液壓與氣壓傳動(dòng)課件-第一章

1、12 液壓傳動(dòng)是以液體作為工作介質(zhì)進(jìn)行能量傳遞的，液壓傳動(dòng)是以液體作為工作介質(zhì)進(jìn)行能量傳遞的，因而，了解液體的物理性質(zhì)，掌握液體在靜止和運(yùn)動(dòng)過(guò)因而，了解液體的物理性質(zhì)，掌握液體在靜止和運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的基本力學(xué)規(guī)律，對(duì)于正確理解液壓傳動(dòng)的基本原程中的基本力學(xué)規(guī)律，對(duì)于正確理解液壓傳動(dòng)的基本原理，合理設(shè)計(jì)和使用液壓系統(tǒng)都非常必要。理，合理設(shè)計(jì)和使用液壓系統(tǒng)都非常必要。3 液壓傳動(dòng)工作介質(zhì)液壓傳動(dòng)工作介質(zhì) 液體靜力學(xué)和液體動(dòng)力學(xué)液體靜力學(xué)和液體動(dòng)力學(xué) 定常管流的壓力損失定常管流的壓力損失 孔口和縫隙流動(dòng)特性孔口和縫隙流動(dòng)特性 空穴現(xiàn)象和液壓沖擊空穴現(xiàn)象和液壓沖擊4 了解液體的物理性質(zhì)，靜壓特性、方程、傳

2、遞規(guī)律，了解液體的物理性質(zhì)，靜壓特性、方程、傳遞規(guī)律，掌握液體在靜止和運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的基本力學(xué)規(guī)律，掌握靜力掌握液體在靜止和運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的基本力學(xué)規(guī)律，掌握靜力學(xué)基本方程、壓力表達(dá)式和結(jié)論學(xué)基本方程、壓力表達(dá)式和結(jié)論 ； 了解流動(dòng)液體特性、傳遞規(guī)律，掌握動(dòng)力學(xué)三大方程、了解流動(dòng)液體特性、傳遞規(guī)律，掌握動(dòng)力學(xué)三大方程、流量和結(jié)論；流量和結(jié)論； 了解流量公式、特點(diǎn)、兩種現(xiàn)象產(chǎn)生原因，掌握薄壁了解流量公式、特點(diǎn)、兩種現(xiàn)象產(chǎn)生原因，掌握薄壁孔流量公式及通用方程、兩種現(xiàn)象的危害及消除?？琢髁抗郊巴ㄓ梅匠?、兩種現(xiàn)象的危害及消除。5 液壓油的粘性和粘度液壓油的粘性和粘度 粘溫特性粘溫特性 靜壓特性靜壓特性 壓力

3、形成壓力形成 靜力學(xué)基本方程靜力學(xué)基本方程 流量與流速的關(guān)系流量與流速的關(guān)系 三大方程的形式及物理意義三大方程的形式及物理意義6 傳遞能量和信號(hào)；傳遞能量和信號(hào)； 潤(rùn)滑液壓元件，減少摩擦和磨損；潤(rùn)滑液壓元件，減少摩擦和磨損； 散熱；散熱； 防止銹蝕；防止銹蝕； 密封液壓元件對(duì)偶摩擦副中的間隙；密封液壓元件對(duì)偶摩擦副中的間隙； 傳輸、分離和沉淀非可溶性污染物；傳輸、分離和沉淀非可溶性污染物； 為元件和系統(tǒng)失效提供診斷信息。為元件和系統(tǒng)失效提供診斷信息。 7 單位體積液體的質(zhì)量稱(chēng)為液體的密度。體積為單位體積液體的質(zhì)量稱(chēng)為液體的密度。體積為V V、質(zhì)量、質(zhì)量為為M M的液體的密度的液體的密度為為 液

4、壓工作介質(zhì)的性質(zhì)液壓工作介質(zhì)的性質(zhì)VM 由于油液的體積隨著溫度的上升而增加，隨著壓力的提由于油液的體積隨著溫度的上升而增加，隨著壓力的提高而減少，故礦物型液壓油的密度隨著溫度的上升而有所減高而減少，故礦物型液壓油的密度隨著溫度的上升而有所減少，隨著壓力的提高而稍有增加，但其變動(dòng)值很小，可認(rèn)為少，隨著壓力的提高而稍有增加，但其變動(dòng)值很小，可認(rèn)為其為常數(shù)，一般礦物油系液壓油在其為常數(shù)，一般礦物油系液壓油在2020時(shí)密度約為時(shí)密度約為850850900 900 kg/mkg/m3 3 左右。左右。 8 液體受壓力作用而發(fā)生體積變化的性質(zhì)稱(chēng)為液體的可壓液體受壓力作用而發(fā)生體積變化的性質(zhì)稱(chēng)為液體的可壓縮

5、性?？s性。 液體的壓縮性可用體積壓縮系數(shù)液體的壓縮性可用體積壓縮系數(shù)表示。表示。 液壓工作介質(zhì)的性質(zhì)液壓工作介質(zhì)的性質(zhì)01VVp 液體的可壓縮性很小，在一般情況下當(dāng)液壓系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)液體的可壓縮性很小，在一般情況下當(dāng)液壓系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)下工作時(shí)可以不考慮可壓縮的影響。但在高壓下或受壓體積下工作時(shí)可以不考慮可壓縮的影響。但在高壓下或受壓體積較大以及對(duì)液壓系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析時(shí)，就需要考慮液體可壓較大以及對(duì)液壓系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析時(shí)，就需要考慮液體可壓縮性的影響?？s性的影響。9 液體在外力作用流動(dòng)（或有流動(dòng)趨勢(shì)）時(shí)，分子間的內(nèi)聚力要阻液體在外力作用流動(dòng)（或有流動(dòng)趨勢(shì)）時(shí)，分子間的內(nèi)聚力要阻止分子間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生一

6、種內(nèi)摩擦力，這種現(xiàn)象叫做液體的粘性。止分子間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生一種內(nèi)摩擦力，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)趨勢(shì)）時(shí)才會(huì)呈現(xiàn)出粘性，靜止液體液體只有在流動(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。是不呈現(xiàn)粘性的。 液壓工作介質(zhì)的性質(zhì)液壓工作介質(zhì)的性質(zhì) 為比例常數(shù)，有時(shí)稱(chēng)為粘性系數(shù)或?yàn)楸壤?shù)，有時(shí)稱(chēng)為粘性系數(shù)或粘度。以粘度。以表示切應(yīng)力，即單位面積上的表示切應(yīng)力，即單位面積上的內(nèi)摩擦力，則內(nèi)摩擦力，則 這就是牛頓的液體內(nèi)摩擦定律。這就是牛頓的液體內(nèi)摩擦定律。yudd10 用粘度來(lái)表示液體的粘性大小。用粘度來(lái)表示液體的粘性大小。 粘度的表示方法有動(dòng)力粘度粘度的表示

7、方法有動(dòng)力粘度、運(yùn)動(dòng)粘度、運(yùn)動(dòng)粘度和相對(duì)粘度。和相對(duì)粘度。液壓工作介質(zhì)的性質(zhì)液壓工作介質(zhì)的性質(zhì)動(dòng)力粘度動(dòng)力粘度 上式中上式中為由液體種類(lèi)和溫度決定的比例系數(shù)，它是表征液體為由液體種類(lèi)和溫度決定的比例系數(shù)，它是表征液體粘性的內(nèi)摩擦系數(shù)。粘性的內(nèi)摩擦系數(shù)。 如果用它來(lái)表示液體粘度的大小，就稱(chēng)為動(dòng)力粘度，或稱(chēng)絕對(duì)如果用它來(lái)表示液體粘度的大小，就稱(chēng)為動(dòng)力粘度，或稱(chēng)絕對(duì)粘度。粘度。 動(dòng)力粘度動(dòng)力粘度的物理意義是液體在單位速度梯度下流動(dòng)時(shí)單位面的物理意義是液體在單位速度梯度下流動(dòng)時(shí)單位面積上產(chǎn)生的內(nèi)摩擦力。動(dòng)力粘度的單位為積上產(chǎn)生的內(nèi)摩擦力。動(dòng)力粘度的單位為PaPas s（帕（帕秒，秒，N Ns/ms/m

