第二章 流體基礎(chǔ)

第二章液壓傳動(dòng)的流體及流體力學(xué)基礎(chǔ)液壓油及其主要性能液體靜力學(xué)基礎(chǔ)液體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)管路壓力損失計(jì)算液流流經(jīng)孔口及隙縫的特性液壓沖擊2/4/2023

§2-1液壓油及其主要性能二、液壓油的物理性質(zhì)三、液壓油的選用一、液壓油的作用2/4/2023一、液壓油的作用

（1）作為工作介質(zhì)傳遞動(dòng)力（2）作為工作介質(zhì)傳遞信號(hào)（3）潤滑元件，減少摩擦、磨損（4）冷卻（散熱）（5）防銹、沖洗污染物

（6）為故障診斷提供信息2/4/20231、密度ρ和重度γ

=M/Vγ=G/V礦物油的密度ρ=850～960（kg/m3），通常取液壓油密度ρ=900（kg/m3）2、可壓縮性體積壓縮系數(shù)：單位壓力變化時(shí)流體體積的相對(duì)變化量

k=-1/Δp.(ΔV/V)

（m2/N）Δp-壓力的增量；V-被壓縮的液體體積；ΔV-體積的增量。由于ΔV是負(fù)值（體積減?。?，在式子右邊增加一個(gè)負(fù)號(hào)以保證k為正數(shù)。無特殊說明時(shí)液體的可壓縮性忽略不計(jì)。二、液壓油的物理性質(zhì)2/4/20233、液體的粘性粘性的物理本質(zhì)：液體在外力作用下流動(dòng)時(shí)，其流動(dòng)受到牽制，且在流動(dòng)截面上各點(diǎn)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)摩擦力或粘性力。2/4/2023

動(dòng)力粘性的意義牛頓實(shí)驗(yàn)測(cè)試指出：相鄰液層間的內(nèi)摩擦力

單位面積上的內(nèi)摩擦力即切應(yīng)力τ

牛頓的液體內(nèi)摩擦定律μ－液體動(dòng)力粘度；τ－單位面積上的摩擦力；du/dz－速度梯度。液壓粘性示意圖

2/4/2023粘性的意義：液體流動(dòng)時(shí)，液體分子之間的內(nèi)聚力要阻止分子間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，因而產(chǎn)生內(nèi)摩擦力的性質(zhì)叫做液體的粘性。牛頓液體內(nèi)摩擦定律

比例常數(shù)μ稱為粘性系數(shù)或粘度。（主要與油的種類與溫度有關(guān)）靜止液體不呈現(xiàn)粘性。2）運(yùn)動(dòng)粘度

液體動(dòng)力粘度與液體密度之比稱為運(yùn)動(dòng)粘度。運(yùn)動(dòng)粘度ν=μ/ρ

運(yùn)動(dòng)粘度沒有明確的物理意義，但在工程上常用它標(biāo)記液體的黏度，即油液在40攝氏度時(shí)的運(yùn)動(dòng)黏度的平均值就是液壓油的牌號(hào)。運(yùn)動(dòng)粘度SI制中的單位：m2/s

1cst=1mm2/s

1m2/s=106cst

如L-Hl32液壓油在40攝氏度時(shí)運(yùn)動(dòng)黏度的平均值就是32mm2/s，即32cst。動(dòng)力粘度SI制中的單位：Pa·s

2/4/20233）恩氏黏度由恩氏黏度計(jì)測(cè)定。4）膨脹量

油的體積隨溫度升高而增加。其中：vt-溫度t時(shí)的油的體積；

v0-溫度t0

時(shí)的油的體積；

αt-油的體積膨脹系數(shù)。2/4/20234、粘度與壓力、溫度的關(guān)系：

壓力：壓力增加時(shí)，粘度有所增加

溫度：溫度略升高，粘度顯著降低液體的粘度對(duì)溫度常用粘度指數(shù)表示，對(duì)于不同的液壓油來說，粘度指數(shù)高的油液，粘性隨溫度變化而改變較小。5、其他性質(zhì)

