液壓與氣動(dòng)技術(shù)第二章(2015)

教師：周金柱單位：機(jī)電工程學(xué)院

E-mail:jzzhou@Tel壓與氣壓傳動(dòng)4液壓傳動(dòng)工作介質(zhì)132液體靜力學(xué)流體動(dòng)力學(xué)44流態(tài)以及壓力損失的計(jì)算45孔口和縫隙流動(dòng)液壓傳動(dòng)流體力學(xué)基礎(chǔ)液壓傳動(dòng)工作介質(zhì)第一節(jié)液壓傳動(dòng)工作介質(zhì)液壓油石油型乳化型合成型難燃型一液壓傳動(dòng)工作介質(zhì)性質(zhì)

1密度單位體積液體的質(zhì)量稱為液體的密度礦物油型液壓油的密度隨溫度的上升而有所有減小。

隨壓力的提高而稍有增加。但密度的變動(dòng)值很小，可以認(rèn)為是常值。2可壓縮性壓力為體積為的液體壓力增大時(shí)，體積減少其相對(duì)壓縮量與壓力增量成正比由于壓力增大時(shí)液體的體積減小，即為正，為負(fù)因此，加一負(fù)號(hào)，以使k為正值液壓油鋼一般情況下，液壓油的可壓縮性對(duì)液壓系統(tǒng)影響不大但在高壓下或研究系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能時(shí)，則必須予以考慮液壓油的可壓縮性是鋼的100-150倍

當(dāng)液壓油中混有空氣時(shí)，其k值將大大減小，抗壓縮能力顯著降低，這會(huì)嚴(yán)重影響液壓系統(tǒng)的工作性能。在有較高要求或壓力變化較大的系統(tǒng)中，應(yīng)力求減少液壓油中混入氣體。3、粘性

液體在外力作用下流動(dòng)時(shí)，分子間的內(nèi)聚力要阻止分子間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的一種內(nèi)摩擦力，這種現(xiàn)象叫液體的粘性。

在靜止液體中，因內(nèi)摩擦力為零。所以，液體在靜止?fàn)顟B(tài)下是不呈粘性的。

液體粘性的大小用粘度表示運(yùn)動(dòng)粘度動(dòng)力粘度相對(duì)粘度1）動(dòng)力粘度牛頓內(nèi)摩擦定律的流體力學(xué)模型間距很小的兩平行平板間充滿液體。下板固定不動(dòng)，上板以速度向右運(yùn)動(dòng)。流體的粘性流體和固體壁面間的附著力緊貼上平板的流體層速度為緊貼下平板的流體層速度為0中間各層的速度按線形規(guī)律分布牛頓內(nèi)摩擦定律指出流體流動(dòng)時(shí)，相鄰流層間的內(nèi)摩擦力因?yàn)樗膯挝恢挥虚L(zhǎng)度和時(shí)間的量綱，類似于運(yùn)動(dòng)學(xué)的量綱，故稱為運(yùn)動(dòng)粘度。

液壓油的牌號(hào)是以40的溫度下的運(yùn)動(dòng)粘度值來(lái)表示的例如牌號(hào)為L(zhǎng)—HL32的液壓油指這種油在40時(shí)的運(yùn)動(dòng)粘度平均值為32

就物理意義來(lái)說(shuō)，不是一個(gè)粘度的量，但習(xí)慣上常用它標(biāo)志液體的粘度。2）運(yùn)動(dòng)粘度3）相對(duì)粘度（條件粘度）動(dòng)力粘度和運(yùn)動(dòng)粘度都比較難測(cè)量相對(duì)粘度是根據(jù)特定測(cè)量條件制定的測(cè)量條件不同，采用的相對(duì)粘度單位也不同恩氏粘度用恩氏粘度計(jì)測(cè)定將200mL()被測(cè)液體裝入粘度計(jì)的容器內(nèi)容器底部有一直徑為的小孔測(cè)出某一溫度下液體流盡的時(shí)間同體積蒸餾水在20時(shí)流盡的時(shí)間為（通常=51s)被測(cè)液體在下的恩氏粘度恩氏粘度與運(yùn)動(dòng)粘度間的換算關(guān)系為4)液壓油粘度與壓力和溫度的關(guān)系a.液壓油的粘度隨壓力的增高而增大