8、2 2 ）。）。11 用粘度來(lái)表示液體的粘性大小。用粘度來(lái)表示液體的粘性大小。 粘度的表示方法有動(dòng)力粘度粘度的表示方法有動(dòng)力粘度、運(yùn)動(dòng)粘度、運(yùn)動(dòng)粘度和相對(duì)粘度。和相對(duì)粘度。液壓工作介質(zhì)的性質(zhì)液壓工作介質(zhì)的性質(zhì)運(yùn)動(dòng)粘度運(yùn)動(dòng)粘度液體的動(dòng)力粘度液體的動(dòng)力粘度與其密度與其密度的比值，稱(chēng)為液體的運(yùn)動(dòng)粘度的比值，稱(chēng)為液體的運(yùn)動(dòng)粘度，即，即 =/=/運(yùn)動(dòng)粘度的單位為運(yùn)動(dòng)粘度的單位為m m2 2/s/s。就物理意義來(lái)說(shuō)，。就物理意義來(lái)說(shuō)，不是一個(gè)粘度的量，不是一個(gè)粘度的量，但習(xí)慣上常用它來(lái)標(biāo)志液體粘度，液壓油液的粘度等級(jí)是以但習(xí)慣上常用它來(lái)標(biāo)志液體粘度，液壓油液的粘度等級(jí)是以4040時(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)粘度（以運(yùn)動(dòng)粘度（

9、以mmmm2 2/s/s計(jì)）的中心值來(lái)劃分的。例如，牌號(hào)為計(jì)）的中心值來(lái)劃分的。例如，牌號(hào)為L(zhǎng) LHL22HL22的普通液壓油在的普通液壓油在4040時(shí)運(yùn)動(dòng)粘度的中心值為時(shí)運(yùn)動(dòng)粘度的中心值為22mm22mm2 2/s /s 。12 用粘度來(lái)表示液體的粘性大小。用粘度來(lái)表示液體的粘性大小。 粘度的表示方法有動(dòng)力粘度粘度的表示方法有動(dòng)力粘度、運(yùn)動(dòng)粘度、運(yùn)動(dòng)粘度和相對(duì)粘度。和相對(duì)粘度。液壓工作介質(zhì)的性質(zhì)液壓工作介質(zhì)的性質(zhì)相對(duì)粘度相對(duì)粘度相對(duì)粘度又稱(chēng)條件粘度，它是按一定的測(cè)量條件制定的。根據(jù)測(cè)量相對(duì)粘度又稱(chēng)條件粘度，它是按一定的測(cè)量條件制定的。根據(jù)測(cè)量的方法不同，可分為恩氏粘度的方法不同，可分為恩氏粘

10、度o oE E（中國(guó)、德國(guó)、俄國(guó)）（中國(guó)、德國(guó)、俄國(guó)） 、賽氏粘度、賽氏粘度SSUSSU（美國(guó)）、雷氏粘度（美國(guó)）、雷氏粘度ReRe（英國(guó)、歐洲）等。（英國(guó)、歐洲）等。恩氏粘度用恩氏粘度計(jì)測(cè)量。恩氏粘度用恩氏粘度計(jì)測(cè)量。13液壓工作介質(zhì)的性質(zhì)液壓工作介質(zhì)的性質(zhì)恩氏粘度恩氏粘度200ml 200ml 溫度為溫度為T(mén) T的被測(cè)液體的被測(cè)液體, ,流流經(jīng)恩氏粘度計(jì)小孔（經(jīng)恩氏粘度計(jì)小孔（2.8mm2.8mm）所用時(shí)間所用時(shí)間t1t1，與同體積，與同體積2020度的度的水通過(guò)小孔所用時(shí)間水通過(guò)小孔所用時(shí)間t2t2之比。之比。t2oEt114 液體的粘度隨液體的壓力和溫度而變化。對(duì)液壓油來(lái)說(shuō)，壓力增液體

11、的粘度隨液體的壓力和溫度而變化。對(duì)液壓油來(lái)說(shuō)，壓力增大時(shí)，粘度增大，但影響很小，通常忽略不計(jì)。大時(shí)，粘度增大，但影響很小，通常忽略不計(jì)。 液壓油的粘度對(duì)溫度變化十分敏感。溫度升高時(shí)，粘度下降。在液壓油的粘度對(duì)溫度變化十分敏感。溫度升高時(shí)，粘度下降。在液壓技術(shù)中，希望工作液體的粘度隨溫度變化越小越好。液壓技術(shù)中，希望工作液體的粘度隨溫度變化越小越好。 粘度隨溫度變化特性，可以用粘度溫度曲線表示。粘度隨溫度變化特性，可以用粘度溫度曲線表示。液壓工作介質(zhì)的性質(zhì)液壓工作介質(zhì)的性質(zhì)15粘粘度度溫溫度度特特性性曲曲線線液壓工作介質(zhì)的性質(zhì)液壓工作介質(zhì)的性質(zhì)16 比熱容（單位質(zhì)量的物質(zhì)作單位溫度變化時(shí)所需要的

12、熱量）、導(dǎo)比熱容（單位質(zhì)量的物質(zhì)作單位溫度變化時(shí)所需要的熱量）、導(dǎo)熱系數(shù)、流動(dòng)點(diǎn)（比凝固點(diǎn)低熱系數(shù)、流動(dòng)點(diǎn)（比凝固點(diǎn)低2.52.5的溫度叫做流動(dòng)點(diǎn)）與凝固點(diǎn)、閃的溫度叫做流動(dòng)點(diǎn)）與凝固點(diǎn)、閃點(diǎn)（明火能使油面上油蒸氣閃燃，但油本身不燃燒的溫度）與燃點(diǎn)點(diǎn)（明火能使油面上油蒸氣閃燃，但油本身不燃燒的溫度）與燃點(diǎn)（使油液能自行燃燒的溫度）、潤(rùn)滑性（在金屬摩擦表面形成牢固油（使油液能自行燃燒的溫度）、潤(rùn)滑性（在金屬摩擦表面形成牢固油膜的能力）等。膜的能力）等。 熱穩(wěn)定性、氧化穩(wěn)定性、水解穩(wěn)定性、相容性（對(duì)密封材料、涂熱穩(wěn)定性、氧化穩(wěn)定性、水解穩(wěn)定性、相容性（對(duì)密封材料、涂料等非金屬材料的化學(xué)作用程度，如

13、不起作用或很少起作用則相容性料等非金屬材料的化學(xué)作用程度，如不起作用或很少起作用則相容性好）和毒性等。好）和毒性等。液壓工作介質(zhì)的性質(zhì)液壓工作介質(zhì)的性質(zhì)17液壓工作介質(zhì)的要求液壓工作介質(zhì)的要求（1 1）合適的粘度和良好的粘度溫度特性。）合適的粘度和良好的粘度溫度特性。（2 2）良好的化學(xué)穩(wěn)定性。）良好的化學(xué)穩(wěn)定性。（3 3）良好的潤(rùn)滑性能，減小元件中相對(duì)運(yùn)動(dòng)表面的磨損。）良好的潤(rùn)滑性能，減小元件中相對(duì)運(yùn)動(dòng)表面的磨損。（4 4）質(zhì)地純凈，不含或含有極少量的雜質(zhì)、水分和水溶性酸堿等。）質(zhì)地純凈，不含或含有極少量的雜質(zhì)、水分和水溶性酸堿等。（5 5）對(duì)金屬密封件有良好的相容性。）對(duì)金屬密封件有良好的

14、相容性。（6 6）抗泡沫性好，抗乳化性好，腐蝕性小，抗銹性好。）抗泡沫性好，抗乳化性好，腐蝕性小，抗銹性好。（7 7）體積膨脹系數(shù)低，比熱容高。）體積膨脹系數(shù)低，比熱容高。（8 8）流動(dòng)點(diǎn)和凝固點(diǎn)低，閃點(diǎn)和燃點(diǎn)高。）流動(dòng)點(diǎn)和凝固點(diǎn)低，閃點(diǎn)和燃點(diǎn)高。（9 9）對(duì)人體無(wú)害、成本低。）對(duì)人體無(wú)害、成本低。18液壓工作介質(zhì)的分類(lèi)液壓工作介質(zhì)的分類(lèi) 目前，我國(guó)各種液壓設(shè)備所采用的液壓油液，按抗燃燒特性目前，我國(guó)各種液壓設(shè)備所采用的液壓油液，按抗燃燒特性可分為兩大類(lèi)：一類(lèi)為礦物油系；一類(lèi)為不燃或難燃油系。可分為兩大類(lèi)：一類(lèi)為礦物油系；一類(lèi)為不燃或難燃油系。 大多數(shù)設(shè)備的液壓系統(tǒng)采用是礦物油系大多數(shù)設(shè)備的液