工作液體還有抗燃性、抗氧化性、抗凝性、抗泡沫性、抗乳化性、防銹性、潤滑性、導(dǎo)熱性以及相容性等一些性質(zhì)。2/4/2023二、液壓油選擇的注意事項(xiàng)

液壓油的選擇，首先是油液品種的選擇。選擇油液品種時(shí)，可根據(jù)是否液壓專用、有無起火危險(xiǎn)、工作壓力及工作溫度范圍等因素進(jìn)行考慮。

液壓油的品種確定之后，接著就是選擇油的粘度等級(jí)。粘度等級(jí)的選擇是十分重要的，因?yàn)檎扯葘?duì)液壓系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性、可靠性、效率、溫升以及磨損都有顯著的影響。2/4/2023在選擇粘度時(shí)應(yīng)注意液壓系統(tǒng)在以下幾方面的情況：工作壓力工作壓力較高的系統(tǒng)宜選用粘度較大的液壓油，以減少泄漏。運(yùn)動(dòng)速度當(dāng)液壓系統(tǒng)的工作部件運(yùn)動(dòng)速度較高時(shí)，宜選用粘度較小的液壓油，以減少摩擦損失。環(huán)境溫度環(huán)境溫度較高時(shí)宜選用粘度較大的液壓油。

2/4/2023三、液壓油的選用要求1、良好的化學(xué)穩(wěn)定性。2、良好的潤滑性能，以減小元件之間的磨損。3、質(zhì)地純凈，不含或含有極少量的雜質(zhì)、水份和水溶性酸堿等。4、適當(dāng)?shù)恼扯群土己玫恼硿靥匦浴?、凝固點(diǎn)較低，以保證油液能在較低溫度下使用。6、自燃點(diǎn)和閃點(diǎn)要高。7、有較快地排除油中游離空氣和較好地與油中水份分離的能力。8、沒有腐蝕性，防銹性能好，有良好的相容性。2/4/2023例1：2/4/20232/4/20232/4/2023練習(xí)：

1.油液的密度ρ=900kg/m3,則：

32號(hào)機(jī)油的平均運(yùn)動(dòng)粘度為多少cst?

32號(hào)機(jī)油的平均動(dòng)力粘度為多少(Pa.s)。

在液體靜止時(shí),46號(hào)機(jī)油與32號(hào)機(jī)油所呈現(xiàn)的粘性哪個(gè)大?

2.滑動(dòng)軸承中,軸的直徑D=15cm,軸承寬度B=25cm,間隙δ=0.1cm,其中充滿潤滑油,當(dāng)軸以轉(zhuǎn)速n=180轉(zhuǎn)/分時(shí),潤滑油的油溫為400C,其μ=0.054Pa.S,求潤滑油的阻力。2/4/2023答案：1.油液的密度ρ=900kg/m3,則：１）32號(hào)機(jī)油的平均運(yùn)動(dòng)粘度為32cst

２）32號(hào)機(jī)油的平均動(dòng)力粘度為28.8x10-3(Pa.s)

３）在液體靜止時(shí),46號(hào)機(jī)油與32號(hào)機(jī)油

均不呈現(xiàn)粘性.

2/4/2023

2.解：軸表面速度

υ

=2πr·n=(πx0.15x180)/60(υ=r·w)=1.415m/s

因油層很薄，油的速度分布接直線分布處理近似為du/dr=υ/δ

υ2/4/2023摩擦力F=μ·A·du/dr

=μ·πD·B·υ/δ=0.054x3.14x0.15x0.25x1415=9(N)2/4/2023§

2—2

液體靜力學(xué)基礎(chǔ)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)，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。

一、液體靜壓力及其特性二、液體靜壓力基本方程及其物理意義三、壓力對(duì)固體壁面的總作用力2/4/2023一、液體靜壓力及其特性1、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作用力。P=F/A

法定壓力單位為牛頓/米2(N/m2)，稱為帕斯卡，簡稱帕(Pa)。在液氣壓技術(shù)中，目前還采用的壓力單位有巴(bar)、工程大氣壓、千克力每平方米(kgf/cm)等。2、液體靜壓力有兩個(gè)重要特性：

