曲面在該方向的投影面積。第九頁(yè)，共20頁(yè)。第三節(jié)液體動(dòng)力學(xué)

（Hydrodynamics）

主要是研究液體流動(dòng)時(shí)流速和壓力的變化規(guī)律。流動(dòng)液體的連續(xù)性方程、伯努利方程、動(dòng)量方程是描述流動(dòng)液體力學(xué)規(guī)律的三個(gè)基本方程式。前兩個(gè)方程反映了液體的壓力、流速與流量之間的關(guān)系，動(dòng)量方程用來(lái)解決流動(dòng)液體與固體壁面間的作用力問(wèn)題?；靖拍盍髁窟B續(xù)性方程伯努利方程動(dòng)量方程第十頁(yè)，共20頁(yè)。理想液體假設(shè)的既無(wú)粘性又不可壓縮的流體稱(chēng)為理想流體。反之，為實(shí)際液體。恒定流動(dòng)液體流動(dòng)時(shí)，液體中任一點(diǎn)處的壓力、速度和密度都不隨時(shí)間而變化的流動(dòng)，亦稱(chēng)為定常流動(dòng)或非時(shí)變流動(dòng)。

通流截面垂直于流動(dòng)方向的截面，也稱(chēng)為過(guò)流截面。流量單位時(shí)間內(nèi)流過(guò)某一通流截面的液體體積，流量以q表示，單位為m3/s

或L/min。實(shí)際上由于液體具有粘性，液體在管道內(nèi)流動(dòng)時(shí)，通流截面上各點(diǎn)的流速是不相等的。如：管道中心處流速最大；越靠近管壁流速越?。还鼙谔幍牧魉贋榱?。為方便起見(jiàn)，就必須定義一個(gè)平均流速來(lái)便于計(jì)算。平均流速假設(shè)通流截面上各點(diǎn)的流速均勻分布，平均流速為v=q/A?；靖拍睿˙asicConcepts）第十一頁(yè)，共20頁(yè)。流量連續(xù)性方程

（Equationofcontinuity）

流量連續(xù)性方程是質(zhì)量守恒定律在流體力學(xué)中的表達(dá)式。

q=vA=常量

流量連續(xù)性方程說(shuō)明了恒定流動(dòng)中流過(guò)各截面的不可壓縮流體的流量是不變的。因而在恒定流動(dòng)過(guò)程中，液體的流速與通流截面的面積成反比。第十二頁(yè)，共20頁(yè)。

對(duì)于圖示的分支油路，根據(jù)流量連續(xù)性方程可知，其流進(jìn)的流量應(yīng)等于流出的流量，故有

Q=Q1+Q2應(yīng)用第十三頁(yè)，共20頁(yè)。伯努利方程

（BernoulliEquation）

理想流體的伯努利方程

p1/ρ+Z1g

+v12/2=p2/ρ+Z2g+v22/2在管內(nèi)作穩(wěn)定流動(dòng)的理想流體具有壓力能，勢(shì)能和動(dòng)能三種形式的能量，它們可以互相轉(zhuǎn)換，但其總和不變，即能量守恒。實(shí)際流體的伯努利方程

p1/ρg+Z1+α1v12/2g=p2/ρg+Z2+α2

v22/2g+hw實(shí)際流體存在粘性，流動(dòng)時(shí)存在能量損失，hw為單位質(zhì)量液體在兩截面之間流動(dòng)的能量損失。用平均流速替代實(shí)際流速，α為動(dòng)能修正系數(shù)。

伯努利方程是能量守恒定律在流體力學(xué)中的表現(xiàn)。

第十四頁(yè)，共20頁(yè)。舉例試計(jì)算泵吸油腔的真空度或泵允許的最大吸油高度。

如圖所示，設(shè)泵的吸油口比油箱液高h(yuǎn)，取油箱液面I－I和泵進(jìn)口處截面II-II列伯努利方程，并取截面I－I為基準(zhǔn)水平面。泵吸油口真空度為：

P1/γ+v12/2g=P2/γ+h+v22/2g+hw第十五頁(yè)，共20頁(yè)。

一般油箱液面與大氣相通，p1=pa；v2為泵吸油口的流速；v1為油箱液面流速，由于v1<<v2，故v1可忽略不計(jì)。據(jù)此，上式可簡(jiǎn)化成 Pa/γ=P2/γ+h+v22/2g+hw

泵吸油口真空度為 Pa-P2=γh+ρv22/2+γhw

=γh+ρv22/2+ΔP第十六頁(yè)，共20頁(yè)。

由上式可知，在泵的進(jìn)油口處有一定真空度。所謂吸油，實(shí)質(zhì)上是在油箱液面的大氣壓力作用下把油壓入泵內(nèi)的過(guò)程。由上式還可看出，泵吸油口的真空度由三部分組成：（1）產(chǎn)生一定流速所需的壓力；（2）把油液提升到高度h所需的壓力；（3）克服吸油管內(nèi)壓力損失所需的壓力。

第十七頁(yè)，共20頁(yè)。

但泵吸油口的真空度也不能太大，即泵吸油口處的絕對(duì)壓力不能太低。當(dāng)壓力低于大氣壓一定數(shù)值時(shí)，溶解于油中的空氣便分離出來(lái)形成氣泡,這種現(xiàn)象稱(chēng)為氣穴。這時(shí)的絕對(duì)壓力稱(chēng)為空氣分離壓pg。氣泡被帶進(jìn)泵內(nèi)，在泵的壓油區(qū)遇到負(fù)載壓力，氣泡便破裂，在其破裂處，壓力和溫度急劇升高，引起強(qiáng)烈的沖擊和噪聲。而且氣泡中含有氧氣，破裂時(shí)所產(chǎn)生的高壓高溫還會(huì)腐蝕機(jī)件，縮短泵的壽命，這一現(xiàn)象稱(chēng)為氣蝕。為避免產(chǎn)生氣蝕，必須限制真空度（小于０.３×１０５Ｐａ），其方法除了加大油管直徑等外，一般要限制泵的吸油高度h（有時(shí)將液壓泵安裝在油箱液面以下，對(duì)減小吸由口真空度有利），允許的最大吸油高