第章液压流体力学

液压传动是以液体作为工作介质进行能量传递的，因此，了解液体的物理性质，掌握液体在静止和运动过程中的基本力学规律，了解液体流动时的压力损失以及流过小孔和缝隙的流量，掌握液压冲击和气穴现象。对于正确理解液压传动的基本原理，合理设计和使用液压系统都是非常必要的。

第二章液压油与液压流体力学一.密度ρ

均质液体中单位体积所具有的质量:

式中：V——液体的体积，单位为m3；

m——液体的质量，单位为kg。液体的密度随温度和压力的变化而变化，但影响很小，可以忽略。液压油计算时取ρ=900kg/m3

§2.1液体物理性质二.可压缩性

在温度不变条件下，液压油的体积将随压力的增高而减小的性质。

（1）体积压缩系数k

:即单位压力变化下的体积相对变化量。体积变化初始体积压力变化

油的可压缩性很小，可以忽略，认为液体是不可压缩的。（2）体积弹性模量K(体积压缩系数的倒数)

V一定，在同样Δp下，K越大,ΔV越小，说明K越大，液体的抗压能力越强.纯净液压油的体积弹性模量K=（1.4～2.0）×109Pa，常用等效体积弹性模量K′表示，K′=（0.7～1.4）×109Pa液压弹簧刚度下板固定上板以u0运动A点：u=0B点：u=u0两板之间液流速度逐渐减小动画演示AB三.粘性

(1)粘性的定义液体在外力作用下流动（或有流动趋势）时，分子间的内聚力要阻止分子相对运动而产生的一种内摩檫力，它使液体各层间的运动速度不等，这种现象叫做液体的粘性。式中：

Ff—液体流动时，相邻液体层间的内摩擦力

μ—粘性系数，与液体的种类和温度有关

A—液层接触面积

du/dy—速度梯度——两液层的速度差——两液层间的距离静止液体du＝0不呈现粘性—牛顿内摩擦定律切应力:AB(2)粘度2)运动粘度：动力粘度与该液体密度的比值1)动力粘度动力粘度的物理意义是：液体在单位速度梯度下流动时，流动液层间单位面积上的内摩擦力。单位为：N·s/㎡或Pa·s液压油牌号，常用它在某一温度下的运动粘度平均值来表示，如N32号液压油，就是指这种液压油在40℃时运动粘度的平均值为32mm2/s（cSt）。单位：1m2/s=104St（斯）=106cSt（厘斯）(=106mm2/s)3)相对粘度(恩氏粘度)式中：t1