15、壓系統(tǒng)采用是礦物油系 。 不燃或難燃油系可分為水基液壓油和合成液壓油兩種。不燃或難燃油系可分為水基液壓油和合成液壓油兩種。 液壓技術(shù)中廣泛采用石油基液壓油作為工作液體，特殊情況液壓技術(shù)中廣泛采用石油基液壓油作為工作液體，特殊情況下可采用抗燃液壓油。下可采用抗燃液壓油。19液壓工作介質(zhì)的選用液壓工作介質(zhì)的選用 選擇液壓油時(shí)，首先考慮其粘度是否滿(mǎn)足要求，同時(shí)兼選擇液壓油時(shí)，首先考慮其粘度是否滿(mǎn)足要求，同時(shí)兼顧其它方面。選擇時(shí)應(yīng)考慮如下因素：顧其它方面。選擇時(shí)應(yīng)考慮如下因素： （1 1）液壓泵的類(lèi)型）液壓泵的類(lèi)型 （2 2）液壓系統(tǒng)的工作壓力）液壓系統(tǒng)的工作壓力 （3 3）運(yùn)動(dòng)速度）運(yùn)動(dòng)速度 （4

16、4）環(huán)境溫度）環(huán)境溫度 （5 5）防污染的要求）防污染的要求 （6 6）綜合經(jīng)濟(jì)性）綜合經(jīng)濟(jì)性 總之，選擇液壓油時(shí)一是考慮液壓油的品種，二是考慮總之，選擇液壓油時(shí)一是考慮液壓油的品種，二是考慮液壓油的粘度。液壓油的粘度。20液壓工作介質(zhì)的污染與控制液壓工作介質(zhì)的污染與控制1 1污染的種類(lèi)及危害污染的種類(lèi)及危害2 2污染的原因污染的原因3 3污染的測(cè)定污染的測(cè)定4 4污染等級(jí)污染等級(jí)5. 5. 污染控制污染控制21 液體靜力學(xué)主要是討論液體靜止時(shí)的平衡規(guī)液體靜力學(xué)主要是討論液體靜止時(shí)的平衡規(guī)律以及這些規(guī)律的應(yīng)用。律以及這些規(guī)律的應(yīng)用。 所謂所謂 “液體靜止液體靜止” 指的是液體內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)間指的是液

17、體內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)間沒(méi)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，不呈現(xiàn)粘性而言，至于盛裝液體沒(méi)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，不呈現(xiàn)粘性而言，至于盛裝液體的容器，不論它是靜止的還是勻速、勻加速運(yùn)動(dòng)的容器，不論它是靜止的還是勻速、勻加速運(yùn)動(dòng)都沒(méi)有關(guān)系。都沒(méi)有關(guān)系。 22二、液體靜力學(xué)二、液體靜力學(xué)作用在液體上的力有兩種，即質(zhì)量力和表面力。作用在液體上的力有兩種，即質(zhì)量力和表面力。質(zhì)量力：?jiǎn)挝毁|(zhì)量液體受到的質(zhì)量力稱(chēng)為單位質(zhì)量力，在數(shù)值上等于加速度。質(zhì)量力：?jiǎn)挝毁|(zhì)量液體受到的質(zhì)量力稱(chēng)為單位質(zhì)量力，在數(shù)值上等于加速度。表面力：是與液體相接觸的其它物體（如容器或其它液體）作用在液體上的力，表面力：是與液體相接觸的其它物體（如容器或其它液體）作用在液體上的力，這

18、是外力；也可以是一部分液體作用在另一部分液體上的力，這是內(nèi)力。這是外力；也可以是一部分液體作用在另一部分液體上的力，這是內(nèi)力。單位面積上作用的表面力稱(chēng)為應(yīng)力，它有法向應(yīng)力和切向應(yīng)力之分。當(dāng)液體靜單位面積上作用的表面力稱(chēng)為應(yīng)力，它有法向應(yīng)力和切向應(yīng)力之分。當(dāng)液體靜止時(shí)，液體質(zhì)點(diǎn)間沒(méi)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，不存在摩擦力，所以靜止液體的表面力只有止時(shí)，液體質(zhì)點(diǎn)間沒(méi)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，不存在摩擦力，所以靜止液體的表面力只有法向力。法向力。液體內(nèi)某點(diǎn)處單位面積液體內(nèi)某點(diǎn)處單位面積A A上所受到的法向力上所受到的法向力F F之比，稱(chēng)為壓力（靜壓力），之比，稱(chēng)為壓力（靜壓力），即即AFpA0lim23二、液體靜力學(xué)二、液體靜力

19、學(xué) 由于液體質(zhì)點(diǎn)間的凝聚力很小，不能受拉，只能由于液體質(zhì)點(diǎn)間的凝聚力很小，不能受拉，只能受壓，所以液體的靜壓力具有兩個(gè)重要特性：受壓，所以液體的靜壓力具有兩個(gè)重要特性： 1. 1. 液體靜壓力的方向總是作用在內(nèi)法線方向上；液體靜壓力的方向總是作用在內(nèi)法線方向上； 2. 2. 靜止液體內(nèi)任一點(diǎn)的液體靜壓力在各個(gè)方向上靜止液體內(nèi)任一點(diǎn)的液體靜壓力在各個(gè)方向上都相等。都相等。24二、液體靜力學(xué)二、液體靜力學(xué)平衡狀態(tài)下，有平衡狀態(tài)下，有 p pA A= =p p0 0A A+ +F FG G這里的這里的F FG G即為液柱的重量，即為液柱的重量， F FG G = =ghghA A所以有所以有 p p

20、= =p p0 0+ +ghgh式中式中 g g為重力加速度。為重力加速度。 上式即為液體靜壓力的基本方程。上式即為液體靜壓力的基本方程。AhhAp0ApGF重力作用下的靜止液體p0有一垂直小液柱，如圖所示。有一垂直小液柱，如圖所示。25二、液體靜力學(xué)二、液體靜力學(xué) 1. 1. 靜止液體內(nèi)任一點(diǎn)處的壓力由兩部分組成，一部分是液面上的壓靜止液體內(nèi)任一點(diǎn)處的壓力由兩部分組成，一部分是液面上的壓力力p p0 0，另一部分是，另一部分是gg與該點(diǎn)離液面深度與該點(diǎn)離液面深度h h的乘積。當(dāng)液面上只受大氣壓力的乘積。當(dāng)液面上只受大氣壓力p pa a作用時(shí)，點(diǎn)作用時(shí)，點(diǎn)A A處的靜壓力則為處的靜壓力則為 p

21、=pp=pa a+gh+gh。 2. 2. 同一容器中同一液體內(nèi)的靜壓力隨液體深度同一容器中同一液體內(nèi)的靜壓力隨液體深度h h的增加而線性地增加。的增加而線性地增加。 3. 3. 連通器內(nèi)同一液體中深度連通器內(nèi)同一液體中深度h h相同的各點(diǎn)壓力都相等。由壓力相等的相同的各點(diǎn)壓力都相等。由壓力相等的點(diǎn)組成的面稱(chēng)為等壓面。在重力作用下靜止液體中的等壓面是一個(gè)水平面。點(diǎn)組成的面稱(chēng)為等壓面。在重力作用下靜止液體中的等壓面是一個(gè)水平面。ghppo26二、液體靜力學(xué)二、液體靜力學(xué) 根據(jù)靜壓力基本方程，盛放在密閉容器內(nèi)的液體，其根據(jù)靜壓力基本方程，盛放在密閉容器內(nèi)的液體，其外加壓力外加壓力p p0 0發(fā)生變

22、化時(shí)，只要液體仍保持其原來(lái)的靜止?fàn)畎l(fā)生變化時(shí)，只要液體仍保持其原來(lái)的靜止?fàn)顟B(tài)不變，液體中任一點(diǎn)的壓力均將發(fā)生同樣大小的變化。態(tài)不變，液體中任一點(diǎn)的壓力均將發(fā)生同樣大小的變化。 在密閉容器內(nèi)，施加于靜止液體上的壓力將以等值同在密閉容器內(nèi)，施加于靜止液體上的壓力將以等值同時(shí)傳到各點(diǎn)。這就是靜壓傳遞原理或稱(chēng)帕斯卡原理。時(shí)傳到各點(diǎn)。這就是靜壓傳遞原理或稱(chēng)帕斯卡原理。27二、液體靜力學(xué)二、液體靜力學(xué)如圖一個(gè)密閉容器，按帕斯卡原如圖一個(gè)密閉容器，按帕斯卡原理，液壓缸內(nèi)壓力到處相等，理，液壓缸內(nèi)壓力到處相等，p1p2p1p2，于是，于是 F2F2F1A2/A1F1A2/A1如果垂直液壓缸的活塞上沒(méi)有負(fù)如果垂

