第一章液壓油

1第一章：流體力學(xué)基礎(chǔ)本章主要內(nèi)容：1工作介質(zhì)：液體及氣體的物理性質(zhì)2流體靜力學(xué)：靜壓力及其特性，靜壓力方程，靜壓傳遞原理等。3流體運(yùn)動學(xué)及動力學(xué)：連續(xù)性方程和能量方程4氣體狀態(tài)方程：5充、放氣參數(shù)的計算：6管道流動，孔口流動，縫隙流動：流態(tài)、壓力損失、流量計算等。2第一節(jié)傳動介質(zhì)一、液體傳動介質(zhì)（一）物理性質(zhì)：2、可壓縮性：液體受壓后會縮小其體積。液體的可壓縮性的大小是用體積壓縮系數(shù)k來表示的。其定義為：液體體積在單位壓力變化下相對變化量：1、密度（均質(zhì)液體）單位：31）2）45單位面積上的內(nèi)摩擦力：

牛頓內(nèi)摩擦定律：78第二節(jié)流體靜力學(xué)9二、靜壓力基本方程由上式可知：1、

靜止液體內(nèi)一點(diǎn)處的壓力由兩部分組成，一部分是液體上的壓力，另一部分是液體重度與該點(diǎn)離液面深度的乘積。2、

靜止液體內(nèi)的壓力沿液深呈直線分布。3、

離液面深度相同處各點(diǎn)的壓力都相等。(一)重力作用下靜止液體中的壓力分布p0·ΔA+FG=p·ΔA重力：FG=ρgv=ρgh·ΔA∴p=p0+ρghp0hp0·ΔAFGp·ΔA10（二）靜壓力基本方程的物理意義將式：p=p0+ρgh整理得：物理意義：靜止液體內(nèi)任何一點(diǎn)具有壓力能和位能兩種形式，且其總和保持不變，即能量守恒。111213三、壓力的傳遞由p=p0+ρgh知靜止液體中任一點(diǎn)處的壓力都包含了液面上壓力p0，即：在密閉容器中由外力作用所產(chǎn)生的壓力可等值地傳遞到液體內(nèi)部的所有各點(diǎn)，這就是帕斯卡原理或靜壓傳遞原理。例1-2(P25)：F=1000N；A=10-3m2；求：h=0.5m，p=？FphA*壓力很小，可忽略不計，并認(rèn)為液體內(nèi)部壓力幾乎相等。

142、當(dāng)固體壁面為曲面時，作用該面上的壓力是不平行的。作用在曲面上x方向的總力Fx為p與該方向的投影面積Ax之積：XY15第三節(jié)流體運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)16171819v1F1F2v2dl1dl2Z1Z2202122在Ⅱ-Ⅱ：