–油流出的时间

t2－20OC蒸馏水流出时间

恩氏粘度与运动粘度的换算关系：200mlφ=2.8mm恩氏粘度计式中ν的单位是mm2/s（cst）4）调颂合油俘的粘陈度调合运油的炊粘度谱可用钞下列落经验迫公式叮计算年：ºE侨1、ºE翼2躬——混合族前两丛种油春液的词粘度肠，取ºE墙1＞ºE嗽2；ºE抓—袍—混合舒后的颠调合贿油粘核度；a、b—框—参与砍调合续的两菊种油稀液所店占的田百分邪数（a+裳b幼=1字00）；c—须—实验妥系数际，见扫表2-辈1。式中:(3狱)粘度毙与压叶力的而关系液体观所受巴的压策力增劈燕大时眠，其序分子减间的听距离防将减半小，蔽内摩魔擦力外增大院，粘鉴度亦酬随之茫增大伙。(4会)粘度皮与温达度的柏关系影响参：μ大，匀阻力砍大，属能耗如↑μ小，董油变连稀，盾泄漏扰↑限制赔油温啦：T↑↑，加轮冷却爪器T↓↓，加侮热器T↑μ↓p↑μ↑油的盆粘度蜻随温沫度变流化的雷性质材称粘温陡特性。四、坑液压抄油的蔬类型边与选罗用1)窗.合适尚的粘甚度，饮粘温稳性好2)逃.润滑括性能晶好3)顶.化学然稳定有性好寄，不畅易氧橡化4)年.抗泡落性好铺、抗贯乳化大性好秤，腐翠蚀性凤小，迈防锈头性好5)法.对金劈燕属和生密封包件有警良好挤的相盯容性6)廉.热膨糊胀系葵数低妙，比筝热高商，导密热系蒸数高7)奥.凝点贴低,闪点许、燃框点高8)浇.杂质讨少9)卸.良好先的环郑保性鲁能和毯经济吉性（1）对虫液压汪油的筒性能国要求石油型机械油汽轮机油液压油难燃型水-乙二醇液磷酸酯液水包油油包水乳化液合成型（2）种谈类1）优先给考虑茄粘性ν=姑11撤.5职-者4若1.册3cS永t即20、30、40号机镰械油2）按颗工作川压力p高，剩选μ大；p低，条选μ小。以减少泄漏3）按致环境均温度T高，锈选μ大；T低，份选μ小4）按织运动好速度v高，舰选μ小；v低，咳选μ大。以减佛少摩沟擦损屡失5）其伴他环境躺（概污染含、抗焦燃）经济盼（价追格、轮使用催寿命留）特殊嫩要求蜻（精馆密机搞床、扬野外岂工作择的工犬程机预械）（3）液瓶压油把液的旋选用五、惕液压啊介质陪的污结染与设控制1.污染刘的危鸡害液压竹系统市的故溉障75％以换上是访由工宣作介耽质污驴染物爸造成稠的。（1）堵刘塞（2）加你速液寻压元反件的李磨损袋，擦境伤密介封件页，造业成泄龙漏增拉加（3）水由分和脆空气菠的混签入会善降低昆液压笑油的浙润滑薄能力订，并姓使其赵变质坊，产多生气享蚀，壶使液讨压元页件加窝速损符坏，筹使液亭压系旷统出口现振呀动、堂噪音随、爬谅行等唇现象聪。2.污染达的原径因（1）残臭留物铺污染（2）侵眠入物膛污染（3）生贫成物全污染(1吴)对元咏件和剃系统挣进行清洗，才制能正食式运谷转。(2申)防止井污染搏物从售外界侵入。(3检)在液迫压系陈统合布适部云位设场置合杠适的过滤洪器。(4另)控制工作顺介质事的温度，工谁作介沟质温债度过量高会畅加速亲其氧吴化变喝质，暮产生捕各种战生成狗物，洒缩短相它的茎使用辜期限兽。(5啄)定期倡检查哗和更换迟工作闷介质，定哗期对葵液压明系统益的工津作介写质进行行抽亭样检赔查，笋分析封其污撕染度熊，如绘已不宝合要普求，籍必须穷立即踪蝶更换互。更央换新诱的工脊作介抗质前灯，必俱须对熊整个观液压皂系统趣彻底墨清洗驱一遍卧。3．工近作介志质的观污染有控制作业1.20漫℃时。浙水的舌动力脑粘度μ＝1.秒00庙8×10－3Pa惧.s，密变度ρ＝10栽00截k启g/铅m3，求挎在该愤温度触下水定的运剩动粘件度γ。§2病-2液体兰静力夸学基裁础静止甜液体宁的压梁力称壶为静趣压力好。液体质单位腔面积枣上所疮受的法向杆力，称快为压什力，湿以p表示泊，单办位Pa、Mp杰a一、瘦液体熟的压腹力特点详：（1）液症体的播压力本沿内绩法线哪方向作用傻于承剂压面亩上；（2）静吐止液屋体内躁任一恰点的菜压力图，在各个叠方向问上都筑相等。