液體靜壓力方向總是沿著作用面的法線方向。靜止液體中任何一點(diǎn)所受到各方向壓力都相等。2/4/2023二、液體靜壓力基本方程及其物理意義1、靜壓力基本方程如圖所示容器中盛有液體，作用在液面上的壓力為P0，現(xiàn)在求離液面h深處A點(diǎn)壓力，在液體內(nèi)取一個(gè)底面包含A點(diǎn)的小液柱，設(shè)其底部面積為A，高為h。這個(gè)小液柱在重力及周圍液體的壓力作用下，處于平衡狀態(tài)。則在垂直方向上的力平衡方程為

P=p0+ρgh

其中ρ--液體的密度。2/4/2023上式即為靜壓力基本方程式，它說明了：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。同一容器同一液體中的靜壓力隨深度的增加線性地增加。連通器內(nèi)，同一液體中深度相同的各點(diǎn)壓力都相等。2/4/20232、絕對(duì)壓力、相對(duì)壓力和真空度絕對(duì)壓力：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。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)壓力也稱表壓力。真空度：相對(duì)壓力為負(fù)數(shù)時(shí)，工程上稱為真空度。絕對(duì)壓力＝大氣壓力＋相對(duì)壓力（表壓力）真空度＝大氣壓力－絕對(duì)壓力2/4/2023絕對(duì)壓力、相對(duì)壓力與真空度的相互關(guān)系圖2/4/20233、壓力傳遞由靜壓力基本方程式P=p0+ρgh可知，液體中任何一點(diǎn)的壓力都包含有液面壓力p，或者說液體表面的壓力p0等值的傳遞到液體內(nèi)所有的地方。這稱為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，由外力所產(chǎn)生的壓力p0要比液體自重所產(chǎn)生的壓力ρgh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)為靜止液體內(nèi)各處的壓力都是相等的。2/4/2023帕斯卡原理應(yīng)用實(shí)例2/4/20232/4/20232/4/2023三、壓力對(duì)固體壁面的總作用力1、壓力作用在平面上的總作用力當(dāng)承受壓力作用的面是平面時(shí)，作用在該面上的壓力的方向是互相平行的。故總作用力F等于油液壓力p與承壓面積A的乘積。對(duì)于圖中所示的液壓缸，油液壓力作用在活塞上的總作用力為：

F=p.A=p.D2/4式中p－油液的壓力；

D－活塞的直徑。2/4/20232、油液壓力作用在曲面上的作用力當(dāng)承受壓力作用的表面是曲面時(shí)，作用在曲面上的所有壓力的方向均垂直于曲面，圖中將曲面分成若干微小面積dA，將作用力dF分解為x、y兩個(gè)方向上的分力，

Fx＝p.dAsin=p.AxFY=p.dAcos=p.Ay

式中Ax、Ay分別是曲面在x和y方向上的投影面積。2/4/2023結(jié)論：油液壓力作用在曲面上的作用力等于設(shè)定方向上的投影面積與壓力的積。2/4/2023例：如右圖所示，球閥球面受液壓力后繼續(xù)保持平衡的條件：2/4/20232/4/2023如圖所示，穿孔板各孔眼大小形狀相同，兩液面高度差為H，則通過孔口1、2、3的流量為：（A）Q1＜Q2=Q3（B）Q1＜Q2＜Q3（C）Q1=Q2=Q3（D）Q1＜Q2且Q1＜Q3，但Q2、Q3流量無法判斷（A）2/4/2023§2-3液體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)

一、幾個(gè)基本概念二、液體流動(dòng)的連續(xù)性方程三、伯努利方程四、液體穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)的動(dòng)量方程2/4/2023一、幾個(gè)基本概念1、穩(wěn)定流動(dòng)和非穩(wěn)定流動(dòng)液體流動(dòng)時(shí)，若液體中任何一點(diǎn)的壓力，流速和密度都不隨時(shí)間變化，這種流動(dòng)稱為穩(wěn)定流動(dòng)。反之，壓力，流速隨時(shí)間而變化的流動(dòng)稱為非穩(wěn)定流動(dòng)。

