第三章 液壓流體力學(xué)基礎(chǔ)

1、本章目錄本章目錄教學(xué)要求教學(xué)要求重點(diǎn)難點(diǎn)重點(diǎn)難點(diǎn) 液壓傳動(dòng)是以液體作為工作介液壓傳動(dòng)是以液體作為工作介質(zhì)進(jìn)行能量傳遞的，因此，掌質(zhì)進(jìn)行能量傳遞的，因此，掌握液體在靜止和運(yùn)動(dòng)過程中的握液體在靜止和運(yùn)動(dòng)過程中的基本力學(xué)規(guī)律，對(duì)于正確理解基本力學(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)液壓傳動(dòng)的基本原理，合理設(shè)計(jì)和使用液壓系統(tǒng)都是非常必計(jì)和使用液壓系統(tǒng)都是非常必要的。要的。教學(xué)要求 液壓傳動(dòng)是以液體作為工作介質(zhì)進(jìn)行能量傳遞液壓傳動(dòng)是以液體作為工作介質(zhì)進(jìn)行能量傳遞的。的。 1 1、了解液體的靜壓特性、方程、傳遞規(guī)律，、了解液體的靜壓特性、方程、傳遞規(guī)律，掌握掌握液體在靜止和運(yùn)動(dòng)過程中的基本力學(xué)規(guī)律

2、，液體在靜止和運(yùn)動(dòng)過程中的基本力學(xué)規(guī)律，掌握掌握靜力學(xué)基本方程、壓力表達(dá)式和結(jié)論靜力學(xué)基本方程、壓力表達(dá)式和結(jié)論 ； 2 2、了解流動(dòng)液體特性、傳遞規(guī)律，、了解流動(dòng)液體特性、傳遞規(guī)律，掌握掌握動(dòng)力動(dòng)力學(xué)三大方程、流量和結(jié)論；學(xué)三大方程、流量和結(jié)論； 3 3、了解流量公式、特點(diǎn)、兩種現(xiàn)象產(chǎn)生原因，、了解流量公式、特點(diǎn)、兩種現(xiàn)象產(chǎn)生原因，掌握掌握薄壁孔流量公式及通用方程、兩種現(xiàn)象的薄壁孔流量公式及通用方程、兩種現(xiàn)象的危害及消除。危害及消除。重點(diǎn)、難點(diǎn) 靜壓特性靜壓特性 壓力形成壓力形成 靜力學(xué)基本方程靜力學(xué)基本方程 流量與流速關(guān)系流量與流速關(guān)系 三大方程及物理意義三大方程及物理意義本章目錄第一節(jié)液

3、體靜力學(xué)第一節(jié)液體靜力學(xué)第二節(jié)液體動(dòng)力學(xué)第二節(jié)液體動(dòng)力學(xué)第三節(jié)管道中液流的特性第三節(jié)管道中液流的特性第四節(jié)孔口和縫隙液流第四節(jié)孔口和縫隙液流第五節(jié)第五節(jié) 氣穴現(xiàn)象氣穴現(xiàn)象第六節(jié)第六節(jié) 液壓沖擊液壓沖擊第一節(jié)第一節(jié) 液體靜力學(xué)液體靜力學(xué)n 壓力的概念壓力的概念n 壓力的分布?jí)毫Φ姆植糿 壓力的表示壓力的表示n 壓力的傳遞壓力的傳遞n 壓力的計(jì)算壓力的計(jì)算靜止液體靜止液體：液體內(nèi)質(zhì)點(diǎn)間無相對(duì)運(yùn)動(dòng)、不呈現(xiàn)：液體內(nèi)質(zhì)點(diǎn)間無相對(duì)運(yùn)動(dòng)、不呈現(xiàn)粘性的液體粘性的液體 流體靜力學(xué)是研究平衡流體流體靜力學(xué)是研究平衡流體（包括：流體對(duì)（包括：流體對(duì)地球無相對(duì)運(yùn)動(dòng)和流體對(duì)運(yùn)動(dòng)容器無相對(duì)運(yùn)動(dòng)）地球無相對(duì)運(yùn)動(dòng)和流體對(duì)運(yùn)動(dòng)