二、倒重力棍作用曾下静相止液具体中虏的压区力分见布重力猛作用岩下的违静止胃液体帽，其侍压力镜分布煌有如箭下特舍征：⑴静卸止液咏体内忧任一盛点处害的压臭力都燥由两部构分组成京：一再部分羞是液粉面上蔬的压这力po，另详一部具分是企该点菜以上争液体玻自重源所形克成的蓄压力争，即ρg与该萝点离障液面增深度h的乘搁积。鸡当液地面上顾只受凝大气衣压力pa作用杠时，昌则液伏体内盘任一份点处崇的压寻力为炕：⑵静止扒液体秋内的技压力外随液李体深粮度变洲化呈直线字规律草分布。⑶离锤液面深度寸相同的各奸点组恋成了才等压笑面，闸此等马压面退为一水太平面。真空剧度:当压滩力比答当地物大气循压低桌时，候流体灰压力仁与当尾地大阻气压跪的差豆值称臣为真使空度微。三、像压力喉的表踪蝶示方桨法及刮单位以当过地大腾气压魄为计难算标翼准表旅示的情压力探。也称犯为计据示压畏强、落表压积强相对俱压力词：绝对竹压力秃：以绝叙对真闷空为谈起点愤表示堤的压脆力。1.压力杠的表逗示方酒法p绝对真空p=0绝对压强当地大气压pa表压强真空度p>pap<pap绝对真空p=0绝对压强当地大气压pa表压强真空度p>pap<pa绝对收压强=表压念强+当地忽大气充压表压泳强=绝对范压力-当地偏大气设压当p>瞎pa时：绝对更压强=当地赖大气蛋压-真空凤度真空岩度=当地曾大气尺压-绝对全压力当p<厘pa时：2、静崭压强爬的计船量单宰位（1）压力隙单位敞：Pa（N/棒m2）、ba控r、MP亦a1盐ba株r=恰105Pa＝0.某1贷MP坦a（2）液柱宰高单背位：测压匠计常讲以水亦或水记银作销为工羽作介收质，慈压力常以水汇柱高景度（mH2O），夫或毫锁米汞靠柱（mm放Hg）表梳示。（3岛）大气族压单约位：以1标准盒大气告压（1太at伍m）为陈单位狡表示继。1渴at良m=1遗.0昨13纸*1饮05Pa=1捧0.航33蚁m闭H2O=7割60萄m穿mH顽g≈疑1b再ar袖≈0脏.1烧MP怕aP1喝8例2.开1，得企出什葬么结佩论？四、粥静止牌液体嫁内压岁力的窝传递在密艳闭容稠器内袍，施妇加于温静止退液体盖上的雀压力挽将以附相等谎的数阶值传书递到撤液体殃各点皮，这亏就是惹静压拘传递圣原理牌，即帕斯纤卡原毛理。帕斯业卡原联理的涉应用五、胜静压齐力对叠固体巨壁面痒的总罢作用学力1.固体袋壁面挠为平科面时碌：作用灭在平领面上眉压力梨的方素向互昏相平爬行，肤总作壳用力F等于锈静压肤力p与承愈压面荐积A的乘止积。即：F＝pA2.固体堪壁面为为曲粥面时积分甜后得宜：总作最用力F为：当承柴压面中积为迈曲面蔬时，姐作用定在曲赴面上到的压证力的额方向娃均垂治直于盖曲面胁。这碗时可姜将曲钢面分筹成若谨干微惩小面珍积dA，作序用在继微小疤面积践上的陆力为锄：dF＝pd鞭A将dF分解禁为x、y两个猎方向偏的力馋，即送：dF奴x＝pd葱As调in挠θ＝pd姓AxdF背y＝pd忙Ac魔os皇θ＝pd趣Ay结论宝：静压蛇力作浮用在戒曲面搬上的犹力在工某一傻方向设上的仅分力俘等于压力与曲面轻在该电方向仔投影葛面积的乘雨积。当固鸽体表驰面为毕如图糕所示败的曲土面时芦，如笑果要浅求液反压油钻对液孩压缸福右半注部缸袜筒内凑壁在x方向迁上的沸作用痒力Fx？向上燥的作距用力谢：向下壶的作臭用力拔：阀芯疯受力轨平衡婚方程搬式：弹簧溪压紧膝力：1）理匠想液蕉体和事实际传液体理想进液体灯：既无母粘性络，又瓣无压炊缩性姨的假甚想液假体。实际之液体专：既有薄粘性奇，又越有压百缩性询的真潮实液暗体。2）定篮常流猎动和疗非定崭常流渗动定常返流动戏：如果少液体丈中任划一点挂的压辱力、借速度芳和密避度都而不随晃时间由变化凯，称懒这种披流动干为定陈常流递动也称讯恒定沃流动胳。非定鄙常流狱动：液体卖的中任倍一点锣的压潜力、词速度额和密租度随酬时间闲变化。也喝称非鬼恒定喇流动既。3）一祖维流旁动一维斧流动危：液深体整阴个作汉线形孩流动猴。§2争.3流体肃动力暮学动画博演示一、识基本降概念1.理想牧液体贴、恒悼定流倾动、启一维贫流动动画着演示2.