壓力↗分子間距離↘內(nèi)聚力↗粘度↗一般的液壓系統(tǒng)壓力<20MPa，壓力對(duì)粘度影響不大b.液壓油的粘度對(duì)溫度的變化比較敏感溫度↗粘度↘油液粘度的變化直接影響液壓系統(tǒng)的性能和泄漏量，希望粘度隨溫度的變化越小越好。11二液壓系統(tǒng)對(duì)工作介質(zhì)的要求液壓介質(zhì)的性能對(duì)液壓系統(tǒng)的工作狀態(tài)有很大影響，對(duì)液壓系統(tǒng)對(duì)工作介質(zhì)的基本要求如下：

（l）有適當(dāng)?shù)恼扯群土己玫恼硿靥匦浴?/p>

粘度是選擇工作介質(zhì)的首要因素。液壓油的粘性，對(duì)減少間隙的泄漏、保證液壓元件的密封性能都起著重要作用。

液壓介質(zhì)粘度用運(yùn)動(dòng)粘度表示。在國(guó)際單位制中的單位是，而在實(shí)用上油的粘度用（cSt，厘斯）表示。

粘度是液壓油（液）劃分牌號(hào)的依據(jù)。按國(guó)標(biāo)GB/T3141-94所規(guī)定，液壓油產(chǎn)品的牌號(hào)用粘度的等級(jí)表示，即用該液壓油在40℃時(shí)的運(yùn)動(dòng)粘度中心值表示。12

所有工作介質(zhì)的粘度都隨溫度的升高而降低，粘溫特性好是指工作介質(zhì)的粘度隨溫度變化小，粘溫特性通常用粘度指數(shù)表示。

一般情況下，在高壓或者高溫條件下工作時(shí)，為了獲得較高的容積效率，不使油的粘度過(guò)低，應(yīng)采用高牌號(hào)液壓油；低溫時(shí)或泵的吸入條件不好時(shí)（壓力低，阻力大），應(yīng)采用低牌號(hào)液壓油。

（2）氧化安定性和剪切安定性好。

（3）抗乳化性、抗泡沫性好。

（4）閃點(diǎn)、燃點(diǎn)要高，能防火、防爆。

（5）有良好的潤(rùn)滑性和防腐蝕性，不腐蝕金屬和密封件。

（6）對(duì)人體無(wú)害，成本低。

13三液壓介質(zhì)的種類

液壓傳動(dòng)介質(zhì)按照GB/T7631.2-87（等效采用ISO6743/4）進(jìn)行分類，主要有石油基液壓油和難燃液壓液兩大類。

3.1石油基液壓油

（1）L-HL液壓油（又名普通液壓油）：采用精制礦物油作基礎(chǔ)油，加入抗氧、抗腐、抗泡、防銹等添加劑調(diào)合而成，是當(dāng)前我國(guó)供需量最大的主品種，用于一般液壓系統(tǒng)，但只適于0℃以上的工作環(huán)境。其牌號(hào)有：HL－32、HL－46、HL－68。在其代號(hào)L-HL中，L代表潤(rùn)滑劑類，H代表液壓油，L代表防銹、抗氧化型，最后的數(shù)字代表運(yùn)動(dòng)粘度。

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（2）L-HM液壓油（抗磨液壓油，M代表抗磨型）：其基礎(chǔ)油與普通液壓油同，加有極壓抗磨劑，以減少液壓件的磨損。適用于-15℃以上的高壓、高速工程機(jī)械和車輛液壓系統(tǒng)。

其牌號(hào)有：HM－32、HM－46、HM－68、HM－I00、HM－150

（3）L-HG液壓油（又名液壓一導(dǎo)軌油）：除普通液壓油所具有的全部添加劑外，還加有油性劑，用于導(dǎo)軌潤(rùn)滑時(shí)有良好的防爬性能。適用于機(jī)床液壓和導(dǎo)軌潤(rùn)滑合用的系統(tǒng)。15

（4）L-HV液壓油（又名低溫液壓油、稠化液壓油、高粘度指數(shù)液壓油）：用深度脫蠟的精制礦物油，加抗氧、抗腐、抗磨、抗泡、防銹、降凝和增粘等添加劑調(diào)合而成。其粘溫特性好，有較好的潤(rùn)滑性，以保證不發(fā)生低速爬行和低速不穩(wěn)定現(xiàn)象。適用于低溫地區(qū)的戶外高壓系統(tǒng)及數(shù)控精密機(jī)床液壓系統(tǒng)。

