第二章液压流体力学基础

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班 别

题 目 第二章 液压油及液压流体力学基础

目

的

要

求  掌握液压油的主要物理性质

 掌握选用液压油的标准

 掌握流体力学的基础知识

重

点

掌握选用液压油的标准

难

点

掌握流体力学的基础知识

教 具 课本 教 学 方 法 课堂教学

报

书

设

计 第二章 液压油及液压流体力学基础

第一节 液压油的性质及选用

第二节 液体静力学

第三节 液体动力学

第四节 管路压力损失计算

第五节 液体流经小孔及间隙的流量

第六节 液压冲击与空穴现象

第 2 页 共 16 页 教学过程：

复习： 1、液压传动的工作原理

2、液压系统的组成

3、液压传动的优缺点

新 课：

第二章 液压油及液压流体力学基础

第一节 液压油的性质及选用

一、液压油的主要物理性质

1、密度ρ和重度γ

对于均质液体来说，单位体积液体所具有的质量叫做密度ρ。

ρ=M/V (M-液体的质量,V-液体的体积）

对于均质液体来说，单位体积液体所具有的重量叫做密度γ。

γ=G/V (G-液体的重量)

液压油的密度和重度因油的牌号而异，并且随着温度的上升而减小，随着压力的提高而稍有增加。

在计算时一般可取密度ρ=900kg/m3，重度γ=8.83×103N/m3。

2、压缩性

液体受压力作用发生体积变化的性质成为压缩性。液压油的体积将随压力的增高而减小。

液体压缩性的大小用体积压缩系数β来表示，它是指液体所受的压力每增加一个单位时，其体积的相对变化量，即

VVpk1

式中 p—液体压力的变化值；

V—液体体积在压力变化p时，其体积的变化率；

V—液体的初始体积。

式中负号是因为液体压力增大，液体的体积减小，反之则增大。为了使β值为正值。

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第二章 液压流体力学基础

§ 2-1 液体静力学基础

液体静力学研究静止液体的力学规律和这些规律的实际应用。这里所说的静力液体是指液体处于内部质点间无相对运动的状态，因此液体不显示粘性，液体内部无剪切应力，只有法向应力即压力。

一、液体静压力及其特性

静压力是指液体处于静止状态时，其单位面积上所收的法向作用力。静压力在液压传动中简称为压力，而在物理学中则称为压强。

可表示为： P=F/A

我国法定的压力单位为牛顿/米2(N/m2)，称为帕斯卡，简称帕(Pa)。在液压技术中，目前还采用的压力单位有巴(bar)和工程大气压、千克力每平方米(kgf/cm )等。

2、静压力特性

液体静压力有两个重要特性：

（1）液体静压力的方向总是沿着作用面的法线方向。这一特性可直接用液体的性质来说明。液体只能保持一定的体积，不能保持固定的方向，不能承受拉力和剪切力。所以只能承受法向压力。

（2)静止液体中任何一点所受到各个方向压力都相等。如果液体中某一点所受到的各个方向的压力不相 等，那么在不平衡力作用下，液体就要流动，这样就破坏了液体静止的条件，因此在静止液体中作用于任一点的各个方向压力必然相等。