流线绢、流百管、皱流束睛、通填流截欢面流管纱：在流球场内潮作一雨条封隐闭曲猾线，指过该年曲线子的所巧有流阶线所拍构成恒的管朋状表摆面称倒为流管，流束监：流管滨内所侄有流着线的恼集合询称为流束。通流归截面煎：垂直辞于流殃束的支的截新面称匠为通流钞截面（或半过流允断面够），威通流亭截面均上各汪点的铜运动业速度胡均与毒其垂训直。惧因此朴，通狗流截荐面可你能是平面，也质可能暗是曲面。流线速：某一荷瞬时坟液流滤中标划志其叉各处畅质点打运动爬状态甲的曲拳线，宵在流屿线上沾各点京的瞬驱时速镰度方新向与沉该点桐的切线絮方向重合营。流量泄：单位羽时间份内通滤过流物束过达流截猎面的财液体繁体积以。平均社流速寇：流量弱与通拨流截瓦面之乐比。3.流量择和平茄均流刮速4.层流胞、紊样流、宁雷诺属数液流乞是分夺层的备，层卸与层稿之间豪互不缩慧干扰杆，液越体的破这种哥流动品状态冬称为层流欠。液流鬼不分称层，肺处于拴紊乱燃状态渣，称风为紊流。雷诺群数Re动画狂演示对通流控截面焦相同的管梁道来脸说，若液景流的雷诺仰数Re相同距，它的流动课状态塞就相电同。液流由层畜流转滴变为支紊流回时的雷被诺数旋和由紊程流转脸变为慰层流摇时的雷够诺数攻是不同的，煤后者羊的数台值较吉前者架小，眼所以闻一般权都用后者作为宏判断狠液流赚状态壁的依贪据，蠢称为临界园雷诺办数，记裳作Rec。雷诺芹数的缘瑞物理料意义：雷壤诺数理是液代流的堪惯性每力对归粘性民力的放无因啊次比某。当雷诺垃数较盟大时，液慢体的惯性久力起主阁导作晃用，具液体秃处于紊流弊状态；当雷诺边数较公小时，粘性土力起主伪导作鉴用，霞液体茧处于层流峡状态。对于描非圆蔬截面色的管荡道R为液司体的笋水利商半径局，R=活A/熄χA—邻—通流平截面富的面绒积；χ樱——湿周些长度他，即永通流浮截面祸上与大液体鸣相接游触的流管壁态周长膊。单位哀时间签内流甲入控选制体背积的贼质量定：二、液体俭流动抛的连粉续性辩方程连续倾性方掀程是质量旁守恒仁规律在流扯体力最学中妙的表撤现。设：畏不可款压缩届流体懂在非却断面逃管中恢作定方常流跑动。对于表稳定糊流动驱，不扯可压饿缩液判体，ρ为常辱数：过流自断面1和2的面裙积分腹别为A1和A2，平得均流宪速分啄别为υ1和υ2.单位弟时间讨内流救出控备制体堵积的坡质量产：在定纸常流标动中观，流乞过各剖截面飞的不修可压酷缩液桃体的流量尸是相篮等的，冤而且协液体股的平均鹿流速与管毅道的过流宇截面比积成反比。说明阅：流量助连续巴性的双动画废演示三、液体虹流动比的伯趴努利肠方程伯努恢利方巨程是能量议守恒器定律在流屯体力需学中拾的表薪示说明压力裤能，圈势能溪和动期能可以麻互相临转换蚕，但矩其总喂和不倘变，术即能城量守漆恒。1)理想垒流体滩的伯淡努利太方程2)实际乳流体浪的伯商努利贷方程实际垫流体负存在剃粘性剖，流耐动时忽存在能量会损失hw;用平熔均流哪速替违代实塌际流伴速，α为动能兄修正泪系数，在紊流接时取α=1女.1，在层况流时告取α=2。实悄际计持算时今常取α=鸽1。列出1－1，2－2面伯拿努利骨方程p1为大置气压pa，υ1液面王流速慈为零详，υ2吸油芳管流鞭速，hw吸油爹管损悔失。例库应用虾伯努弦利方液程分孕析油还泵正咏常吸娇油条晕件则:式中:泵吸绵油口厌真空彼度由渣三部讨分组库成：1）提租升H高度联所需企压力悠；2）达循到速斗度v所需艰压力居；3）吸躲油管翠的压说力损衔失。为减旦少泵弱口真陵空度目措施融：1）增大盐吸油面管径，降模低v；2）缩短副吸油梳管长恭度，减少下弯头，降筑低Δp；3）降低艰安装局高度，降串低H。四、贼动量穴方程刚体刊力学动量乎定理指出捷，作逐用在服物体怀上的察外力膊等于旅物体站在单位狭时间倾内的满动量听变化问量，即爹：β1、β2——动量凡修正偏系数绘，紊上流时β=1，层限流β=4覆/3。上式销表明:作用兔在液插体控问制体捆积上绿的外丹力的飘总和氏，等顺于单位莫时间晌内流出版控制绢表面艺与流坊入控碗制表虏面的涛液体岁动量委之差恩。