（5）其它專用液壓油：如航空液壓油（紅油）、炮用液壓油、艦用液壓油等。

163.2難燃液壓液

難燃液壓液分為合成型、油水乳化型和高水基型三大類。

（1）合成型抗燃工作液

①水一乙二醇液（L-HFC液壓液）：這種液體含有35％～55％的水，其余為乙二醇及各種添加劑（增稠劑、抗磨劑、抗腐蝕劑等）。其優(yōu)點(diǎn)是凝點(diǎn)低（－50℃），有一定的粘性，而且粘度指數(shù)高，抗燃。適用于要求防火的液壓系統(tǒng)。其缺點(diǎn)是價(jià)格高，潤(rùn)滑性差，只能用于中等壓力（20Mpa以下）。這種液體密度大，所以吸入困難。17

水一乙二醇液能使許多普通油漆和涂料軟化或脫離，可換用環(huán)氧樹(shù)脂或乙烯基涂料。②磷酸酯液（L-HFDR液壓液）

這種液體的優(yōu)點(diǎn)是，使用的溫度范圍寬（-54～～135℃），抗燃性好，抗氧化安定性和潤(rùn)滑性都很好。允許使用現(xiàn)有元件在高壓下工作。

其缺點(diǎn)是價(jià)格昂貴（為液壓油的5～8倍）；有毒性；與多種密封材料（如丁氰橡膠）的相容性很差，而與丁基膠、乙丙膠、氟橡膠、硅橡膠、聚四氟乙烯等均可相容。18

（2）油水乳化型抗燃工作液（L-HFB、L-HFAE液壓液）

油水乳化液是指互不相溶的油和水，使其中的一種液體以極小的液滴均勻地分散在另一種液體中所形成的抗燃液體。分水包油乳化液和油包水乳化液兩大類。

（3）高水基型抗燃工作液（L-HFAS液壓液）

這種工作液不是油水乳化液。其主體為水，占95％，其余5％為各種添加劑（抗磨劑、防銹劑、抗腐劑、乳化劑、抗泡劑、極壓劑、增粘劑等）。其優(yōu)點(diǎn)是成本低，抗燃性好，不污染環(huán)境。其缺點(diǎn)是粘度低，潤(rùn)滑性差。19四工作介質(zhì)的選用液壓油的選用，首先應(yīng)根據(jù)工作環(huán)境和條件來(lái)選擇液壓油類型，然后再選擇液壓油的粘度，即牌號(hào)。應(yīng)注意：（1）運(yùn)動(dòng)粘度

粘度太大，液流的損失和發(fā)熱大，使系統(tǒng)效率降低，粘度太小，泄漏增大，也會(huì)使液壓系統(tǒng)的效率降低。（2）工作壓力

工作壓力較高的系統(tǒng)宜選用粘度較大的液壓油，以減少漏。（3）運(yùn)動(dòng)速度當(dāng)液壓系統(tǒng)的工作部件運(yùn)動(dòng)速度較高時(shí)，宜選用粘度較小的液壓油，以減輕液流的摩擦損失。（4）環(huán)境溫度溫度高時(shí)，宜選用粘度較大的油。

在液壓系統(tǒng)所有元件中，液壓泵的工作條件最為嚴(yán)峻，不但壓力高、轉(zhuǎn)速高和溫度高，而且工作介質(zhì)在被液壓泵吸入和油液壓泵壓出時(shí)要受到剪切作用，所以一般根據(jù)液壓泵的要求來(lái)確定介質(zhì)的粘度。4液壓傳動(dòng)工作介質(zhì)123液體靜力學(xué)流體動(dòng)力學(xué)44流態(tài)以及壓力損失的計(jì)算液體靜力學(xué)45孔口和縫隙流動(dòng)液壓傳動(dòng)流體力學(xué)基礎(chǔ)第二節(jié)液體靜力學(xué)一、液體的壓力

液體單位面積上所受的法向力稱為壓力。

這一定義在物理學(xué)中稱為壓強(qiáng)，但在液壓傳動(dòng)中習(xí)慣稱為壓力，液體的壓力有如下特性：

1）液體的壓力沿著內(nèi)法線方向作用于承壓面。

2）靜止液體內(nèi)任一點(diǎn)的壓力在各個(gè)方向上都相等。由上述性質(zhì)可知，靜止液體總是處于受壓狀態(tài)，并其內(nèi)部的任何質(zhì)點(diǎn)都是受平衡壓力作用的。

