第一章 液压流体力学基础

第一章液压流体力学基础第一页，共四十页，编辑于2023年，星期四主要内容液压油液体静力学液体动力学管道中液流的特性孔口及缝隙的压力流量特性液压冲击和气穴现象2第二页，共四十页，编辑于2023年，星期四

本章学习要点重点内容：液压油的物理性质；液体粘性的概念和表示方法；液体静力学基本方程的物理意义；流动液体的连续性方程和伯努力方程；流态和雷诺数的概念；液体流过孔口的压力流量特性；液体流动中的压力损失和流量计算。难点内容：压力的度量以及绝对压力、相对压力和真空度之间的关系；液体动力学三方程的理解与运用。3第三页，共四十页，编辑于2023年，星期四第一节液压油液压油的性质对液压油的要求和选用4第四页，共四十页，编辑于2023年，星期四5第五页，共四十页，编辑于2023年，星期四

图1-1液体粘性示意图6第六页，共四十页，编辑于2023年，星期四7第七页，共四十页，编辑于2023年，星期四图1-2几种国产油液粘温图8第八页，共四十页，编辑于2023年，星期四第二节液体静力学静压力及其特性静压力基本方程帕斯卡原理静压力对固体壁的作用力9第九页，共四十页，编辑于2023年，星期四

图1-3静止液体内压力分布规律10第十页，共四十页，编辑于2023年，星期四静止液体中任一点处的总能量保持不变，即能量守恒。11第十一页，共四十页，编辑于2023年，星期四图1-4绝对压力、相对压力和真空度12第十二页，共四十页，编辑于2023年，星期四图1-7压力油作用在缸筒内壁上的力13第十三页，共四十页，编辑于2023年，星期四14第十四页，共四十页，编辑于2023年，星期四第三节液体动力学基本概念流量连续性方程伯努力方程动量方程15第十五页，共四十页，编辑于2023年，星期四图1-8恒定流动和非恒定流动16第十六页，共四十页，编辑于2023年，星期四图1-9流量和平均流速17第十七页，共四十页，编辑于2023年，星期四图1-10液流连续性方程推导用图质量守恒18第十八页，共四十页，编辑于2023年，星期四图1-11伯努力方程推导用图任一截面上的压力能、势能和动能之和保持不变，即能量守恒。

19第十九页，共四十页，编辑于2023年，星期四例1-3应用伯努力分析液压泵正常吸油的条件,液压泵装置如图所示，设液压泵吸油口处的绝对压力为p2，油箱液面压力p1为大气压力pa,泵吸油口至油箱液面高度为h。解：1)选取基准面和计算截面取油箱液面1-1为基准面；泵的吸油口处为2-2面。2)按照液体流向列出伯努力方程（取α1＝α2＝1）其中，v2为吸油管速；hw为吸油管路的能量损失。3)列出辅助方程

p1=pa（大气压力）v1＝0(油箱液面流速)20第二十页，共四十页，编辑于2023年，星期四代入已知条件，上式可简化为即液压泵吸油口的真空度为通常为防止产生气穴现象，限制液压泵吸油口的真空度小于0.3×105Pa，因此h≤0.5m。21第二十一页，共四十页，编辑于2023年，星期四伯努利方程应用举例例1如图示简易热水器，左端接冷水管，右端接淋浴莲蓬头。已知

A1=A2/4和A1、h值，问冷水管内流量达到多少时才能抽吸热水？解：沿冷水流动方向列A1、A2截面的伯努利方程

p1/ρg+v12/2g=p2/ρg+v22/2g补充辅助方程p1=pa－ρgh

p2=pa

v1A1=v2A2代入得－h+v12/2g=(v1/4)2/2g

v1=(32gh/15)1/2

q=v1A1=(32gh/15)1/2

A122第二十二页，共四十页，编辑于2023年，星期四图1-13动量方程推导图作用在液体控制体积上的外力总和等于单位时间内流出控制表面与流入控制表面的液体的动量之差。应用动量方程注意：F、u是矢量；流动液体作用在固体壁面上的力与作用在液体上的力大小相等、方向相反。23第二十三页，共四十页，编辑于2023年，星期四动量方程应用举例例2求液流通过滑阀时，对阀芯的轴向作用力的大小。解：取阀进出口之间的液体为控制体积。则在此控制体积内液体上的力应为F=ρq（v2cosθ2-v1cosθ1）=-