23、直液壓缸的活塞上沒(méi)有負(fù)載，則當(dāng)略去活塞重量及其它阻載，則當(dāng)略去活塞重量及其它阻力時(shí)，不論怎樣推動(dòng)水平液壓缸力時(shí)，不論怎樣推動(dòng)水平液壓缸的活塞，也不能在液體中形成壓的活塞，也不能在液體中形成壓力，這說(shuō)明液壓系統(tǒng)中的壓力是力，這說(shuō)明液壓系統(tǒng)中的壓力是由外界負(fù)載決定的。由外界負(fù)載決定的。28二、液體靜力學(xué)二、液體靜力學(xué)已知：已知：D=100mm, d=20mm,D=100mm, d=20mm, G=5000kg G=5000kg求：求： F=F=？ G=mg=5000kgx9.8m/sG=mg=5000kgx9.8m/s2 2 =49000N =49000N 由由 p1=p2 p1=p2 則則 F/

24、(F/(d d2 2/4)=G/4)=G/（D D2 2/4)/4) F=(d F=(d2 2/D/D2 2)G)G =(202/1002)49000=1960N =(202/1002)49000=1960N29二、液體靜力學(xué)二、液體靜力學(xué)p0hph1z0hzzxAO)(000zzgpghpp30二、液體靜力學(xué)二、液體靜力學(xué)常數(shù)00zgpzgp常數(shù)gzpzgp00zgghzgghzgppp0gphp將上式整理可得將上式整理可得或或這是液體靜壓力基本方程的另一種形式。這是液體靜壓力基本方程的另一種形式。下面求玻璃管的液柱高度下面求玻璃管的液柱高度hphp：得得說(shuō)明：壓力能與勢(shì)能的相互轉(zhuǎn)化。說(shuō)明：

25、壓力能與勢(shì)能的相互轉(zhuǎn)化。 31二、液體靜力學(xué)二、液體靜力學(xué) 靜止液體中單位質(zhì)量液體的壓力能和位能可靜止液體中單位質(zhì)量液體的壓力能和位能可以互相轉(zhuǎn)換，但各點(diǎn)的總能量卻保持不變，即能以互相轉(zhuǎn)換，但各點(diǎn)的總能量卻保持不變，即能量守恒。量守恒。32二、液體靜力學(xué)二、液體靜力學(xué)壓力的表示法有兩種：絕對(duì)壓力和相對(duì)壓力。壓力的表示法有兩種：絕對(duì)壓力和相對(duì)壓力。絕對(duì)壓力是以絕對(duì)真空作為基準(zhǔn)所表示的壓力；絕對(duì)壓力是以絕對(duì)真空作為基準(zhǔn)所表示的壓力；相對(duì)壓力是以大氣壓力作為基準(zhǔn)所表示的壓力。相對(duì)壓力是以大氣壓力作為基準(zhǔn)所表示的壓力。由于大多數(shù)測(cè)壓儀表所測(cè)得的壓力都是相對(duì)壓力，故相對(duì)壓力由于大多數(shù)測(cè)壓儀表所測(cè)得的壓力

26、都是相對(duì)壓力，故相對(duì)壓力也稱(chēng)表壓力。絕對(duì)壓力與相對(duì)壓力的關(guān)系為也稱(chēng)表壓力。絕對(duì)壓力與相對(duì)壓力的關(guān)系為 絕對(duì)壓力相對(duì)壓力大氣壓力絕對(duì)壓力相對(duì)壓力大氣壓力如果液體中某點(diǎn)處的絕對(duì)壓力小于大氣壓如果液體中某點(diǎn)處的絕對(duì)壓力小于大氣壓, ,這時(shí)在這個(gè)點(diǎn)上的這時(shí)在這個(gè)點(diǎn)上的絕對(duì)壓力比大氣壓小的部分?jǐn)?shù)值稱(chēng)為真空度。即絕對(duì)壓力比大氣壓小的部分?jǐn)?shù)值稱(chēng)為真空度。即 真空度大氣壓絕對(duì)壓力真空度大氣壓絕對(duì)壓力33二、液體靜力學(xué)二、液體靜力學(xué)pO34二、液體靜力學(xué)二、液體靜力學(xué) 我國(guó)法定壓力單位為帕斯卡，簡(jiǎn)稱(chēng)帕，符號(hào)為我國(guó)法定壓力單位為帕斯卡，簡(jiǎn)稱(chēng)帕，符號(hào)為PaPa，1Pa = 1 1Pa = 1 N/mN/m2 2。由

27、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(lái)表示：）來(lái)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/cm=1kgf/cm2 2=9.8=9.810104 4 Pa Pa1mH2O(1mH2O(米水柱米水柱)=9.8)=9.810103 3 Pa Pa1mmHg(1mmHg(毫米汞柱毫米汞柱)=1.33)=1.3310102 2 Pa Pa1bar(1bar(巴巴) = 10) = 105 5

28、Pa1.02kgf/cm Pa1.02kgf/cm2 235二、液體靜力學(xué)二、液體靜力學(xué) 曲面上液壓作用力在某一方向上的分力等于靜壓力和曲面在曲面上液壓作用力在某一方向上的分力等于靜壓力和曲面在該方向的垂直面內(nèi)投影面積的乘積。該方向的垂直面內(nèi)投影面積的乘積。 F FpApApDpD2 2/4 /4 液體靜壓力對(duì)固體壁面的作用力（固體壁面為平面）：液體靜壓力對(duì)固體壁面的作用力（固體壁面為平面）：pDF36二、液體靜力學(xué)二、液體靜力學(xué) 液體靜壓力對(duì)固體壁面的作用力（固體壁面為曲面）：液體靜壓力對(duì)固體壁面的作用力（固體壁面為曲面）：FpdpdFFpApd2/4 37 主要包括三個(gè)基本方程：流量連續(xù)性

29、方程、主要包括三個(gè)基本方程：流量連續(xù)性方程、伯努利方程和動(dòng)量方程。伯努利方程和動(dòng)量方程。 這三個(gè)方程是剛體力學(xué)中質(zhì)量守恒、能量這三個(gè)方程是剛體力學(xué)中質(zhì)量守恒、能量守恒以及動(dòng)量守恒在流體力學(xué)中的具體體現(xiàn)。守恒以及動(dòng)量守恒在流體力學(xué)中的具體體現(xiàn)。 前兩個(gè)用來(lái)解決壓力、流速和流量之間的前兩個(gè)用來(lái)解決壓力、流速和流量之間的關(guān)系，后一個(gè)則用來(lái)解決流動(dòng)液體與固體壁面關(guān)系，后一個(gè)則用來(lái)解決流動(dòng)液體與固體壁面之間的相互作用力問(wèn)題。之間的相互作用力問(wèn)題。38三、液體動(dòng)力學(xué)三、液體動(dòng)力學(xué) 理想液體：既無(wú)粘性又不可壓縮的液體稱(chēng)為理想液體。理想液體：既無(wú)粘性又不可壓縮的液體稱(chēng)為理想液體。 定常流動(dòng)：液體流動(dòng)時(shí)，若液體

30、中任何一點(diǎn)的壓力、速度定常流動(dòng)：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)間而變化，則這種流動(dòng)就稱(chēng)為定常流動(dòng)。否則，和密度都不隨時(shí)間而變化，則這種流動(dòng)就稱(chēng)為定常流動(dòng)。否則，只要壓力、速度和密度有一個(gè)量隨時(shí)間變化，則這種流動(dòng)就稱(chēng)只要壓力、速度和密度有一個(gè)量隨時(shí)間變化，則這種流動(dòng)就稱(chēng)為非定常流動(dòng)。為非定常流動(dòng)。 一維流動(dòng)：當(dāng)液體整個(gè)地作線形流動(dòng)時(shí)，稱(chēng)為一維流動(dòng)。一維流動(dòng)：當(dāng)液體整個(gè)地作線形流動(dòng)時(shí)，稱(chēng)為一維流動(dòng)。39三、液體動(dòng)力學(xué)三、液體動(dòng)力學(xué)40三、液體動(dòng)力學(xué)三、液體動(dòng)力學(xué)跡線：流動(dòng)液體的某一質(zhì)點(diǎn)在某一時(shí)間間隔內(nèi)在空間的運(yùn)動(dòng)軌跡。跡線：流動(dòng)液體的某一質(zhì)點(diǎn)在某一時(shí)間間隔內(nèi)在空間的運(yùn)動(dòng)軌跡