2/4/20232、理想液體與實(shí)際液體

為了便于導(dǎo)出基本方程，常假定液體既無粘性又不可壓縮，這樣的液體稱為理想液體。實(shí)際液體則既有粘性又可壓縮。3、通流截面、流量和平均流量垂直于液體流動(dòng)方向的截面稱為通流截面，也叫過流斷面。單位時(shí)間內(nèi)流過某通流截面的液體體積V稱為流量Q。即Q=V/t=v·A

(A-通流截面面積，v－流速）2/4/2023

由Q=V/t=v·A

可得v=Q/A

流速為流量與通流面積之比。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。管道中心處流速最大，越靠近管壁流速越小，管壁處的流速為零。為方便起見，以后所指流速均為平均流速。2/4/2023二、液體流動(dòng)的連續(xù)性方程

如圖所示，液體在管道內(nèi)作穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)，管道的兩個(gè)通流面積分別為A1、A2，液體流速分別為v1、v2，液體的密度為ρ，則根據(jù)質(zhì)量守恒定律，管內(nèi)液體的質(zhì)量不會(huì)增多也不會(huì)減少，在單位時(shí)間內(nèi)流過每一截面的液體質(zhì)量必然相等。

ρv1A1=ρv2A2=常量

v1A1=v2A2=Qv1/v2=A2/A1

2/4/2023上式即連續(xù)性方程，它說明：1)同一管路中無論通流面積怎么變化，只要沒有泄漏，液體通過任意截面的流量是相等的；2)在同一管路中通流面積大的地方液體流速小。通流面積小的地方則液體流速大；3)當(dāng)通流面積一定時(shí)，通過的液體流量越大，其流速也越大。

2/4/2023對(duì)于圖示的分支油路，顯然流進(jìn)的流量應(yīng)等于流出的流量，即:

Q=Q1+Q22/4/2023三、伯努利方程1、理想液體的伯努力方程在同一管道中任意取兩個(gè)截面A1和A2，它們距離基準(zhǔn)水平面的坐標(biāo)位置分別為h1和h2，流速分別為v1、v2，壓力分別為p1和p2。2/4/2023截面A1處的能量：1、壓力能：2、勢(shì)能：3、動(dòng)能截面A2處的能量：1、壓力能：2、勢(shì)能：3、動(dòng)能2/4/2023上式即為理想液體的伯努利方程。理想液體沒有粘性，它在管內(nèi)作穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)沒有能量損失。根據(jù)能量守恒定律，同一管道每一截面上的總能量都是相等的。