4、容器無相對(duì)運(yùn)動(dòng)）的力學(xué)規(guī)律及其應(yīng)用的力學(xué)規(guī)律及其應(yīng)用。 由于平衡流體之間無相對(duì)運(yùn)動(dòng)，流體的粘性由于平衡流體之間無相對(duì)運(yùn)動(dòng)，流體的粘性不起作用。所以，流體靜力學(xué)中所得出的結(jié)論，不起作用。所以，流體靜力學(xué)中所得出的結(jié)論，對(duì)于理想流體和粘性流體都適用。理論不需要實(shí)對(duì)于理想流體和粘性流體都適用。理論不需要實(shí)驗(yàn)修正。驗(yàn)修正。按作用方式，平衡流體上的作用力有：按作用方式，平衡流體上的作用力有： 。表面力按其作用方向可分為兩種：表面力按其作用方向可分為兩種：沿表面內(nèi)法線方向沿表面內(nèi)法線方向的壓力、沿表面切向的摩擦力的壓力、沿表面切向的摩擦力。 對(duì)于處于平衡狀態(tài)的流體，切向摩擦力為零，只對(duì)于處于平衡狀態(tài)的流體

5、，切向摩擦力為零，只有沿受壓面內(nèi)法線方向的流體靜壓力。有沿受壓面內(nèi)法線方向的流體靜壓力。)(lim0PadAdFAFpA靜壓力（簡稱壓力）：指液體處于相對(duì)靜止時(shí)，靜壓力（簡稱壓力）：指液體處于相對(duì)靜止時(shí)，單位面積上所受的法向作用力。單位面積上所受的法向作用力。一、壓力的概念 若在液體的面積若在液體的面積A A上所受的作用力上所受的作用力F F為均勻分布時(shí)，為均勻分布時(shí)，靜壓力可表示為靜壓力可表示為 p p = = F F / / A A 液體靜壓力在物理學(xué)上稱為壓強(qiáng)，工程實(shí)際應(yīng)用中液體靜壓力在物理學(xué)上稱為壓強(qiáng)，工程實(shí)際應(yīng)用中習(xí)慣稱為壓力。習(xí)慣稱為壓力。液體靜壓力的特性：液體靜壓力的特性：液體靜

6、壓力垂直于承壓面，方向?yàn)樵撁鎯?nèi)法線液體靜壓力垂直于承壓面，方向?yàn)樵撁鎯?nèi)法線方向方向由流體的特性知，流體在平衡狀態(tài)時(shí)只要有切應(yīng)力作用，由流體的特性知，流體在平衡狀態(tài)時(shí)只要有切應(yīng)力作用，流體就會(huì)變形，引起流體質(zhì)點(diǎn)間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，破壞流體流體就會(huì)變形，引起流體質(zhì)點(diǎn)間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，破壞流體的平衡。流體還不能承受拉力。所以，流體在平衡狀態(tài)的平衡。流體還不能承受拉力。所以，流體在平衡狀態(tài)下只能承受垂直并指向作用面的壓力下只能承受垂直并指向作用面的壓力 液體內(nèi)任一點(diǎn)所受的靜壓力在各個(gè)方向上都液體內(nèi)任一點(diǎn)所受的靜壓力在各個(gè)方向上都相等相等二、壓力的分布AghApApo壓力隨深壓力隨深度線性增度線性增加，等深加，等

7、深等壓等壓 靜壓力基本方程式靜壓力基本方程式 p p=p p0 0+ +ghgh 重力作用下靜止液體壓力分布特征：重力作用下靜止液體壓力分布特征： 壓力由兩部分組成：液面壓力壓力由兩部分組成：液面壓力p p0 0，自重形成的壓力，自重形成的壓力ghgh。 液體內(nèi)的壓力與液體深度成正比。液體內(nèi)的壓力與液體深度成正比。 離液面深度相同處各點(diǎn)的壓力相等，壓力相等的所有點(diǎn)組成離液面深度相同處各點(diǎn)的壓力相等，壓力相等的所有點(diǎn)組成等壓面，重力作用下靜止液體的等壓面為水平面。等壓面，重力作用下靜止液體的等壓面為水平面。將盛有液體的密閉容器放在將盛有液體的密閉容器放在基準(zhǔn)水平面（基準(zhǔn)水平面（0-x0-x）上加