上式稱為靜力學(xué)基本方程。由上式可知：1）靜止液體內(nèi)任一點(diǎn)處都由兩部分組成：一部分是液面上的壓力,另一部分是該點(diǎn)以上液體自重所形成的壓力，即與該點(diǎn)離液面深度h的乘積。當(dāng)液面上只受大氣壓力作用時(shí)，則液體內(nèi)任一點(diǎn)處的壓力為2）靜止液體內(nèi)的壓力隨液體深度呈直線規(guī)律分布。3）離液面深度相同的各點(diǎn)組成了等壓面，此等壓面為一水平面。二、液體靜壓力基本方程三、壓力的表示方法及單位根據(jù)度量基準(zhǔn)的不同，壓力分為絕對(duì)壓力相對(duì)壓力1絕對(duì)壓力－以絕對(duì)零壓為基準(zhǔn)2相對(duì)壓力－以大氣壓力為基準(zhǔn)

在地球的表面上，一切受大氣籠罩的物體，大氣壓力的都是自相平衡的，因此，一般壓力儀表在大氣中的讀數(shù)為零。用壓力表測(cè)得的數(shù)值顯然是相對(duì)壓力在液壓與氣動(dòng)技術(shù)中，如不特別指明，壓力均指相對(duì)壓力。3真空度絕對(duì)壓力低于大氣壓力，低于大氣壓力的那部分?jǐn)?shù)值叫真空度。計(jì)算相對(duì)壓力=絕對(duì)壓力-大氣壓力

>0表壓力

<0值是真空度壓力單位帕斯卡，簡(jiǎn)稱帕。符號(hào)為Pa帕的單位太小，常采用兆帕，符號(hào)MPa例某點(diǎn)絕對(duì)壓力為書(shū)例1-1可見(jiàn)，液柱高度引起的壓力可忽略不計(jì)。因而對(duì)液壓傳動(dòng)來(lái)說(shuō)，一般不考慮液體位置高度對(duì)壓力的影響，可以認(rèn)為靜止液體內(nèi)各處的壓力都相等。帕斯卡原理在密閉容器內(nèi)，施加于靜止液體上的壓力將以等值同時(shí)傳到各點(diǎn)，這就是靜壓傳遞原理或稱帕斯卡原理。上例中，容器內(nèi)液體各點(diǎn)的壓力液體靜壓力對(duì)固體壁面的作用力液體和固體壁面相接觸時(shí)，固體壁面將受到液壓力的作用。當(dāng)固體壁面為一平面時(shí)，液體壓力在該平面上的總作用力F當(dāng)固體壁面是一個(gè)曲面時(shí)，作用在曲面各點(diǎn)的液體靜壓力是不平行的。當(dāng)固體壁面為一曲面時(shí)，液體壓力在該曲面某x方面的總作用力4液壓傳動(dòng)工作介質(zhì)123液體靜力學(xué)流體動(dòng)力學(xué)44流態(tài)以及壓力損失的計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)45孔口和縫隙流動(dòng)液壓傳動(dòng)流體力學(xué)基礎(chǔ)第三節(jié)流體動(dòng)力學(xué)一、基本概念

1.理想液體和定常流動(dòng)在液壓傳動(dòng)中液壓油總是在不斷地流動(dòng)著，因此必須研究流體運(yùn)動(dòng)時(shí)的現(xiàn)象和規(guī)律。研究液體流動(dòng)時(shí)必須考慮粘性的影響，但由于這個(gè)問(wèn)題非常復(fù)雜，所以在開(kāi)始分析時(shí)可以假設(shè)液體沒(méi)有粘性，然后再考慮粘性的作用，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的辦法對(duì)理想結(jié)論進(jìn)行補(bǔ)充或修正。這種辦法同樣可以用來(lái)處理液體的可壓縮性問(wèn)題。

既無(wú)粘性又不可壓縮的液體稱為理想液體。

液體流動(dòng)時(shí)，若液體中任一點(diǎn)處的壓力、速度和密度都不隨時(shí)間而變化，則這種流動(dòng)稱為定常流動(dòng)。

2通流截面、流量和平均流速液體在管道中流動(dòng)時(shí)，其垂直于流動(dòng)方向的截面稱為過(guò)流斷面（或稱通流截面）。

單位時(shí)間內(nèi)流過(guò)某一通流截面的液體體積稱為流量。該流量以表示，單位為

對(duì)于實(shí)際液體，當(dāng)液流通過(guò)微小的通流截面，dA時(shí)，液體在該截面各點(diǎn)的流速可以認(rèn)為是相等的，所以通過(guò)該截面的流量為流過(guò)整個(gè)過(guò)流斷面A的流量為