2/4/2023

伯努利方程的物理意義為：在管內(nèi)作穩(wěn)定流動(dòng)的理想液體具有壓力能、位能和動(dòng)能三種形式的能量，在任意截面上這三種能量都可以相互轉(zhuǎn)換，但其總和保持不變。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。2/4/2023復(fù)習(xí)1．在研究流動(dòng)液體時(shí)，把假設(shè)既（）又（）的液體稱為理想流體。2．相對(duì)壓力又稱（），它是（）與（）之差。真空度是（）。3．根據(jù)（）可知，在單位時(shí)間內(nèi)流過同一管道中每一截面的液體流量相等，此即（）。4．根據(jù)()，同一管道每一截面上的總能量都是相等的。在管內(nèi)作穩(wěn)定流動(dòng)的理想液體具有（）、（）和（）三種形式的能量，在任意截面上這三種能量都可以相互轉(zhuǎn)換，但其總和保持不變。這就是理想液體的伯努利方程。5．液體流動(dòng)時(shí)，若液體中任何一點(diǎn)的壓力，流速和密度都不隨時(shí)間變化，這種流動(dòng)稱為（）。反之，壓力，流速隨時(shí)間而變化的流動(dòng)稱為（）。2/4/20232、實(shí)際液體的伯努利方程實(shí)際液體具有粘性，當(dāng)它在管中流動(dòng)時(shí)，為克服內(nèi)摩擦阻力需要消耗一部分能量，所以實(shí)際液體的伯努利方程為：2/4/20233.伯努利方程應(yīng)用舉例例1：如圖所示，設(shè)泵的吸油口比油箱液高h(yuǎn)，油箱液面I－I壓力為P1，泵進(jìn)口處截面II-II壓力P2，計(jì)算泵吸油腔的真空度或泵允許的最大吸油高度。2/4/2023分析：一般油箱液面與大氣相通，故p1為大氣壓力，即p1=pa；v2為泵吸油口的流速，一般可取吸油管流速；v1為油箱液面流速，由于v1<<v2，故v1可忽略不計(jì)；p2為泵吸油口的絕對(duì)壓力，hw為能量損失。據(jù)此，根據(jù)實(shí)際液體的伯努利方程。2/4/2023真空度：高度：2/4/2023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）吸油管內(nèi)壓力損失。泵吸油口的真空度不能太大，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形成氣泡,這種現(xiàn)象稱為氣穴。2/4/2023這時(shí)的絕對(duì)壓力稱為空氣分離壓。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)象稱為氣蝕。為避免產(chǎn)生氣蝕，必須限制真空度，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,允許的最大吸油高度計(jì)算式為:2/4/2023例：如圖所示油泵工作時(shí)，真空壓力表指示泵入口處真空度為0.4×105pa,已知油液的空氣分離壓為0.4×105pa，當(dāng)?shù)卮髿鈮簽?×105pa，分析該泵工作時(shí)，入口處是否會(huì)出現(xiàn)空穴現(xiàn)象。2/4/2023例：計(jì)算泵出口壓力如圖所示，泵驅(qū)動(dòng)液壓缸克服負(fù)載而運(yùn)動(dòng)。設(shè)液壓缸中心距泵出口處的高度為h，根據(jù)伯努利方程來確定泵的出口壓力。2/4/2023選取I-I，II-II截面列伯努利方程以截面I–I為基準(zhǔn)面。則有因此泵的出口壓力為可以改寫為2/4/2023在液壓傳動(dòng)中，油管中油液的流速一般不超過6m/s，而液壓缸中油液的流速更要低得多。因此計(jì)算出速度水頭產(chǎn)

生的壓力和ρgh的值比缸的工作壓力低得多，故在管道中，這兩項(xiàng)可忽略不計(jì)。這時(shí)上式可簡化為P1=P2+ΔP

2/4/2023伯努利方程解決問題的一般方法與步驟:1.選取適當(dāng)?shù)幕鶞?zhǔn)水平面；2.選取兩個(gè)計(jì)算截面；一個(gè)設(shè)在已知參數(shù)的斷面上，另一個(gè)設(shè)在所求參數(shù)的斷面上；3.按照液體流動(dòng)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)，則必須列出其他輔助方程，聯(lián)立求解。2/4/2023如圖所示，一抽吸設(shè)備水平放置，其兩端出口均連通大氣，細(xì)管截面積A2=3.2×10－4m2

，A1=4A2，H=1m，求開始抽吸時(shí)，水平管的流量q。

2/4/20232/4/2023四、液體穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)的動(dòng)量方程在管流中，任意取出被通流截面1、2，截面上的流速為v1、v2。該段液體在t時(shí)刻的動(dòng)量為（mv)，于是有：F＝dvdm/dt

F

＝ρQ(v2－v1）F＝Δvdm/dt

F＝d（mv)/dt

F＝Δv

d(ρV)/dt

2/4/2023上式即為液體穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)的動(dòng)量方程。上式表明：

作用在液體控制體積上的外力總和等于單位時(shí)間內(nèi)流出控制表面與流入控制表面的液體動(dòng)量之差。2/4/20232.動(dòng)量方程的應(yīng)用

（1）計(jì)算液體對(duì)彎管的作用力如圖所示彎管，取斷面1－1和2－2間的液體為控制體積。在控制表面上液體所受的力為：設(shè)x方向上液體所受的力為Fx，則F＝Fx-P1+P2cos＝ρQ(v2－v1）

＝ρQv(1-cos)Fx=P1-P2cos＋ρQv(1-cos)在y方向上有作用分力Fy:Fy=ρQvsin+P2sin所以彎管對(duì)液體的作用力為：F=-（Fx2+Fy2)1/2液體對(duì)彎管的作用力與此大小相等，方向相反。2/4/2023(2)求液流作用在滑閥閥芯上的穩(wěn)態(tài)液動(dòng)力下圖中為液流流經(jīng)滑閥閥腔的流動(dòng)情況，求閥芯作用于液體的力和液體作用于閥芯的力。2/4/2023

