第一章液压油

1第一章：流体力学基础本章主要内容：1工作介质：液体及气体的物理性质2流体静力学：静压力及其特性，静压力方程，静压传递原理等。3流体运动学及动力学：连续性方程和能量方程4气体状态方程：5充、放气参数的计算：6管道流动，孔口流动，缝隙流动：流态、压力损失、流量计算等。2第一节传动介质一、液体传动介质（一）物理性质：2、可压缩性：液体受压后会缩小其体积。液体的可压缩性的大小是用体积压缩系数k来表示的。其定义为：液体体积在单位压力变化下相对变化量：1、密度（均质液体）单位：31）2）45单位面积上的内摩擦力：

牛顿内摩擦定律：78第二节流体静力学9二、静压力基本方程由上式可知：1、

静止液体内一点处的压力由两部分组成，一部分是液体上的压力，另一部分是液体重度与该点离液面深度的乘积。2、

静止液体内的压力沿液深呈直线分布。3、

离液面深度相同处各点的压力都相等。(一)重力作用下静止液体中的压力分布p0·ΔA+FG=p·ΔA重力：FG=ρgv=ρgh·ΔA∴p=p0+ρghp0hp0·ΔAFGp·ΔA10（二）静压力基本方程的物理意义将式：p=p0+ρgh整理得：物理意义：静止液体内任何一点具有压力能和位能两种形式，且其总和保持不变，即能量守恒。111213三、压力的传递由p=p0+ρgh知静止液体中任一点处的压力都包含了液面上压力p0，即：在密闭容器中由外力作用所产生的压力可等值地传递到液体内部的所有各点，这就是帕斯卡原理或静压传递原理。例1-2(P25)：F=1000N；A=10-3m2；求：h=0.5m，p=？FphA*压力很小，可忽略不计，并认为液体内部压力几乎相等。

142、当固体壁面为曲面时，作用该面上的压力是不平行的。作用在曲面上x方向的总力Fx为p与该方向的投影面积Ax之积：XY15第三节流体运动学和动力学16171819v1F1F2v2dl1dl2Z1Z2202122在Ⅱ-Ⅱ：

23二、气体传动介质(一)空气的组成：氮、氧、氢、二氧化碳等。干空气：不含有水蒸气的空气。温空气：含有水蒸气的空气。全压力:指各组成气体压力的总和.分压力:各组成气体的压力,是指这种气体在相同温度下,独占空气总容积时所具有的压力.基准状态：温度压力24二、气体传动介质(二)空气的性质1.密度:单位体积内所含空气的质量。干空气的密度：其中：25二、气体传动介质湿空气的密度计算式：26二、气体传动介质2.粘性：在气压传动中不考虑气体的粘性3.压缩性和膨胀性：气体的状态方程4.湿空气（1）绝对湿度：每立方米的湿空气所含水蒸气的质量称为湿空气的绝对湿度，用下式表示：27二、气体传动介质(2)饱和绝对湿度：在一定温度下，一立方米饱和湿空气中所含水蒸气的质量，用下式表示：(3)相对湿度：在同一温度和压力下，湿空气的绝对湿度和饱和绝对湿度之比，用下式表示：在气压传动中，要求相对湿度不得大于90%28（4）含湿量：分质量含湿量和容积含湿量质量含湿量：在含有1Kg干空气的湿空气中所混合的水蒸气的质量。容积含湿量：在含有1m3干空气的湿空气中所混合的水蒸气的质量。温度越低，含水量越少二、气体传动介质p为湿空气的全压力；pb为饱和水蒸汽的分压力29（5）析水量：每小时从压缩空气中析出水的质量称为析水量。注：湿空气被压缩后，压力、温度、绝对湿度都增加，当此压缩空气冷却降温，其相对湿度增加，温度降到露点后，便有水析出。二、气体传动介质30第四节气体状态方程气体状态方程：描述气体的体积、温度和压力三个状态参数在变化后或变化过程中之间的关系。一、理想气体状态方程理想气体：不计粘性的气体称为理想气体，其状态方程为：理想气体的状态方程不适用于高压状态(>20MPa)和低温状态(<253K)31二、气体状态变化过程：32（一）等容状态过程(查理定律)：一定质量的气体，在状态变化过程中体积保持不变时，其状态方程为：（二）等压状态过程(盖－吕萨克定律)：一定质量的气体，在状态变化过程中压力保持不变时，其状态方程为：当体积不变时，压力的变化与温度的变化成正比，当压力上升时，气体的温度随之上升。当压力不变时，温度上升，气体体积增大；当温度下降时，气体体积减小33（三）等温状态过程(波意耳定律)：一定质量的气体，在状态变化过程中温度保持不变时，其状态方程为：在温度不变的条件下，气体压力上升时，体积被压缩，比体积下降；压力下降时，体积膨胀，比体积上升。（四）绝热状态过程：在气体与外界无热量交换的条件下,一定质量气体所进行的状态变化过程。其状态方程为：34（五）多变状态过程：在没有任何制约条件下,一定质量气体所进行的状态变化过程。严格来讲,气体状态变化大多属多变状态过程,其状态方程为：N为多变指数，1.4>n>135例:由空气压缩机向气罐充气,使罐内压力由p1=0.1MPa升高到p2=0.265MPa,罐内空气的温度由t1=15℃上升为t2.充气结束后,罐内温度又渐渐降至室温,空气压力变成p2’,已知气源温度ts=15℃,试求p2’和t2.解:将充气过程视为绝热过程,将降温过程视为等容过程.由下式得t2:36三、气体流动基本方程当气体流速较低时，气体流动的基本方程与液体运动学和动力学的基本方程完全相同。当气体流速大于5m/s时，气体的可压缩性将对流体运动产生较大的影响。故下面介绍流速大于5m/s时的气体流动方程。（一）可压缩气体的流量方程（质量守恒）气体在管道内作恒定流动时，单位时间内流过的管道内任一通流截面的气体质量都相等。37（二）可压缩气体的能量方程（能量守恒）若不计能量损失和位能变化，则绝热过程下可压缩气体的能量方程为：k为等熵指数同理，多变过程下可压缩气体的能量方程为：n为多变指数38第五节充放气参数的计算在气压系统中如何正确合理地向气罐、气缸及执行机构充气或由其排气，是提高系统效率，节省能耗的重要问题。一、向定容容器充气：压力为ps,温度为Ts的恒定气源，向容积为V的容器充气，容器的压力和温度从p1和T1升高p2和T2。因充气快，可视为绝热过程.则充气后的温度T2（K）为：39