31、。流線u1u2u3u4u5A1A2s 流線：表示某一瞬時(shí)，液流中各流線：表示某一瞬時(shí)，液流中各處質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的一條條曲線。在此處質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的一條條曲線。在此瞬時(shí)，流線上各質(zhì)點(diǎn)速度方向與該線瞬時(shí)，流線上各質(zhì)點(diǎn)速度方向與該線相切。在定常流動(dòng)時(shí)，流線不隨時(shí)間相切。在定常流動(dòng)時(shí)，流線不隨時(shí)間而變化，這樣流線就與跡線重合。由而變化，這樣流線就與跡線重合。由于流動(dòng)液體中任一質(zhì)點(diǎn)在某一瞬時(shí)只于流動(dòng)液體中任一質(zhì)點(diǎn)在某一瞬時(shí)只能有一個(gè)速度，所以流線之間不可能能有一個(gè)速度，所以流線之間不可能相交，也不可能突然轉(zhuǎn)折。相交，也不可能突然轉(zhuǎn)折。41三、液體動(dòng)力學(xué)三、液體動(dòng)力學(xué) 流束：在液體的流動(dòng)空間中任意畫(huà)一不屬流線

32、的封閉曲線，沿經(jīng)流束：在液體的流動(dòng)空間中任意畫(huà)一不屬流線的封閉曲線，沿經(jīng)過(guò)此封閉曲線上的每一點(diǎn)作流線，由這些流線組合的表面稱(chēng)為流管。過(guò)此封閉曲線上的每一點(diǎn)作流線，由這些流線組合的表面稱(chēng)為流管。流管內(nèi)的流線群稱(chēng)為流束。流管內(nèi)的流線群稱(chēng)為流束。 通流截面：流束中與所有流線正交的截面稱(chēng)為通流截面。截面上通流截面：流束中與所有流線正交的截面稱(chēng)為通流截面。截面上每點(diǎn)處的流動(dòng)速度都垂直于這個(gè)面。每點(diǎn)處的流動(dòng)速度都垂直于這個(gè)面。流管和流束通流截面AB42三、液體動(dòng)力學(xué)三、液體動(dòng)力學(xué)平行流動(dòng)：流線彼此平行的流動(dòng)。平行流動(dòng)：流線彼此平行的流動(dòng)。緩變流動(dòng)：流線夾角很小或流線曲率半徑很大的流動(dòng)。緩變流動(dòng)：流線夾角很

33、小或流線曲率半徑很大的流動(dòng)。平行流動(dòng)和緩變流動(dòng)都可算是一維流動(dòng)。平行流動(dòng)和緩變流動(dòng)都可算是一維流動(dòng)。 單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)某通流截面的液體的體積稱(chēng)為流量。單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)某通流截面的液體的體積稱(chēng)為流量。流速：液體質(zhì)點(diǎn)在單位時(shí)間內(nèi)流經(jīng)的距離。流速：液體質(zhì)點(diǎn)在單位時(shí)間內(nèi)流經(jīng)的距離。 平均流速：平均流速： v vq/Aq/A43三、液體動(dòng)力學(xué)三、液體動(dòng)力學(xué) 靜止液體內(nèi)任意點(diǎn)處的壓力在各個(gè)方向靜止液體內(nèi)任意點(diǎn)處的壓力在各個(gè)方向上都是相等的，可是在流動(dòng)液體內(nèi)，由于慣上都是相等的，可是在流動(dòng)液體內(nèi)，由于慣性力和粘性力的影響，任意點(diǎn)處在各個(gè)方向性力和粘性力的影響，任意點(diǎn)處在各個(gè)方向上的壓力并不相等，但數(shù)值相差甚微。

34、當(dāng)慣上的壓力并不相等，但數(shù)值相差甚微。當(dāng)慣性力很小，且把液體當(dāng)作理想液體時(shí)，流動(dòng)性力很小，且把液體當(dāng)作理想液體時(shí)，流動(dòng)液體內(nèi)任意點(diǎn)處的壓力在各個(gè)方向上的數(shù)值液體內(nèi)任意點(diǎn)處的壓力在各個(gè)方向上的數(shù)值可以看作是相等的。可以看作是相等的。44三、液體動(dòng)力學(xué)三、液體動(dòng)力學(xué) 假設(shè)液體作定常流動(dòng)，且不可壓縮。任取一流管，兩端通流截假設(shè)液體作定常流動(dòng)，且不可壓縮。任取一流管，兩端通流截面面積為面面積為A1A1、A2A2，在流管中取一微小流束，流束兩端的截面積分別，在流管中取一微小流束，流束兩端的截面積分別為為dA1dA1和和dA2dA2，在微小截面上各點(diǎn)的速度可以認(rèn)為是相等的，且分別，在微小截面上各點(diǎn)的速度可

35、以認(rèn)為是相等的，且分別為為u1u1和和u2u2。根據(jù)質(zhì)量守恒定律，在。根據(jù)質(zhì)量守恒定律，在dtdt時(shí)間內(nèi)流入此微小流束的質(zhì)量時(shí)間內(nèi)流入此微小流束的質(zhì)量應(yīng)等于此微小流束流出的質(zhì)量應(yīng)等于此微小流束流出的質(zhì)量 u1dA1dtu1dA1dt u2dA2dt u2dA2dt u1dA1 u1dA1u2dA2 u2dA2 對(duì)整個(gè)流管：對(duì)整個(gè)流管： 222111AAdAudAudA1A1A2dA2u2連續(xù)性方程推導(dǎo)簡(jiǎn)圖u145三、液體動(dòng)力學(xué)三、液體動(dòng)力學(xué)從而從而 q1q1q2q2如用平均流速表示，得如用平均流速表示，得 v1A1v1A1v2A2v2A2由于兩通流截面是任意取的，故有由于兩通流截面是任意取的，

36、故有 q qvAvA常數(shù)常數(shù) 上式稱(chēng)為不可壓縮液體作定常流動(dòng)時(shí)的連續(xù)性方程。上式稱(chēng)為不可壓縮液體作定常流動(dòng)時(shí)的連續(xù)性方程。它說(shuō)明它說(shuō)明: : 1. 1. 通過(guò)流管任一通流截面的流量相等。通過(guò)流管任一通流截面的流量相等。 2. 2. 液體的流速與管道通流截面積成反比。液體的流速與管道通流截面積成反比。 3. 3. 在具有分歧的管路中有在具有分歧的管路中有q1=q2+q3q1=q2+q3的關(guān)系。的關(guān)系。46三、液體動(dòng)力學(xué)三、液體動(dòng)力學(xué) 伯努利方程就是能量守恒定律在流動(dòng)液體中的表現(xiàn)形式。伯努利方程就是能量守恒定律在流動(dòng)液體中的表現(xiàn)形式。gdAdsdzdspdAdA dAdsspp)(流動(dòng)液體上的作用

37、力zo 在微小流束上，取截面在微小流束上，取截面積為積為dAdA，長(zhǎng)為，長(zhǎng)為dsds的微元體，的微元體，現(xiàn)研究理想液體定常流動(dòng)條現(xiàn)研究理想液體定常流動(dòng)條件下在重力場(chǎng)中沿流線運(yùn)動(dòng)件下在重力場(chǎng)中沿流線運(yùn)動(dòng)時(shí)其力的平衡關(guān)系。時(shí)其力的平衡關(guān)系。47三、液體動(dòng)力學(xué)三、液體動(dòng)力學(xué)微元體的所受的重力為：微元體的所受的重力為：AssppApd)d(d微元體在定常流動(dòng)下的加速度為：微元體在定常流動(dòng)下的加速度為：suutssutuaddddgdAds壓力作用在兩端面上的力為：壓力作用在兩端面上的力為：gdAdsdzdspdAdA dAdsspp)(流動(dòng)液體上的作用力zo48三、液體動(dòng)力學(xué)三、液體動(dòng)力學(xué)suusAs