1)先列出圖中控制體積在閥芯軸線方向上的動(dòng)量方程求得閥芯作用于液體的力：

F

＝

F’＝ρQ(v2y－v1y)=ρQv2cos90°－ρQv1cos=-ρQv1cos2)油液作用在閥芯上的力稱作穩(wěn)態(tài)液動(dòng)力，其大小為：

F=-F’=ρQv1cos

穩(wěn)態(tài)液動(dòng)力F的方向與v1cos一致，說明閥芯上的穩(wěn)態(tài)液動(dòng)力力圖使滑閥閥口關(guān)閉。2/4/2023對(duì)b圖列出軸向動(dòng)量方程，閥芯作用于液體的力為：

F’=ρQv1cos-ρQv2cos90。=ρQv1cos作用于閥芯的穩(wěn)態(tài)液動(dòng)力F=-F’=-Qv2cos

F與v2cos方向相反，F(xiàn)力也是力圖使閥口關(guān)閉。2/4/2023結(jié)論：一般情況下，液流通過閥口作用于滑閥的穩(wěn)態(tài)液動(dòng)力，在方向上總是力圖使閥口關(guān)閉，其大小為：

F=ρQvcos

式中v－滑閥閥口處液流的流速；－v與閥芯軸線的夾角，稱為射流角；

Q—流量。2/4/2023§

2-4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，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)熱，泄漏增加，效率降低，液壓系統(tǒng)性能變壞。2/4/2023液壓系統(tǒng)中的壓力損失分為兩類：一、是油液流經(jīng)直管時(shí)的壓力損失，稱為沿程壓力損失。這類壓力損失是由液體流動(dòng)時(shí)的內(nèi)摩擦力引起的，沿程壓力損失的大小與液體流動(dòng)狀態(tài)無關(guān)。二、是油液流經(jīng)局部障礙時(shí)，由于液流的方向和速度突然變換，在局部區(qū)域形成漩渦，引起液體質(zhì)點(diǎn)相互撞擊和劇烈摩擦因而產(chǎn)生的壓力損失，這種損失稱為局部壓力損失。2/4/2023一、液體的流態(tài)二、沿程壓力損失三、局部壓力損失四、管路系統(tǒng)總壓力損失2/4/2023一、液體的流態(tài)層流：液體中質(zhì)點(diǎn)沿管道作直線運(yùn)動(dòng)而沒有橫向運(yùn)動(dòng)，即液體作分層流動(dòng)，各層間的流體互不混雜。如圖所示。紊流:

液體中質(zhì)點(diǎn)除沿管道軸線運(yùn)動(dòng)外，還有橫向運(yùn)動(dòng)，呈現(xiàn)紊亂混雜狀態(tài)。2/4/2023

流體的流動(dòng)狀態(tài)與管內(nèi)液體的平均流速V、水力直徑dH

、運(yùn)動(dòng)黏度三個(gè)參數(shù)有關(guān)。Re=v.dH/

2/4/2023

水力直徑

水力直徑的大小反映管道的通流能力，水力直徑大，意味著液流和管壁的接觸面積小，阻力小，通流能力大。在通流截面面積相同但形狀相異的，所有流道中，圓形管的水流直徑最大。dH

=4A/x

（A—通流面積,x—濕周長度）2/4/2023雷諾數(shù)小，黏性力起主導(dǎo)作用，只能沿著流層作層流。雷諾數(shù)大，慣性力起主導(dǎo)作用，液體高速流動(dòng)時(shí)液體之間的黏性不能約束液體質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)，液體質(zhì)點(diǎn)具有速度脈動(dòng)，此時(shí)液體作紊流。臨界雷諾數(shù)Rec:液流的實(shí)際雷諾數(shù)Re小于Rec—層流；液流的實(shí)際雷諾數(shù)Re大于Rec—紊流。2/4/2023二、沿程壓力損失