ρqv1cosθ1(向左)

根据作用与反作用，液体作用在阀芯上的力为F1=－F（向右），该力使阀芯趋于关闭。该力称为液动力。

24第二十四页，共四十页，编辑于2023年，星期四第四节管道中液流的特性流态、雷诺数沿程压力损失局部压力损失

管道在流动中的能量损失可用压力损失来表示，而压力损失和液流在管道中的流动状态有关系。25第二十五页，共四十页，编辑于2023年，星期四雷诺实验26第二十六页，共四十页，编辑于2023年，星期四27第二十七页，共四十页，编辑于2023年，星期四28第二十八页，共四十页，编辑于2023年，星期四通过实验发现液体在管道中流动时存在两种流动状态。层流——粘性力起主导作用，液体质点互不干扰，液体的流动呈线性或层状。紊流——惯性力起主导作用，液体质点运动杂乱无章，还存在着剧烈的横向运动。液体的流动状态用雷诺数来判断。

雷诺数——Re=vd/υ（圆管）v为管内的平均流速d为管道内径υ为液体的运动粘度雷诺数为无量纲数。如果液流的雷诺数相同，它的流动状态亦相同。一般以液体由紊流转变为层流的雷诺数作为判断液体流态的依据，称为临界雷诺数，记为Recr。当Re＜Recr，为层流；当Re＞Recr，为紊流。常见液流管道的临界雷诺数见书中表格。29第二十九页，共四十页，编辑于2023年，星期四图1-17圆管层流运动30第三十页，共四十页，编辑于2023年，星期四

推荐流速

31第三十一页，共四十页，编辑于2023年，星期四1-4在图4所示的液压系统中，已知泵输出的流量qv＝1.5×10-3m3／s，液压缸内径D＝100mm，负载F＝30000N，回油腔压力近似为零，液压缸的进油管是内径d＝20mm的钢管，总长即为管的垂直高度H＝5m，进油路总的局部阻力系数Σξ＝7.2，液压油的密度ρ＝900kg／m3，工作温度下的运动粘度ν＝46mm2／s。试求：1)进油路的压力损失；2)泵的供油压力。32第三十二页，共四十页，编辑于2023年，星期四第五节孔口及缝隙的压力特性薄壁小孔短孔和细长孔平板缝隙环形缝隙液压传动中常利用液体流经阀的小孔或缝隙来控制流量和压力，达到调速和调压的目的。液压元件的泄漏也属于缝隙流动。因而研究小孔和缝隙的流量计算，了解其影响因素，对于合理设计液压系统，正确分析液压元件和系统的工作性能，是很有必要的。33第三十三页，共四十页，编辑于2023年，星期四通过薄壁小孔的液流D/d≥7时称为完全收缩D/d＜7时称为不完全收缩34第三十四页，共四十页，编辑于2023年，星期四图1-19圆柱滑阀阀口示意图35第三十五页，共四十页，编辑于2023年，星期四图1-21锥阀阀口36第三十六页，共四十页，编辑于2023年，星期四图1-24平行平板缝隙间的液流37第三十七页，共四十页，编辑于2023年，星期四图1－25同心环缝隙流动图1－26偏心环缝隙流动38第三十八页，共四十页，编辑于2023年，星期四液压冲击39第三十九页，共四十页，编辑于2023年，星期四本章小结

1.有关压力的概念；⑴静压力的概念；⑵静压力平衡方程