38、AgAssppApFddcosddd)d(d上式簡(jiǎn)化后可得上式簡(jiǎn)化后可得01suuszgspp p，z z，u u只是只是s s的函數(shù)，進(jìn)一步簡(jiǎn)化得的函數(shù)，進(jìn)一步簡(jiǎn)化得01udugdzdp 上式即為重力場(chǎng)中，理想液體沿流線作定常流動(dòng)時(shí)的運(yùn)動(dòng)方程，上式即為重力場(chǎng)中，理想液體沿流線作定常流動(dòng)時(shí)的運(yùn)動(dòng)方程，即歐拉運(yùn)動(dòng)方程。即歐拉運(yùn)動(dòng)方程。由牛頓第二定律，微元體的力平衡方程為：由牛頓第二定律，微元體的力平衡方程為：49三、液體動(dòng)力學(xué)三、液體動(dòng)力學(xué)沿流線對(duì)歐拉運(yùn)動(dòng)方程積分得沿流線對(duì)歐拉運(yùn)動(dòng)方程積分得C22ugzp上式兩邊同除以上式兩邊同除以g g 得得guzgpguzgp2222222111以上兩式即為

39、理想液體作定常流動(dòng)的伯努利方程。以上兩式即為理想液體作定常流動(dòng)的伯努利方程。50三、液體動(dòng)力學(xué)三、液體動(dòng)力學(xué) 第一項(xiàng)為單位重量第一項(xiàng)為單位重量液體的壓力能稱(chēng)為比壓液體的壓力能稱(chēng)為比壓能（能（p/gp/g）；）； 第二項(xiàng)為單位重量第二項(xiàng)為單位重量液體的位能稱(chēng)為比位能液體的位能稱(chēng)為比位能（z z）；）； 第三項(xiàng)為單位重量第三項(xiàng)為單位重量液體的動(dòng)能稱(chēng)為比動(dòng)能液體的動(dòng)能稱(chēng)為比動(dòng)能（u u2 2/2g/2g）。）。z1z2p1/gp2/gu12/2gu22/2gH51三、液體動(dòng)力學(xué)三、液體動(dòng)力學(xué) 實(shí)際液體都具有粘性，因此液體在流動(dòng)時(shí)還需克服由于實(shí)際液體都具有粘性，因此液體在流動(dòng)時(shí)還需克服由于粘性所引起的

40、摩擦阻力，這必然要消耗能量，設(shè)因粘性消耗粘性所引起的摩擦阻力，這必然要消耗能量，設(shè)因粘性消耗的能量為的能量為hwhw，則實(shí)際液體微小流束的伯努利方程為，則實(shí)際液體微小流束的伯努利方程為ghugzpugzpw221221112252三、液體動(dòng)力學(xué)三、液體動(dòng)力學(xué) 將微小流束擴(kuò)大到總流，由于在通流截面上速度將微小流束擴(kuò)大到總流，由于在通流截面上速度u u 是一個(gè)變是一個(gè)變量，若用平均流速代替，則必然引起動(dòng)能偏差，故必須引入動(dòng)能量，若用平均流速代替，則必然引起動(dòng)能偏差，故必須引入動(dòng)能修正系數(shù)。于是實(shí)際液體總流的伯努利方程為修正系數(shù)。于是實(shí)際液體總流的伯努利方程為ghvagzpvagzpw2222212

41、21111 式中式中 hw-hw-由液體粘性引起的能量損失；由液體粘性引起的能量損失； 1 1，2 2-動(dòng)能修正系數(shù)，一般在紊流時(shí)取動(dòng)能修正系數(shù)，一般在紊流時(shí)取1 1，層流時(shí)，層流時(shí)取取2 2。53三、液體動(dòng)力學(xué)三、液體動(dòng)力學(xué) 例例1 1 求側(cè)壁孔口流出速度。求側(cè)壁孔口流出速度。 條件條件: : p1 p1和和p2p2； h h高；高； 以小孔中心線為基準(zhǔn)，以小孔中心線為基準(zhǔn)， 1=11=1。h11p122p2側(cè)壁孔流出速度54三、液體動(dòng)力學(xué)三、液體動(dòng)力學(xué) 例例2 2 文丘利流量計(jì)。文丘利流量計(jì)。 條件條件: : 選取兩個(gè)通流截面選取兩個(gè)通流截面: :A1 v1 p1, A2 v2 A1 v1

42、 p1, A2 v2 p2p2 1= 1= 2=12=122A2p2h水銀11qv1v2A1文丘利流量計(jì)p155三、液體動(dòng)力學(xué)三、液體動(dòng)力學(xué) 例例3 3 求液壓泵的最大吸油高度。求液壓泵的最大吸油高度。 h2211液壓泵的最大吸油高度56三、液體動(dòng)力學(xué)三、液體動(dòng)力學(xué) 例例4 4 試運(yùn)用連續(xù)性方試運(yùn)用連續(xù)性方程和伯努利方程分析變截程和伯努利方程分析變截面水平管道各處的壓力情面水平管道各處的壓力情況。況。 條件條件: : A1A2A3 A1A2A3 比較比較: : 流速和壓力的大小。流速和壓力的大小。h332211A1A2A3v1v2v3p1p2p3變截面水平管道各處的壓力分布57三、液體動(dòng)力學(xué)三

43、、液體動(dòng)力學(xué) 液體作用在固體壁面上的力，用動(dòng)量定理來(lái)求解比較方便。液體作用在固體壁面上的力，用動(dòng)量定理來(lái)求解比較方便。動(dòng)量定理：作用在物體上的力的大小等于物體在力作用方向上動(dòng)量定理：作用在物體上的力的大小等于物體在力作用方向上的動(dòng)量的變化率，即的動(dòng)量的變化率，即dtvmdF)(58三、液體動(dòng)力學(xué)三、液體動(dòng)力學(xué)1 1）取分離體）取分離體: :2 2）微元的動(dòng)量變化是）微元的動(dòng)量變化是: :v1v2dAdss1AAAAs2BBBB液流動(dòng)量方程推導(dǎo)簡(jiǎn)圖u3 3）動(dòng)量變化率是）動(dòng)量變化率是: :4)4)實(shí)際對(duì)液體的作用力合力為實(shí)際對(duì)液體的作用力合力為 1 1、2 2為動(dòng)量修正系數(shù)，一般在紊流時(shí)為動(dòng)量修

44、正系數(shù)，一般在紊流時(shí)1 1，層流時(shí)，層流時(shí)1.331.33。 1211122212)()()(vdtqvdtqvdtvAvdtvAvmdvmdmvd)()()(1212ssdtdqvvqdtvmd)()(121122ssdtdquuqF59三、液體動(dòng)力學(xué)三、液體動(dòng)力學(xué) 例例1 1：計(jì)算圖示液：計(jì)算圖示液體對(duì)彎管的作用力體對(duì)彎管的作用力步驟：步驟：1.1.取控制體積；取控制體積；2.2.受力分析；受力分析；3.3.動(dòng)量方程；動(dòng)量方程；4.4.求未知力。求未知力。Oxya2211p1p2vFxFFy液 體 對(duì) 彎 管 的 作 用 力A1A2F2F1)(1122uuqF60三、液體動(dòng)力學(xué)三、液體動(dòng)力

45、學(xué) 例例2 2：一針狀錐閥：一針狀錐閥：求外流式和內(nèi)流式兩種求外流式和內(nèi)流式兩種情況下液流對(duì)錐閥芯的情況下液流對(duì)錐閥芯的穩(wěn)態(tài)液動(dòng)力。穩(wěn)態(tài)液動(dòng)力。)(1122uuqF61三、液體動(dòng)力學(xué)三、液體動(dòng)力學(xué)例例3 3：閥芯打開(kāi)時(shí)受力分析：閥芯打開(kāi)時(shí)受力分析1.1.液體受力液體受力 Fx=q(2v2cos901v1cos) 取取1 1=1=1 則則 Fx=q1v1cos 2.2.閥芯受力閥芯受力 Fx=Fx=q1v1cos 指向使閥芯關(guān)閉的方向指向使閥芯關(guān)閉的方向62 在液壓傳動(dòng)中，能量損失主要表現(xiàn)為壓力損失，壓力在液壓傳動(dòng)中，能量損失主要表現(xiàn)為壓力損失，壓力損失分為兩類(lèi)：沿程壓力損失和局部壓力損失。損失