實(shí)際液體在流動(dòng)時(shí)，由于粘性力的作用，整個(gè)通流截面上各點(diǎn)的速度u一般是不等的，其分布規(guī)律亦難知道，故按積分計(jì)算流量是不便的。平均流速-----即假設(shè)通流截面上各點(diǎn)的流速均勻分布，液體以此均布流速v流過(guò)此截面的流量等于以實(shí)際流速流過(guò)的流量即平均流速為

在工程實(shí)際中，平均流速v才具有應(yīng)用價(jià)值。液壓缸工作時(shí)，活塞運(yùn)動(dòng)速度就等于缸內(nèi)液體的平均流速，當(dāng)液壓缸有效面積一定時(shí)，活塞運(yùn)動(dòng)速度決定于輸入液壓缸的流量。二、連續(xù)性方程連續(xù)性方程是質(zhì)量守恒定律在流體力學(xué)中的一種表達(dá)形式。

設(shè)液體在圖示的管道中作定常流動(dòng)。若任取的1、2兩個(gè)通流截面的面積分別為和，并且在該二截面處的液體密度和平均流速分別為和，則根據(jù)質(zhì)量守恒定律，在單位時(shí)間內(nèi)流過(guò)兩個(gè)斷面的液體質(zhì)量相等，即當(dāng)忽略液體的可壓縮性時(shí)，，則得或?qū)懗?/p>

它說(shuō)明液體在管道中流動(dòng)時(shí)，流過(guò)各個(gè)截面的流量是相等的（即流量是連續(xù)的），因而流速和通流截面積成反比。三、伯努力方程方程

伯努力方程是能量守恒定律在流體力學(xué)中的一種表達(dá)形式。1、理想液體伯努力方程截面I、II的中心到基準(zhǔn)面的高度為z1

、z2壓力分別為流速分別為由于是理想液體，截面上的流速可以認(rèn)為是均勻分布的。因此，理想液體的伯努力方程為：或?qū)懗桑夯驅(qū)懗缮鲜礁黜?xiàng)分別為單位質(zhì)量液體的壓力能、位能和動(dòng)能伯努利方程的物理意義：在密閉管道內(nèi)作定常流動(dòng)的理想液體具有三種形式的能量，即壓力能、位能和動(dòng)能。在流動(dòng)過(guò)程中，三種能量可以相互轉(zhuǎn)化，但總和為一定值。2、實(shí)際液體伯努利方程

實(shí)際液體在管道中流動(dòng)時(shí)，因粘性摩擦而產(chǎn)生能量損耗，設(shè)單位體積液體在兩截面間流動(dòng)的能量損失為

另外,由于實(shí)際液體在通流截面上的流速分布是不均勻的,用平均流速代替實(shí)際流速計(jì)算動(dòng)能時(shí),必然會(huì)產(chǎn)生誤差,為了修正這個(gè)誤差,引入動(dòng)能修正系數(shù)實(shí)際液體的伯努利方程：當(dāng)紊流時(shí),取層流時(shí),取伯努利方程揭示了液體流動(dòng)過(guò)程中的能量變化規(guī)律,它是流體力學(xué)中的一個(gè)特別重要的基本方程.應(yīng)用伯努利方程必須注意;截面1、2需順流向選取(否則為負(fù)值),且應(yīng)選在緩慢的通流截面上.2)截面中心在基準(zhǔn)面以上時(shí),z取正值;反之,取負(fù)值.通常選取特殊位置的水平面作為基準(zhǔn)面.例液壓泵裝置如圖,油箱和大氣相通.試分析吸油高度h對(duì)泵工作性能的影響.以油箱液面為基準(zhǔn)面對(duì)油箱液面1---1和泵進(jìn)口處截面2---2列伯努利方程式中得泵進(jìn)口處的真空度為三部分1把油液提升到一定高度所需壓力

2產(chǎn)生一定流速所需壓力

3吸油管內(nèi)壓力損失1)當(dāng)泵安裝于液面之上時(shí),h>0則泵進(jìn)口處的絕對(duì)壓力小于大氣壓力,形成真空油靠大氣壓力壓入泵內(nèi).2)當(dāng)泵安裝于液面以下時(shí),h<0

在一般情況下,為便于安裝維修,泵應(yīng)安裝在油箱液面以上,依靠進(jìn)口處形成的真空度來(lái)吸油.但真空度不能太大.當(dāng)?shù)慕^對(duì)壓力小于油液的空氣分離壓時(shí),油中的氣體就要析出;當(dāng)?shù)慕^對(duì)壓力小于油液的飽和蒸汽壓時(shí),油就會(huì)氣化.