充气结束后，容器内温度再次降到T1，此时容器内的压力p为：容器充气到气源压力所需的时间t(s)：为充放气的时间常数：40容器充气时的压力与时间关系曲线见下图：41二、容器放气：容器放气时气体压力从p1和T1降到p2和T2。

因放气快，故可以按绝热过程处理。放气后的温度T2：

放气后，容器内的温度回到室温，压力上升，此时压力p为：42

放气结束所需要的时间t(s)为：43容器放气时的压力与时间关系曲线见图1-2444例：如图1-23所示，将容器内的气体通过气阀放出，包括管路和气阀在内的总有效截面积S=85x10-6㎡，容器的容积V=0.2m3 ,容器内初始压力p1=0.5MPa,放气成大气压。容器内原始温度与气源温度均为30℃。试求放气时间。解：4546第六节管道流动1、雷诺实验：19世纪末，雷诺首先通过实验发现水在圆管内的流动状态有两种：层流和紊流。47层流：液流为流束状，轨迹互不交错，都平行于管道，此时液流主要受粘性力约束。紊流：质点做紊乱、混杂运动，各质点相互碰撞、掺混，主要作用力为惯性力。2、雷诺数：判别液体层流和紊流的依据，实验证明：①、流态与v、d、有关。②、定义：称为雷诺数。（Re不变，状态不变）③、在光滑金属管中， Re<2320为层流，

Re>2320为紊流，

Recr=2320。481）、流速分布在图中的管内，取一段半径为r，长为l，与管轴相重合的圆柱体，两端压力p1,p2，侧面摩擦力Ff。492）、流量rdr50液流在管路里流动，就必然伴随有能量损失。主要表现为压力损失，四、压力损失

511、圆管层流时 将动力粘度实际液体沿程阻力系数的取值（只与雷诺数有关）。流量代入上式，得：定义为沿程阻力系数，5253第七节孔口流动54

令为速度系数55二、短孔、细长小孔及其应用5657三、气动元件的通流能力（一）流量特性1.有效截面积S值多个元件串联时：多个元件并联时：582.流通能力C值3.ISO/6358流量特性参数第一组：59第二组：60（二）流量计算1.不可压缩气体通过节流孔的流量2.可压缩气体通过节流孔的流量亚音速（p2/p1>0.528)超音速（p2/p1<0.528)61自由状态下的流量qz与受压状态下的流量q之间的关系为：62636465d(1)同心(2)偏心e6667第九节瞬变流动一、气穴现象在流动的液体中，因某点处的压力低于空气分离压而使气泡产生的现象称为气穴现象。危害：使液压装置产生噪声和振动，金属表面受到腐蚀。1、空气分离压和饱和蒸汽压

Pa压力P气泡空气分离压：使油液中溶解的气体迅速分离出来的压力。饱和蒸汽压：使油液迅速气化的压力。

6869二、液压冲击1、危害：伴有噪声和振动，严重时