46、分為兩類(lèi)：沿程壓力損失和局部壓力損失。 沿程壓力損失：油液沿等直徑直管流動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的壓沿程壓力損失：油液沿等直徑直管流動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的壓力損失，這類(lèi)壓力損失是由液體流動(dòng)時(shí)的內(nèi)、外摩擦力所力損失，這類(lèi)壓力損失是由液體流動(dòng)時(shí)的內(nèi)、外摩擦力所引起的。引起的。 局部壓力損失：是油液流經(jīng)局部障礙（如彎管、接頭、局部壓力損失：是油液流經(jīng)局部障礙（如彎管、接頭、管道截面突然擴(kuò)大或收縮）時(shí)，由于液流的方向和速度的管道截面突然擴(kuò)大或收縮）時(shí)，由于液流的方向和速度的突然變化，在局部形成旋渦引起油液質(zhì)點(diǎn)間，以及質(zhì)點(diǎn)與突然變化，在局部形成旋渦引起油液質(zhì)點(diǎn)間，以及質(zhì)點(diǎn)與固體壁面間相互碰撞和劇烈摩擦而產(chǎn)生的壓力損失。固體壁面

47、間相互碰撞和劇烈摩擦而產(chǎn)生的壓力損失。 63層流：液體質(zhì)點(diǎn)互不干擾，液體的流動(dòng)呈線性或?qū)訝?，且平行層流：液體質(zhì)點(diǎn)互不干擾，液體的流動(dòng)呈線性或?qū)訝?，且平行于管道軸線；于管道軸線；湍流：液體質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)雜亂無(wú)章，除了平行于管道軸線的運(yùn)動(dòng)湍流：液體質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)雜亂無(wú)章，除了平行于管道軸線的運(yùn)動(dòng)以外，還存在著劇烈的橫向運(yùn)動(dòng)。以外，還存在著劇烈的橫向運(yùn)動(dòng)。a a）層流）層流b b）層流開(kāi)始破壞）層流開(kāi)始破壞c c）流動(dòng)趨于湍流）流動(dòng)趨于湍流 d d）湍流）湍流液流狀態(tài)液流狀態(tài)四、定常管流的壓力損失計(jì)算四、定常管流的壓力損失計(jì)算64 層流和湍流是兩種不同性質(zhì)的流態(tài)。層流和湍流是兩種不同性質(zhì)的流態(tài)。 層流時(shí)，液

48、體流速較低，質(zhì)點(diǎn)受粘性制約，不能隨意運(yùn)動(dòng)，層流時(shí)，液體流速較低，質(zhì)點(diǎn)受粘性制約，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； 湍流時(shí)，液體流速較高，粘性的制約作用減弱，慣性力起主湍流時(shí)，液體流速較高，粘性的制約作用減弱，慣性力起主導(dǎo)作用。導(dǎo)作用。 液體流動(dòng)時(shí)，究竟是層流還是湍流，要用雷諾數(shù)來(lái)判定。液體流動(dòng)時(shí)，究竟是層流還是湍流，要用雷諾數(shù)來(lái)判定。流態(tài)、雷諾數(shù)流態(tài)、雷諾數(shù)四、定常管流的壓力損失計(jì)算四、定常管流的壓力損失計(jì)算65流態(tài)、雷諾數(shù)流態(tài)、雷諾數(shù)四、定常管流的壓力損失計(jì)算四、定常管流的壓力損失計(jì)算66vd Re 上臨界雷諾數(shù)：由層流轉(zhuǎn)變?yōu)橥牧鲿r(shí)的雷諾數(shù)。上臨界雷諾數(shù)：由層流轉(zhuǎn)變?yōu)橥牧鲿r(shí)

49、的雷諾數(shù)。 下臨界雷諾數(shù)：由湍流轉(zhuǎn)變?yōu)閷恿鲿r(shí)的雷諾數(shù)。下臨界雷諾數(shù)：由湍流轉(zhuǎn)變?yōu)閷恿鲿r(shí)的雷諾數(shù)。 臨界雷諾數(shù)：下臨界雷諾數(shù)臨界雷諾數(shù)：下臨界雷諾數(shù) 當(dāng)液流的實(shí)際流動(dòng)時(shí)的雷諾數(shù)小于臨界雷諾數(shù)時(shí)，液流為層流，反當(dāng)液流的實(shí)際流動(dòng)時(shí)的雷諾數(shù)小于臨界雷諾數(shù)時(shí)，液流為層流，反之液流則為湍流。常見(jiàn)的液流管道的臨界雷諾數(shù)可由實(shí)驗(yàn)求得。之液流則為湍流。常見(jiàn)的液流管道的臨界雷諾數(shù)可由實(shí)驗(yàn)求得。 實(shí)驗(yàn)表明真正決定液流流動(dòng)狀態(tài)的是用管內(nèi)的平均流速實(shí)驗(yàn)表明真正決定液流流動(dòng)狀態(tài)的是用管內(nèi)的平均流速v v、液體的、液體的運(yùn)動(dòng)粘度運(yùn)動(dòng)粘度、管徑、管徑d d三個(gè)數(shù)所組成的一個(gè)稱(chēng)為雷諾數(shù)三個(gè)數(shù)所組成的一個(gè)稱(chēng)為雷諾數(shù)ReRe的無(wú)量

50、綱數(shù)，即的無(wú)量綱數(shù)，即 流態(tài)、雷諾數(shù)流態(tài)、雷諾數(shù)四、定常管流的壓力損失計(jì)算四、定常管流的壓力損失計(jì)算67流態(tài)、雷諾數(shù)流態(tài)、雷諾數(shù)四、定常管流的壓力損失計(jì)算四、定常管流的壓力損失計(jì)算常見(jiàn)液流管道的臨界雷諾數(shù)常見(jiàn)液流管道的臨界雷諾數(shù)管道的材料與形狀管道的材料與形狀臨界雷諾臨界雷諾數(shù)數(shù)管道的材料與形狀管道的材料與形狀臨界雷諾臨界雷諾數(shù)數(shù)光滑的金屬圓管光滑的金屬圓管2000-23202000-2320帶槽裝的同心環(huán)狀縫隙帶槽裝的同心環(huán)狀縫隙700700橡膠軟管橡膠軟管1600-20001600-2000帶槽裝的偏心環(huán)狀縫隙帶槽裝的偏心環(huán)狀縫隙400400光滑的同心環(huán)狀縫隙光滑的同心環(huán)狀縫隙110011

51、00圓柱形滑閥閥口圓柱形滑閥閥口260260光滑的偏心環(huán)狀縫隙光滑的偏心環(huán)狀縫隙10001000錐狀閥口錐狀閥口20-10020-10068 影響液體流動(dòng)的力主要有慣性力和粘性力，雷諾數(shù)就是慣性力對(duì)粘性影響液體流動(dòng)的力主要有慣性力和粘性力，雷諾數(shù)就是慣性力對(duì)粘性力的無(wú)因次比值。力的無(wú)因次比值。 對(duì)于非圓截面管道來(lái)說(shuō)，對(duì)于非圓截面管道來(lái)說(shuō)，ReRe可用下式來(lái)計(jì)算可用下式來(lái)計(jì)算 ReRe4vR/4vR/ 式中，式中，R R為通流截面的水力半徑。它等于液流的有效截面積為通流截面的水力半徑。它等于液流的有效截面積A A和它的和它的濕周濕周（通流截面上與液體接觸的固體壁面的周長(zhǎng)）之比，即（通流截面上與液

52、體接觸的固體壁面的周長(zhǎng)）之比，即 R RA /A / 水力半徑對(duì)管道通流能力影響很大，水力半徑大，表明液流與管壁水力半徑對(duì)管道通流能力影響很大，水力半徑大，表明液流與管壁接觸少，通流能力大；水力半徑小，表明液流與管壁接觸多，通流能力接觸少，通流能力大；水力半徑小，表明液流與管壁接觸多，通流能力小，易堵塞。小，易堵塞。流態(tài)、雷諾數(shù)流態(tài)、雷諾數(shù)四、定常管流的壓力損失計(jì)算四、定常管流的壓力損失計(jì)算69沿程壓力損失沿程壓力損失四、定常管流的壓力損失計(jì)算四、定常管流的壓力損失計(jì)算 液體在直管中流動(dòng)時(shí)的壓力損失稱(chēng)為沿程壓力液體在直管中流動(dòng)時(shí)的壓力損失稱(chēng)為沿程壓力損失。它除與管道的長(zhǎng)度、內(nèi)徑和液體的流速、粘