二、液体静压力基本方程及其物理意义

1、静压力基本方程

如图所示容器中盛有液体，作用在液面上的

压力为P0，现在求离液面h深处A

点压力，在液体内取一个底面包含A点的小液柱，设其底部面积为A，高为h。这个小液柱在重力及周围液体的压力作用下，处于平衡状态。则在垂直方向上的力平衡方程为

P=p0+ρgh=p0+γh

其中ρ为液体的密度， γ为液体的重度。

上式即为静压力基本方程式，它说明了：

（1）静止液体中任意点的静压力是液体表面上的压力和液柱重力所产生的压力之和。当液面接触大气时，p0为大气压力pa，故有 p=pa+γh 。

第二章液压与气压传动流体力学基础

2．1 液体静力学

一、液体的压力

作用在液体上的力：质量力、表面力。

质量力：与液体质量有关并且作用在质量中心上的力称为质量力；

表面力：与液体表面面积有关并且作用在液体表面上的力称为表面力；

应力：法向应力、切向应力。

在液压技术工程上，单位面积上所受的内法向力简称为压力。

二、静止液体中的压力分布

在重力作用下的静止液体，其压力分布特点：

静止液体内任一点处的压力都由两部分组成：液面上的压力p；该点以上液体自重所形成的压力。静止液体内的压力p随液体深度h呈直线规律分布。

距液面深度h相同的各点组成了等压面，这个等压面为一水平面

三、压力的表示方法和单位

1、压力的表示

有两种表示方法：绝对压力、相对压力。

绝对压力：以绝对真空为基准

相对压力：以大气压为基准

真空度：比大气压小的那部分数值

绝对压力＝大气压力 + 表压力

表压力＝绝对压力 - 大气压力

真空度＝大气压力 - 绝对压力

2、压力的单位：

单位面积液体上，作用的垂直负载

四、静止液体中的压力传递

帕斯卡(Pascal)定理：在密闭容器内，施加于静止液体上的压力将以相等的数值，传到液体的各点。

缸筒中的压力是由外界负载决定的，这是液压传动中的一个基本概念。

一处泄漏，系统失压

五、液体静压力作用在固体壁面上的力

2．2 液体动力学

一、基本概念

1、理想液体、定常流动和一维流动

2、流线、流管和流束

流线：流线是流场中一条一条的曲线，它表示同一瞬时流场中各质点的运动状态

流管：在流场中给出一条不属于流线的任意封闭曲线，沿该封闭曲线上的每一点作流线，由这些流线组成的表面

流束：流管内的流线群

3、通流截面、流量和平均流速

通流截面（过流断面）：在流束中与所有流线正交的截面；

流量：在单位时间内流过某一通流截面的液体体积，以q来表示，单位为M3/S 或L/min；

二、液体的流动状态 液体在管道中流动时有两种流动状态：层流和紊流（湍流）。

第2章 液压流体力学基础

液压传动以液体作为传动介质，按照液体流体力学基本原理进行传动与控制。本章主要讲述与液压传动有关的流体力学的基本内容，其研究范围限于工作液体在封闭管路或容器内的流动，为后续章节的学习打下必要的理论基础。

2.1 液压系统的工作介质

2.1.1 液压工作介质的类型

目前液压传动中采用的工作液体主要有矿物油、浮化液和合成型液三大类。由于矿物油润滑性能好、腐蚀性小、品种多、化学安定性好，能满足各种粘度的需要，故大多数液压传动系统都采用矿物油作为传动介质。工作液体的种类如下表所示：

工作液体 矿物油

乳化液

合成型 机械油

汽轮机油

通用液压油

液压导轨油

专用液压油 耐磨液压油

低凝液压油

清净液压油

数控液压油

油包水乳化液

(油60%，水40%)

水包水乳化液

(水90~95%，油5~10%)

磷酸脂基液压油

水——二元醇基液压油

国外二十世纪70年代初发展起来的高水基液压油现已演变到第三代。第一代是可溶性油，由5%的可溶性油和5%的水制成，即原始的水包油乳化液。第二代是合成液，不含油，由无色透明的合成溶液和水按5:95的比例配制而成。第三代是微型乳化液，它既不是乳化液，也不是深液，而是一种在95%水中均匀地扩散着水溶性抗磨添加剂的胶状悬浮液。高水基液压油适用于大型液压机以及环境温度较高的液压系统。

2.1.2 液压工作介质的性能

1. 可压缩性

单位压力变化下引起的液体体积的相对变化量称为体积压缩系数，用k表示，并以k来度量油的可压缩性的大小。

VVpk1 (m2/N) （2-1）

式中 p——压力变化量(Pa)；

V——被压缩后油液体积的变化量 (m2)

V——油液压缩前的体积 (m3)。

由于压力增大时液体的体积减小，上式右边加一负号，以使k为正值。

液体体积压缩系数的倒数称为液体的体积弹性模量，用K表示。即