油液的連續(xù)性就要受到破壞,并產(chǎn)生噪聲和振動(dòng),影響泵的正常工作.

為使真空度不致過(guò)大,需要限制泵的安裝高度.

動(dòng)量方程動(dòng)量方程是動(dòng)量定理在流體力學(xué)中的具體應(yīng)用.

液體作用在固體壁面上的力,用動(dòng)量定理來(lái)求解比較方便.

作用在物體上合外力的大小等于物體在力作用方向上的動(dòng)量的變化率。

將動(dòng)量定理應(yīng)用于流體時(shí)，須從流管中任意取出一個(gè)由通流截面

A---A和B---B圍起來(lái)的控制體積，A---A截面和B---B截面稱為控制表面。

流體力學(xué)中的動(dòng)量定理：用平均流速v代替實(shí)際流速u，其誤差用動(dòng)量修正系數(shù)予以修正。

等式右邊第一項(xiàng)是使控制體積內(nèi)的液體動(dòng)量發(fā)生變化所需的力，稱為瞬態(tài)力。

等式右邊第二項(xiàng)表示液體流出控制表面和流入控制表面時(shí)的動(dòng)量變化率，稱為穩(wěn)態(tài)力。

液體作用在固體壁面的作用力與作用在液體上的力大小相等，方向相反，對(duì)應(yīng)的分別稱為瞬態(tài)液動(dòng)力和穩(wěn)態(tài)液動(dòng)力。必須注意，方程為矢量方程。定常流動(dòng)時(shí)只有穩(wěn)態(tài)液動(dòng)力，動(dòng)量方程為：動(dòng)量方程解題步驟：①選擇控制體積；②標(biāo)出控制體積內(nèi)液體所受的外力；③建立直角坐標(biāo)系；④列出動(dòng)量方程投影形式；⑤代入數(shù)據(jù)計(jì)算結(jié)果。

例：計(jì)算叉管所受液體作用力

叉管對(duì)液體的作用力用Rx和Ry表示，則：液體給叉管作用力

4液壓傳動(dòng)工作介質(zhì)123液體靜力學(xué)流體動(dòng)力學(xué)44流態(tài)以及壓力損失的計(jì)算流態(tài)以及壓力損失的計(jì)算45孔口和縫隙流動(dòng)液壓傳動(dòng)流體力學(xué)基礎(chǔ)第四節(jié)流態(tài)以及壓力損失的計(jì)算一.流態(tài)，雷諾數(shù)流體在流動(dòng)時(shí)有兩種狀態(tài)，層流和穩(wěn)流。英國(guó)學(xué)者雷諾采用圖示的實(shí)驗(yàn)裝置來(lái)研究液體在圓管中的流動(dòng)，并于1883年發(fā)表了兩種流動(dòng)狀態(tài)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)2以調(diào)節(jié)管1中流速（1）管1中流速較小。紅色水在管1中呈一條明顯的直線。表明管中的水流是分層的，層與層之間互不干擾。液流的這種流動(dòng)狀態(tài)稱為層流。（2）管1中流速增大紅線開(kāi)始抖動(dòng)而呈波紋狀。表明層流狀態(tài)受到破壞，液流開(kāi)始紊亂。（3）管1中流速進(jìn)一步增大紅線完全消失，紅色水和清水完全混合。表明管中液流完全紊亂，這時(shí)的流動(dòng)狀態(tài)稱為紊流。

實(shí)驗(yàn)證明，液體在圓管中的流動(dòng)狀態(tài)不僅與管內(nèi)的平均流速v有關(guān)，還和管道內(nèi)徑d、液體的運(yùn)動(dòng)粘度有關(guān)。實(shí)際上，判定液流狀態(tài)的是上述三個(gè)參數(shù)所組成的一個(gè)稱為雷諾數(shù)的無(wú)量綱數(shù)，即