53、損失。它除與管道的長(zhǎng)度、內(nèi)徑和液體的流速、粘度等有關(guān)外，還與液體的流動(dòng)狀態(tài)有關(guān)。液體在圓度等有關(guān)外，還與液體的流動(dòng)狀態(tài)有關(guān)。液體在圓管中的層流流動(dòng)是液壓傳動(dòng)中最常見(jiàn)的現(xiàn)象，在設(shè)管中的層流流動(dòng)是液壓傳動(dòng)中最常見(jiàn)的現(xiàn)象，在設(shè)計(jì)和使用液壓系統(tǒng)時(shí)就希望管道中的液流保持這種計(jì)和使用液壓系統(tǒng)時(shí)就希望管道中的液流保持這種狀態(tài)。狀態(tài)。70沿程壓力損失（層流）沿程壓力損失（層流）四、定常管流的壓力損失計(jì)算四、定常管流的壓力損失計(jì)算（1 1）液流在通流截面上的速度分布規(guī)律）液流在通流截面上的速度分布規(guī)律 r rd dr ru ud dl lr rp p1 1p p2 2圓管中的層流圓管中的層流 液體在一直徑為液體

54、在一直徑為d d 的圓管中自左向右作層流流動(dòng)。在管道中取一的圓管中自左向右作層流流動(dòng)。在管道中取一軸線與管道軸線重合的微小圓柱體，在軸線方向上的受力平衡方程為軸線與管道軸線重合的微小圓柱體，在軸線方向上的受力平衡方程為 (p1-p2)r (p1-p2)r2 2-2rl=0-2rl=0 由牛頓內(nèi)摩擦定律可知由牛頓內(nèi)摩擦定律可知 =-du/dr=-du/dr 式中負(fù)號(hào)表示流速式中負(fù)號(hào)表示流速u(mài) u隨隨r r的增加而降低，將此式代入上式積分可得的增加而降低，將此式代入上式積分可得71沿程壓力損失（層流）沿程壓力損失（層流）四、定常管流的壓力損失計(jì)算四、定常管流的壓力損失計(jì)算由邊界條件：當(dāng)由邊界條件：

55、當(dāng)r=d/2r=d/2時(shí)，時(shí)，u=0u=0，可得積分常數(shù)可得積分常數(shù)C Cr=0r=022116dlppC)4(42221rdlppu221max16dlppuCrlppu221472沿程壓力損失（層流）沿程壓力損失（層流）四、定常管流的壓力損失計(jì)算四、定常管流的壓力損失計(jì)算（2 2）圓管中的流量）圓管中的流量 通過(guò)整個(gè)通流截面的流量可由對(duì)上式積分求得，即通過(guò)整個(gè)通流截面的流量可由對(duì)上式積分求得，即pldrdrrdlppudAqdA1282)4(44222021圓管通流截面上的平均流速為圓管通流截面上的平均流速為 pldAqv322 比較上面兩式可知，液體在圓管中作層流流動(dòng)時(shí)，其中心比較上面兩

56、式可知，液體在圓管中作層流流動(dòng)時(shí)，其中心處的最大流速正好等于其平均流速的兩倍，即處的最大流速正好等于其平均流速的兩倍，即UmaxUmax2v2v。 221max16dlppu73沿程壓力損失（層流）沿程壓力損失（層流）四、定常管流的壓力損失計(jì)算四、定常管流的壓力損失計(jì)算（3 3）沿程壓力損失）沿程壓力損失 qdlpf4128因?yàn)橐驗(yàn)閝 qvdvd2 2/4/4，Re=Re=d vd v/ /，代入并整理得，代入并整理得gvgdlgvgdlRpef226422 稱(chēng)為沿程阻力系數(shù)，稱(chēng)為沿程阻力系數(shù)，的理論值為的理論值為 64/Re64/Re，水在作層流流，水在作層流流動(dòng)時(shí)的實(shí)際阻力系數(shù)和理論值是很

57、接近的。液壓油在金屬圓管中動(dòng)時(shí)的實(shí)際阻力系數(shù)和理論值是很接近的。液壓油在金屬圓管中作層流流動(dòng)時(shí)，常取作層流流動(dòng)時(shí)，常取75/Re75/Re，在橡膠管中，在橡膠管中80/Re80/Re。pldrdrrdlppudAqdA1282)4(4422202174沿程壓力損失（湍流）沿程壓力損失（湍流）四、定常管流的壓力損失計(jì)算四、定常管流的壓力損失計(jì)算 湍流流動(dòng)現(xiàn)象是很復(fù)雜的，完全用理論方法加以研究至今未湍流流動(dòng)現(xiàn)象是很復(fù)雜的，完全用理論方法加以研究至今未獲得令人滿(mǎn)意的成果，故仍用實(shí)驗(yàn)的方法加以研究，再輔以理論獲得令人滿(mǎn)意的成果，故仍用實(shí)驗(yàn)的方法加以研究，再輔以理論解釋?zhuān)虼送牧鳡顟B(tài)下液體流動(dòng)的壓力損失

58、仍用上式來(lái)計(jì)算，式解釋?zhuān)虼送牧鳡顟B(tài)下液體流動(dòng)的壓力損失仍用上式來(lái)計(jì)算，式中的中的值不僅與雷諾數(shù)值不僅與雷諾數(shù)ReRe有關(guān)，而且與管壁表面粗糙度有關(guān)，具有關(guān)，而且與管壁表面粗糙度有關(guān)，具體體的值見(jiàn)教材表的值見(jiàn)教材表1-91-9。 gvgdlgvgdlRpef22642275局部壓力損失局部壓力損失四、定常管流的壓力損失計(jì)算四、定常管流的壓力損失計(jì)算 局部壓力損失是液體流經(jīng)如閥口、彎管、通流截面變化等局部局部壓力損失是液體流經(jīng)如閥口、彎管、通流截面變化等局部阻力處所引起的壓力損失。局部壓力損失的計(jì)算公式為阻力處所引起的壓力損失。局部壓力損失的計(jì)算公式為22vpr 為局部阻力系數(shù)，一般由實(shí)驗(yàn)確定，

59、也可查閱有關(guān)液壓傳動(dòng)設(shè)為局部阻力系數(shù)，一般由實(shí)驗(yàn)確定，也可查閱有關(guān)液壓傳動(dòng)設(shè)計(jì)手冊(cè)；計(jì)手冊(cè)；v v為液體的平均流速，一般情況下均指局部阻力后部的流速。為液體的平均流速，一般情況下均指局部阻力后部的流速。 對(duì)于液流通過(guò)各種標(biāo)準(zhǔn)液壓元件的局部損失，一般可從產(chǎn)品技對(duì)于液流通過(guò)各種標(biāo)準(zhǔn)液壓元件的局部損失，一般可從產(chǎn)品技術(shù)規(guī)格中查到，但所查到的數(shù)據(jù)是在額定流量術(shù)規(guī)格中查到，但所查到的數(shù)據(jù)是在額定流量q qn n時(shí)的壓力損失時(shí)的壓力損失p pn n，若實(shí)際通過(guò)流量與其不一樣時(shí)，可按下式計(jì)算：若實(shí)際通過(guò)流量與其不一樣時(shí)，可按下式計(jì)算：nnpqqp2)(76總壓力損失總壓力損失四、定常管流的壓力損失計(jì)算四、定

60、常管流的壓力損失計(jì)算 管路系統(tǒng)中的總的壓力損失等于所有直管中的沿程壓力損管路系統(tǒng)中的總的壓力損失等于所有直管中的沿程壓力損失和局部壓力損失之和，即失和局部壓力損失之和，即2222vvdlp 應(yīng)用上式時(shí)，只有在兩相鄰局部損失之間的距離大于直徑應(yīng)用上式時(shí)，只有在兩相鄰局部損失之間的距離大于直徑10102020倍時(shí)才成立，否則液流受前一個(gè)局部阻力的干擾還沒(méi)穩(wěn)倍時(shí)才成立，否則液流受前一個(gè)局部阻力的干擾還沒(méi)穩(wěn)定下來(lái)，就經(jīng)歷下一個(gè)局部阻力，它所受的擾動(dòng)將更為嚴(yán)重，定下來(lái)，就經(jīng)歷下一個(gè)局部阻力，它所受的擾動(dòng)將更為嚴(yán)重，因而會(huì)使上式計(jì)算出的壓力損失比實(shí)際數(shù)值小得多。因而會(huì)使上式計(jì)算出的壓力損失比實(shí)際數(shù)值小得多