23二、氣體傳動介質(zhì)(一)空氣的組成：氮、氧、氫、二氧化碳等。干空氣：不含有水蒸氣的空氣。溫空氣：含有水蒸氣的空氣。全壓力:指各組成氣體壓力的總和.分壓力:各組成氣體的壓力,是指這種氣體在相同溫度下,獨(dú)占空氣總?cè)莘e時所具有的壓力.基準(zhǔn)狀態(tài)：溫度壓力24二、氣體傳動介質(zhì)(二)空氣的性質(zhì)1.密度:單位體積內(nèi)所含空氣的質(zhì)量。干空氣的密度：其中：25二、氣體傳動介質(zhì)濕空氣的密度計算式：26二、氣體傳動介質(zhì)2.粘性：在氣壓傳動中不考慮氣體的粘性3.壓縮性和膨脹性：氣體的狀態(tài)方程4.濕空氣（1）絕對濕度：每立方米的濕空氣所含水蒸氣的質(zhì)量稱為濕空氣的絕對濕度，用下式表示：27二、氣體傳動介質(zhì)(2)飽和絕對濕度：在一定溫度下，一立方米飽和濕空氣中所含水蒸氣的質(zhì)量，用下式表示：(3)相對濕度：在同一溫度和壓力下，濕空氣的絕對濕度和飽和絕對濕度之比，用下式表示：在氣壓傳動中，要求相對濕度不得大于90%28（4）含濕量：分質(zhì)量含濕量和容積含濕量質(zhì)量含濕量：在含有1Kg干空氣的濕空氣中所混合的水蒸氣的質(zhì)量。容積含濕量：在含有1m3干空氣的濕空氣中所混合的水蒸氣的質(zhì)量。溫度越低，含水量越少二、氣體傳動介質(zhì)p為濕空氣的全壓力；pb為飽和水蒸汽的分壓力29（5）析水量：每小時從壓縮空氣中析出水的質(zhì)量稱為析水量。注：濕空氣被壓縮后，壓力、溫度、絕對濕度都增加，當(dāng)此壓縮空氣冷卻降溫，其相對濕度增加，溫度降到露點(diǎn)后，便有水析出。二、氣體傳動介質(zhì)30第四節(jié)氣體狀態(tài)方程氣體狀態(tài)方程：描述氣體的體積、溫度和壓力三個狀態(tài)參數(shù)在變化后或變化過程中之間的關(guān)系。一、理想氣體狀態(tài)方程理想氣體：不計粘性的氣體稱為理想氣體，其狀態(tài)方程為：理想氣體的狀態(tài)方程不適用于高壓狀態(tài)(>20MPa)和低溫狀態(tài)(<253K)31二、氣體狀態(tài)變化過程：32（一）等容狀態(tài)過程(查理定律)：一定質(zhì)量的氣體，在狀態(tài)變化過程中體積保持不變時，其狀態(tài)方程為：（二）等壓狀態(tài)過程(蓋－呂薩克定律)：一定質(zhì)量的氣體，在狀態(tài)變化過程中壓力保持不變時，其狀態(tài)方程為：當(dāng)體積不變時，壓力的變化與溫度的變化成正比，當(dāng)壓力上升時，氣體的溫度隨之上升。當(dāng)壓力不變時，溫度上升，氣體體積增大；當(dāng)溫度下降時，氣體體積減小33（三）等溫狀態(tài)過程(波意耳定律)：一定質(zhì)量的氣體，在狀態(tài)變化過程中溫度保持不變時，其狀態(tài)方程為：在溫度不變的條件下，氣體壓力上升時，體積被壓縮，比體積下降；壓力下降時，體積膨脹，比體積上升。（四）絕熱狀態(tài)過程：在氣體與外界無熱量交換的條件下,一定質(zhì)量氣體所進(jìn)行的狀態(tài)變化過程。其狀態(tài)方程為：34（五）多變狀態(tài)過程：在沒有任何制約條件下,一定質(zhì)量氣體所進(jìn)行的狀態(tài)變化過程。嚴(yán)格來講,氣體狀態(tài)變化大多屬多變狀態(tài)過程,其狀態(tài)方程為：N為多變指數(shù)，1.4>n>135例:由空氣壓縮機(jī)向氣罐充氣,使罐內(nèi)壓力由p1=0.1MPa升高到p2=0.265MPa,罐內(nèi)空氣的溫度由t1=15℃上升為t2.充氣結(jié)束后,罐內(nèi)溫度又漸漸降至室溫,空氣壓力變成p2’,已知?dú)庠礈囟萾s=15℃,試求p2’和t2.解:將充氣過程視為絕熱過程,將降溫過程視為等容過程.由下式得t2:36三、氣體流動基本方程當(dāng)氣體流速較低時，氣體流動的基本方程與液體運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)的基本方程完全相同。當(dāng)氣體流速大于5m/s時，氣體的可壓縮性將對流體運(yùn)動產(chǎn)生較大的影響。故下面介紹流速大于5m/s時的氣體流動方程。（一）可壓縮氣體的流量方程（質(zhì)量守恒）氣體在管道內(nèi)作恒定流動時，單位時間內(nèi)流過的管道內(nèi)任一通流截面的氣體質(zhì)量都相等。37（二）可壓縮氣體的能量方程（能量守恒）若不計能量損失和位能變化，則絕熱過程下可壓縮氣體的能量方程為：k為等熵指數(shù)同理，多變過程下可壓縮氣體的能量方程為：n為多變指數(shù)38第五節(jié)充放氣參數(shù)的計算在氣壓系統(tǒng)中如何正確合理地向氣罐、氣缸及執(zhí)行機(jī)構(gòu)充氣或由其排氣，是提高系統(tǒng)效率，節(jié)省能耗的重要問題。一、向定容容器充氣：壓力為ps,溫度為Ts的恒定氣源，向容積為V的容器充氣，容器的壓力和溫度從p1和T1升高p2和T2。因充氣快，可視為絕熱過程.則充氣后的溫度T2（K）為：39