液流由層流轉(zhuǎn)變?yōu)槲闪鲿r(shí)的雷諾數(shù)和由紊流轉(zhuǎn)變?yōu)閷恿鲿r(shí)的雷諾數(shù)是不同的，后者的數(shù)值小，所以一般都用后者作為判斷液流狀態(tài)的依據(jù)，稱為臨界雷諾數(shù)，記作（表1－8P30）。當(dāng)液流的實(shí)際雷諾數(shù)小于臨界雷諾數(shù)時(shí)，為層流；反之，為紊流。面積相等但形狀不同的通流截面，其水力直徑是不同的。由計(jì)算可知，圓形最大，同心環(huán)狀的最小。二、壓力損失

實(shí)際液體具有粘性，所以流動(dòng)時(shí)粘性阻力要損耗一定能量，這種能量損耗表示為壓力損失，就是實(shí)際液體伯努利方程中的項(xiàng)。

損耗的能量轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃?，使液壓系統(tǒng)溫度升高，甚至性能變差。因此，在設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)考慮盡量減少壓力損失。壓力損失沿程壓力損失：液體在等直管內(nèi)流動(dòng)時(shí)因摩擦而產(chǎn)生的壓力損失。局部壓力損失：液體流經(jīng)管道的彎頭、接頭、閥口以及突然變化的截面等處，因流速或流向發(fā)生急劇變化而在局部區(qū)域產(chǎn)生流動(dòng)阻力所造成的壓力損失。（一）沿程壓力損失1、圓管層流流量P311--392、通流截面上的流速分布規(guī)律管內(nèi)流速隨半徑r按拋物線規(guī)律分布最小流速在管壁處，最大流速在管軸處，3、管道內(nèi)的平均流速4、沿程壓力損失由圓管層流公式可求得即為沿程壓力損失考慮到實(shí)際圓管截面可能有變形，以及靠近管壁處的液層可能冷卻，因而，在實(shí)際計(jì)算時(shí)，對(duì)金屬管取橡膠管

紊流狀態(tài)下液體流動(dòng)的壓力損失仍用上式計(jì)算，但式中的值不僅與雷諾數(shù)Re有關(guān)，而且與管壁表面粗糙度有關(guān)。

P32表1—9圓管紊流時(shí)的值（二）局部壓力損失（三）管路系統(tǒng)中的總壓力損失減小減小流速，縮短管道長(zhǎng)度減少管道截面的突變，提高管道內(nèi)壁的加工質(zhì)量

以流速的影響為最大，故流體在管路系統(tǒng)中的流速不應(yīng)過(guò)高。4液壓傳動(dòng)工作介質(zhì)123液體靜力學(xué)流體動(dòng)力學(xué)44流態(tài)以及壓力損失的計(jì)算45孔口和縫隙流動(dòng)液壓傳動(dòng)流體力學(xué)基礎(chǔ)孔口和縫隙流動(dòng)一、液體在小孔中的流動(dòng)三種類型孔（按長(zhǎng)細(xì)比劃分）：當(dāng)小孔的通流長(zhǎng)度與孔徑之比小于等于0.5時(shí)稱為薄壁孔；當(dāng)小孔的通流長(zhǎng)度與孔徑之比大于4時(shí)稱為細(xì)長(zhǎng)孔；介于薄壁孔和細(xì)長(zhǎng)孔之間的叫中短孔。

1、薄壁孔的壓差－流量特性薄壁孔的壓差－流量特性是指通過(guò)小孔的流量和小孔前后壓力差之間的關(guān)系，也叫薄壁小孔的液阻特性。第五節(jié)孔口和縫隙流動(dòng)2.收縮截面的面積和小孔的面積之比稱為收縮系數(shù)，這一過(guò)程造成能量損失。完全收縮不完全收縮薄壁孔通常做成刃口形式第五節(jié)孔口和縫隙流動(dòng)1、薄壁孔的壓差－流量特性取稱為為速度系數(shù)。

通過(guò)小孔的流量：

稱為為流量系數(shù)

第五節(jié)孔口和縫隙流動(dòng)二、液體在縫隙中的流動(dòng)