8、以）上加以考察，則靜壓力基本方程可考察，則靜壓力基本方程可改寫成改寫成p=p0+gh = p=p0+(z0-z)p/g+z = p0/g+ z0=常數(shù)常數(shù)式中式中p/g表示了單位重力液體的壓力能，故又常稱作表示了單位重力液體的壓力能，故又常稱作壓力頭壓力頭； z z表示了單位重力液體的位能，也常稱作表示了單位重力液體的位能，也常稱作靜力頭靜力頭。因此，靜壓力基本方程的物理意義是：靜止液體內(nèi)任何一點(diǎn)具有因此，靜壓力基本方程的物理意義是：靜止液體內(nèi)任何一點(diǎn)具有壓力能壓力能和和位位能能兩種能量形式，且其總和保持不變，即能量守恒。但是兩種能量形式之間兩種能量形式，且其總和保持不變，即能量守恒。但是兩種

9、能量形式之間可以相互轉(zhuǎn)換?？梢韵嗷マD(zhuǎn)換。 靜壓力基本方程物理意義靜壓力基本方程物理意義三、壓力的表示ghppaghp絕對(duì)壓力：絕對(duì)壓力：以絕對(duì)真空為起點(diǎn)表示的壓力。以絕對(duì)真空為起點(diǎn)表示的壓力。按測量基準(zhǔn)不同表示：按測量基準(zhǔn)不同表示：以當(dāng)?shù)卮髿鈮簽橛?jì)算標(biāo)準(zhǔn)表以當(dāng)?shù)卮髿鈮簽橛?jì)算標(biāo)準(zhǔn)表示的壓力。示的壓力。也稱為計(jì)示壓強(qiáng)、表壓強(qiáng)也稱為計(jì)示壓強(qiáng)、表壓強(qiáng)相對(duì)壓力：相對(duì)壓力：真空度真空度: :當(dāng)壓力比當(dāng)?shù)卮髿鈮旱蜁r(shí)，流體當(dāng)壓力比當(dāng)?shù)卮髿鈮旱蜁r(shí)，流體壓力與當(dāng)?shù)卮髿鈮旱牟钪捣Q為真空度。壓力與當(dāng)?shù)卮髿鈮旱牟钪捣Q為真空度。 p pp p0 0 p p表壓表壓=p p相對(duì)相對(duì)= = p p絕對(duì)絕對(duì)p p0 0 p p

10、pap4）； 短孔（0.5l/d4) 在液壓傳動(dòng)中常利用在液壓傳動(dòng)中常利用小孔小孔或或縫隙縫隙來對(duì)液體的壓力、來對(duì)液體的壓力、流量進(jìn)行控制。液壓元件的泄漏也屬于縫隙流動(dòng)。流量進(jìn)行控制。液壓元件的泄漏也屬于縫隙流動(dòng)。v1vccc22v2p2A2lA1p11、薄壁孔、薄壁孔 (l/d0.5) 水平放置水平放置h1=h2;管徑變化大管徑變化大v1vc;湍流湍流2=1 則：則：hgvgpgvgp2222222111gvhc221截面突然縮?。篻vAAgvAAhccc2)1 (2) 1(22222222截面突然擴(kuò)大：由于AcA2:gvhhhc2) 1(221帶入能量方程，帶入能量方程，A1=A2時(shí)，時(shí)，

11、 v1=v2則：則：PCpp2)(21121cPpqACACCvAodcvcc220112dccvAACCC流量系數(shù)流量系數(shù)C Cd dC Cv v稱為速度系數(shù)稱為速度系數(shù)C Cc c稱為截面收縮系數(shù)稱為截面收縮系數(shù)流量系數(shù)流量系數(shù)C Cd d的大小一般由實(shí)驗(yàn)確定，在液流完全收縮的大小一般由實(shí)驗(yàn)確定，在液流完全收縮(d(d1 1/d7)/d7)的情的情況下，可以認(rèn)為是不變的常數(shù)，計(jì)算時(shí)按況下，可以認(rèn)為是不變的常數(shù)，計(jì)算時(shí)按C Cd d=0.600.61 0.600.61 選??；不選取；不完全收縮完全收縮(d(d1 1/d7)/d4(l/d4）液流經(jīng)過細(xì)長孔的流量和孔前后壓差成液流經(jīng)過細(xì)長孔的流