1.等直徑圓管的層流壓力損失

在半徑為R的圓管中，取一作定常層流流動(dòng)、與管子同軸、半徑r、長為l、兩端壓力分別為p1、p2的液柱，設(shè)側(cè)面黏性摩擦應(yīng)力為τ。2/4/2023作用在液柱上的力平衡方程：代入牛頓內(nèi)摩擦定律整理后可得：2/4/2023因?yàn)閞=0時(shí)，通流截面上可以得到最大流速，則：流經(jīng)等徑管的流量：此即哈根—泊肅葉公式，它表明圓管層流的流量與管徑的四此方成正比。2/4/2023引入平均速度變換哈根—泊肅葉公式，可得：此即達(dá)西公式，它表明液體在圓管層流的沿程壓力損失與管長、平均流速、液體密度、黏度成正比，與管徑的二次方成反比。2/4/20232.等直徑圓管的紊流壓力損失油液在直管中流動(dòng)的沿程壓力損失可用達(dá)西公式表示：

式中

λ－沿程阻力系數(shù)，

l－直管長度；

d–管道直徑；

v－油液的平均流速；

ρ－油液密度。2/4/2023三、局部壓力損失液體在流經(jīng)一些局部阻力裝置時(shí)，流速的大小和方向發(fā)生急劇的變化，從而造成動(dòng)能為主的壓力損失，稱作局部壓力損失。局部壓力損失一般按下式計(jì)算：

--局部阻力因數(shù)

--液體密度

--液體平均流速2/4/2023四、管路系統(tǒng)總的壓力損失管路系統(tǒng)總的壓力損失應(yīng)為所有沿程壓力損失和所有局部壓力損失之和，即：

說明：上式適用于兩相鄰局部阻力裝置間的距離大于內(nèi)徑10~20倍的場(chǎng)合，否則計(jì)算出的壓力損失值比實(shí)際數(shù)值要小。2/4/2023§2-5液體流經(jīng)孔口及縫隙的

壓力流量特性本節(jié)主要介紹液流流經(jīng)小孔及縫隙的流量公式。前者是節(jié)流調(diào)速和液壓伺服系統(tǒng)工作原理的基礎(chǔ)；后者則是計(jì)算和分析液壓元件和系統(tǒng)泄漏的根據(jù)。

一、孔口液流特性

二、液流流經(jīng)細(xì)縫的流量2/4/2023

一、孔口液流特性1、流經(jīng)薄壁小孔的流量當(dāng)小孔的通流長度L與孔徑d之比l/d小于等于0.5時(shí)稱為薄壁小孔。如圖所示。推導(dǎo)出通過薄壁小孔的流量：2/4/2023說明：1）當(dāng)管道直徑D與小孔之直徑的比值D/d＞7時(shí)，收縮作用不受大孔側(cè)壁的影響，稱為完全收縮。

Re≤105

時(shí)，Cd可由下式計(jì)算Cd=-0.964Re-0.05

Re＞105

時(shí)，可以認(rèn)為Cd為常數(shù)，Cd=0.60~0.612）薄壁小孔因其沿程壓力損失很小，通過小孔的流量對(duì)油溫的變化不敏感，因此薄壁小孔常用作節(jié)流器。3）液體在流經(jīng)滑閥、錐閥等閥口時(shí)的流量也可以用薄壁小孔流量公式計(jì)算。2/4/20232.細(xì)長孔所謂細(xì)長孔，一般是指長徑比l/d＞4的小孔。油液流經(jīng)細(xì)長孔的流動(dòng)狀態(tài)一般為層流，因此可用液流流經(jīng)圓管的流量公式：

從上式可看出，油液流經(jīng)細(xì)長小孔的流量和小孔前后壓差成正比，而和動(dòng)力粘度成反比，因此流量受油溫影響較大，這是和薄壁小孔不同的。2/4/2023二、液流流經(jīng)細(xì)縫的壓力流量特性液壓技術(shù)中常見的縫隙有平板縫隙和環(huán)形縫隙，液體在縫隙中的流動(dòng)屬于層流。1.平行平板縫隙1）聯(lián)合流動(dòng)下的平行平板縫隙的流量：2/4/20232