4、小孔通用壓差--流量特性

綜合薄壁孔和細(xì)長(zhǎng)孔的壓差--流量特性，可以寫(xiě)成通用公式：

3、中短孔（短管型孔）流經(jīng)短管型孔的流量公式與薄臂孔的流量公式相同，只是公式中的流量系數(shù)不同。當(dāng)Re＞105時(shí)：第五節(jié)孔口和縫隙流動(dòng)2、細(xì)長(zhǎng)小孔當(dāng)孔的長(zhǎng)度和直徑之比時(shí)，稱為細(xì)長(zhǎng)孔。流經(jīng)細(xì)長(zhǎng)孔的液流一般都是層流，用前面公式（一）平行平板間隙流

１、平行平板間隙壓差流

壓差流就是在壓力差的作用下液體流過(guò)間隙。單元體的受力平衡方程

第五節(jié)孔口和縫隙流動(dòng)兩次積分后得到：

泄漏流量影響最大的因素是縫隙的高度，因此，在保證要求的最小間隙情況下，間隙越小越好，這就對(duì)零件的尺寸精度提出了比較高的要求。

第五節(jié)孔口和縫隙流動(dòng)

dp/dx=－Δp/l

2平行平板間隙剪切流

剪切流就是在構(gòu)成間隙的兩個(gè)面之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)作用下的流動(dòng)。設(shè)兩平行平板間隙的壓差為零，其中的一個(gè)平板固定，另一個(gè)平板以速度U運(yùn)動(dòng)，并且無(wú)壓差,即

代入邊界條件（y=0，u=0；y=h，u=U，）

當(dāng)有壓差和剪切聯(lián)合作用時(shí)（此種情況稱為聯(lián)合運(yùn)動(dòng)），將兩種情況的流量進(jìn)行疊加：第五節(jié)孔口和縫隙流動(dòng)（二）環(huán)形縫隙

1、同心環(huán)形縫隙的壓差流

同心環(huán)形縫隙可近似看作平行平板間隙流動(dòng)第五節(jié)孔口和縫隙流動(dòng)2、偏心環(huán)形縫隙的壓差流

當(dāng)ε=1時(shí)完全偏心，完全偏心時(shí)流量為同心時(shí)2.5倍。h為同心時(shí)半徑方向的縫隙值第五節(jié)孔口和縫隙流動(dòng)第五節(jié)孔口和縫隙流動(dòng)一、孔口液流特性

1、薄壁小孔

小孔的長(zhǎng)度和直徑之比的孔稱之為薄壁小孔通過(guò)薄壁小孔的流量公式為

通過(guò)薄壁小孔的流量與油液的粘度無(wú)關(guān)，因此，流量受油溫變化的影響較小。薄壁孔口加工困難，因此實(shí)際應(yīng)用較多的是短孔。2、細(xì)長(zhǎng)小孔當(dāng)孔的長(zhǎng)度和直徑之比時(shí)，稱為細(xì)長(zhǎng)孔。流經(jīng)細(xì)長(zhǎng)孔的液流一般都是層流，用前面公式

流經(jīng)細(xì)長(zhǎng)孔的流量與動(dòng)力粘度有關(guān)，因此，流量受油溫變化的影響較大。通用公式A－－孔口截面面積－－孔口前后的壓力差m－－節(jié)流指數(shù)薄壁孔m=0.5,細(xì)長(zhǎng)孔m=1K－－孔口的形狀系數(shù)薄壁孔細(xì)長(zhǎng)孔二、縫隙液流特性（一）平行平板縫隙平板長(zhǎng)為L(zhǎng)，寬為b，兩平行平板間的間隙為h

且L>>h，b>>h1、壓差流動(dòng)在壓差作用下通過(guò)固定平行平板縫隙的流動(dòng)2、剪切流動(dòng)

當(dāng)平行平板作相對(duì)運(yùn)動(dòng)，即使壓差，由于液體粘性的作用，液體也會(huì)被平板帶著產(chǎn)生流動(dòng)。兩平板相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度v中間各層的流速呈線性分布，平均流速為v/23、在壓差和剪切聯(lián)合作用下的流量當(dāng)動(dòng)板的運(yùn)動(dòng)方向和壓差方向一致時(shí)取“＋”號(hào)當(dāng)動(dòng)板的運(yùn)動(dòng)方向和壓差方向反之時(shí)取“－”號(hào)（二）環(huán)形縫隙

1、同心環(huán)形縫隙2、偏心環(huán)形縫隙內(nèi)外圓柱表面的半徑