充氣結(jié)束后，容器內(nèi)溫度再次降到T1，此時容器內(nèi)的壓力p為：容器充氣到氣源壓力所需的時間t(s)：為充放氣的時間常數(shù)：40容器充氣時的壓力與時間關(guān)系曲線見下圖：41二、容器放氣：容器放氣時氣體壓力從p1和T1降到p2和T2。

因放氣快，故可以按絕熱過程處理。放氣后的溫度T2：

放氣后，容器內(nèi)的溫度回到室溫，壓力上升，此時壓力p為：42

放氣結(jié)束所需要的時間t(s)為：43容器放氣時的壓力與時間關(guān)系曲線見圖1-2444例：如圖1-23所示，將容器內(nèi)的氣體通過氣閥放出，包括管路和氣閥在內(nèi)的總有效截面積S=85x10-6㎡，容器的容積V=0.2m3 ,容器內(nèi)初始壓力p1=0.5MPa,放氣成大氣壓。容器內(nèi)原始溫度與氣源溫度均為30℃。試求放氣時間。解：4546第六節(jié)管道流動1、雷諾實驗：19世紀(jì)末，雷諾首先通過實驗發(fā)現(xiàn)水在圓管內(nèi)的流動狀態(tài)有兩種：層流和紊流。47層流：液流為流束狀，軌跡互不交錯，都平行于管道，此時液流主要受粘性力約束。紊流：質(zhì)點(diǎn)做紊亂、混雜運(yùn)動，各質(zhì)點(diǎn)相互碰撞、摻混，主要作用力為慣性力。2、雷諾數(shù)：判別液體層流和紊流的依據(jù)，實驗證明：①、流態(tài)與v、d、有關(guān)。②、定義：稱為雷諾數(shù)。（Re不變，狀態(tài)不變）③、在光滑金屬管中， Re<2320為層流，

Re>2320為紊流，

Recr=2320。481）、流速分布在圖中的管內(nèi)，取一段半徑為r，長為l，與管軸相重合的圓柱體，兩端壓力p1,p2，側(cè)面摩擦力Ff。492）、流量rdr50液流在管路里流動，就必然伴隨有能量損失。主要表現(xiàn)為壓力損失，四、壓力損失

511、圓管層流時 將動力粘度實際液體沿程阻力系數(shù)的取值（只與雷諾數(shù)有關(guān)）。流量代入上式，得：定義為沿程阻力系數(shù)，5253第七節(jié)孔口流動54

令為速度系數(shù)55二、短孔、細(xì)長小孔及其應(yīng)用5657三、氣動元件的通流能力（一）流量特性1.有效截面積S值多個元件串聯(lián)時：多個元件并聯(lián)時：582.流通能力C值3.ISO/6358流量特性參數(shù)第一組：59第二組：60（二）流量計算1.不可壓縮氣體通過節(jié)流孔的流量2.可壓縮氣體通過節(jié)流孔的流量亞音速（p2/p1>0.528)超音速（p2/p1<0.528)61自由狀態(tài)下的流量qz與受壓狀態(tài)下的流量q之間的關(guān)系為：62636465d(1)同心(2)偏心e6667第九節(jié)瞬變流動一、氣穴現(xiàn)象在流動的液體中，因某點(diǎn)處的壓力低于空氣分離壓而使氣泡產(chǎn)生的現(xiàn)象稱為氣穴現(xiàn)象。危害：使液壓裝置產(chǎn)生噪聲和振動，金屬表面受到腐蝕。1、空氣分離壓和飽和蒸汽壓

Pa壓力P氣泡空氣分離壓：使油液中溶解的氣體迅速分離出來的壓力。飽和蒸汽壓：使油液迅速氣化的壓力。

6869二、液壓沖擊1、危害：伴有噪聲和振動，嚴(yán)重時