12、量和孔前后壓差成正比正比，和液體，和液體粘度成粘度成反比反比，流量受液體溫度影響較大，流量受液體溫度影響較大(3-33)3 3、短孔、短孔（0.5l/d4)PCAqd20C Cd d應(yīng)按曲線應(yīng)按曲線( (圖圖3-28)3-28)查得，雷諾數(shù)較大時(shí)，查得，雷諾數(shù)較大時(shí)，C Cd d基本穩(wěn)定在基本穩(wěn)定在0.80.8 左左右。短孔常用作右。短孔常用作固定節(jié)流器固定節(jié)流器(3-48)4 4、小孔流量通用公式、小孔流量通用公式 pmKAq0lKmd3212細(xì)長孔細(xì)長孔 薄壁孔薄壁孔 短孔短孔25 . 0dCKm03000012201021222212d)(2d)(2dd dd0,2C ;00dd21dd

13、1dddddddddd)d(d)(dubhplbhyyhuyyhlpbyubqyhuyyhlpulplppxpxpCdxdphhuuuhyuyCyCyxpuxpyuyuxpyxyppxdyphh所以為常數(shù)，且縫隙流動(dòng)中得時(shí)；時(shí)由積分后得因此而整理后得二、流體流過縫隙流量二、流體流過縫隙流量1 1、平行平板縫隙、平行平板縫隙bhuplbhqbhuvAqplbhq030321122112 ?結(jié)論：縫隙的流量與縫隙值的三次方成正比，說明元件縫隙結(jié)論：縫隙的流量與縫隙值的三次方成正比，說明元件縫隙值對(duì)泄漏影響很大。值對(duì)泄漏影響很大。若u0 = 0,為壓差流動(dòng)若無壓差，為剪切流動(dòng)總流量：0023021)

14、5 . 11 (12duhdplhq032112ddhuplhq2 2、同心環(huán)縫隙流量、同心環(huán)縫隙流量3 3、偏心環(huán)縫隙流量、偏心環(huán)縫隙流量用用dd代替代替b b縫隙厚度為內(nèi)外圓同心時(shí)的為偏心距，00,hehe4.4.圓環(huán)平面縫隙間的液流圓環(huán)平面縫隙間的液流由式由式3-573-57，并令，并令00udrdpzzhur21prrhq123ln6得半徑得半徑r r、離下平面、離下平面z z處徑向處徑向速度為速度為5 5. .圓錐狀環(huán)形間隙流動(dòng)圓錐狀環(huán)形間隙流動(dòng)prrhq123ln6sin第五節(jié)、氣穴現(xiàn)象 原因原因：因?yàn)橄到y(tǒng)內(nèi)某點(diǎn)的壓力突然降低，致使液體因?yàn)橄到y(tǒng)內(nèi)某點(diǎn)的壓力突然降低，致使液體 中析出氣泡的現(xiàn)象。中析出氣泡的現(xiàn)象。 后果后果：氣泡壓破產(chǎn)生噪聲，元件表面產(chǎn)生點(diǎn)蝕。：氣泡壓破產(chǎn)生噪聲，元件表面產(chǎn)生點(diǎn)蝕。 措施措施：避免壓力突降，減小壓力降。：避免壓力突降，減小壓力降。 降低泵吸油高度降低泵吸油高度h h，加大吸油管徑，限制液體流速，加大吸油管徑，限制液體流速v v， 減小吸油管中的壓力損失；防止空氣進(jìn)入。減小吸油管中的壓力損失；防止空氣進(jìn)入。氣穴現(xiàn)象舉例氣穴現(xiàn)象舉例節(jié)流口處的氣穴現(xiàn)象節(jié)流口處的氣穴現(xiàn)象液壓泵的氣穴現(xiàn)象液壓泵的氣穴現(xiàn)象吸油腔壓力低于空氣分離壓吸油腔壓力低于空氣分離壓第六節(jié)、液壓沖擊一、一、液壓沖擊液壓沖擊 1 1、含義、含義：由于某種原因致使壓力在