作用孟在固亩体壁太面上殖的力很是：求滑员阀阀胞芯所茄受的么轴向忽稳态姥液动芬力。§2岂-4液体驾流动归时的观压力矮损失一、属沿程悠压力季损失液体正在等便径直沾管中抓流动填时因幻玉粘性奸摩擦斤而产净生的按压力江损失唐，称膏为沿程犯压力横损失。1.层流累时的逗沿程藏压力探损失⑴通紧流截效面上愈的流迅速分为布规回律（p1-炊p2）πr胆²奸=Ff式中缎，内卵摩擦惰力Ff=理-2币πr让lμ夏du逝/d驳r（负耍号表树示流舒速u随r的增毫大而耗减小乖）。若令Δp肥=p1-p2，则肠将Ff代入瞧上式柴整理赔可得⑵通过副管道双的流蔽量对于假半径丝式为r，宽溜度为dr的微蛛小环被形通柱流截向面，最面积dA售=2您πr屡dr，所是通过凶的流师量⑶管道闸内的讲平均崇流速⑷沿程际压力崭损失λ为沿程矿阻力遭系数对于薄圆管估层流昨，理洋论值λ=同64填/R谜e。实际码计算纲时，帅对金旺属管子取λ=常75唤/R季e，橡胶渡管λ=秀80勺/R百e。λ=秧f（Re，Δ/塑d），对于县光滑缘瑞管，λ=刃0.躬31锁64话Re-0洋.2染5；对于侮粗糙涂管，λ的值驼可以直根据抹不同少的Re和Δ/组d从手蛋册上它有关险曲线店查出腊。2.紊流感时的晋沿程榴压力愁损失二、径局部津压力扭损失液体丛流经沿管道炼的弯头悼、管马接头仗、突扰变截店面以喊及阀赔口、恐滤网等局芬部装萄置时凯，液寄流会记产生丛旋涡泼，并耀发生糊强烈居的紊草动现素象，予由此颈而造亮成的喇压力感损失扎称为局部获压力及损失。式中ζ——局部嚼阻力匹系数货。qn——阀的集额定仿流量殃；Δpn——阀在落额定档流量qn下的腥压力准损失痛；q——通过丑阀的卵实际岗流量篮。三、彼管路转中的割总压歌力损晚失整个适管路胡系统移的总风压力缠损失集应为膛所有沿程些压力白损失和所孟有局部哨压力案损失之和椒，即从公补式可往以看涌出，减小氧流速，缩短发管道薯长度，减少诸管道舰截面集的突勒变，提高私管道申内壁冠的加晨工质宏量等，剑都可疫使压大力损本失减咏小。§2怠-5液体旋流过类小孔沈和缝哑隙的喷流量小孔雷可分艰为三齐种：当小坟孔的高长径胆比l/牲d≤拆0.膊5时，圆称为仓薄壁颤孔；l/象d＞4时，尝称为悟细长牙孔；0.丈5＜l/脚d≤盟4时，参称为押短孔方。一、灶液体件流过糟小孔营的流趣量对薄捡壁孔式中扮，hw为局右部能毕量损评失，痰它包罩括两要部分康，即截面司突然弃减小宵时的瓦局部键压力内损失hw1和截面摩突然氏增大岔时的故局部波压力必损失hw2。由于Ae《A2，所兆以动画制演示将上射式代舞入伯凝努利妄方程病，并旗注意赤到由挽于A1=A2，故υ1=υ2，α1=α2；且h1=h2，得材：—小孔乒速度绿系数邻，式中:—流量革系数门，—收缩我系数戏，—小孔榴通流俘截面物的面神积—收缩湿断面没的面染积；—小孔变前后直的压兆力差粪，对细芽长孔风：小孔俗的流闭量压返力特颤性公考式盾：m——由孔夸的长姻径比粉决定使的指棍数。窃薄壁鲁孔m=0魔.5，细长该孔m=1。K——系数棍。二、辉液体售流过个缝隙傻的流单量㈠液体嫌流过寺平行鸽平板精缝隙秆的流写量1、流判过固榴定平顷行平孟板缝娇隙的夫流量提（压芽差流糕动闷）pb景dy喂+（τ+雷dτ）bd有x=（p+偏dp）bd壳y+洋τb筋dx整理周后得湖：式中指，C1、C2为积猴分常饭数。凳由边保界条辈件：蹦当y=逮0，u=们0；y=δ，u=筝0，分高别代菊入得核：在缝构隙液敢流中贵，dp预/d创x是一骨常数2.液体锡流过想相对衡运动灾的平湿行平日板缝尾隙的凝流量（剪大切流眼动）当一燥平板伞固定雁，另伯一平那板以谨速度u0作相摊对运编动时嫁，液宪体的荡平均岔流速υ=u0/2，故犯由于世平板洲相对偶运动蔬而使非液体让流过帆缝隙夫的流总量为打：既有乒压差蒸流动崖，又戏有剪悉切流忧动时（二假）液练体流困过圆脊环缝悟隙的黑流量⑴流过仪同心皮圆环黑缝隙富的流宗量⑵流过赏偏心及圆环随缝隙搂的流贴量若圆纱环的驳内外详圆不暂同心彼，偏瓶心距虑为e，则父