1、第第2章章 流體力學基礎流體力學基礎液體動力學2.2液體流動時的壓力損失2.3小孔和縫隙流量2.4液體靜力學2.1液壓沖擊和氣穴現象2.5 液體靜力學液體靜力學所研究的是靜止液體的力學性質。所研究的是靜止液體的力學性質。2.1 液體靜力學基礎液體靜力學基礎所謂所謂“靜止靜止”，是指液體內部質點之間沒有相，是指液體內部質點之間沒有相對運動，以至于液體整體完全可以像對運動，以至于液體整體完全可以像剛體剛體一樣一樣做各種運動。做各種運動。2.1 液體靜力學 2.1.1 液體的壓力液體的壓力 （壓強壓強） 液體單位面積上所受的法向作用力稱為壓力液體單位面積上所受的法向作用力稱為壓力。液體的壓力有如下特

2、性：液體的壓力有如下特性： （1）液體的壓力沿著內法線方向作用于承壓面；液體的壓力沿著內法線方向作用于承壓面； （2）靜止液體內任一點的壓力在各個方向上都相等。靜止液體內任一點的壓力在各個方向上都相等。 即：靜止液體總是處于受壓狀態，并且內部任何質即：靜止液體總是處于受壓狀態，并且內部任何質點都是受平衡壓力作用。點都是受平衡壓力作用。AFp返回2.1.2 液體靜力學基本方程液體靜力學基本方程 （1）靜止液體內任一點處的壓力都由兩部）靜止液體內任一點處的壓力都由兩部分組成：分組成：液面上的壓力和該點以上液體自重所液面上的壓力和該點以上液體自重所形成的壓力形成的壓力； （2）靜止液體內的壓力隨液體

3、深度呈線性靜止液體內的壓力隨液體深度呈線性規律分布；規律分布； （3）離液面深度相同的各點組成了等壓面，離液面深度相同的各點組成了等壓面，此等壓面為一水平面此等壓面為一水平面 。 ghpp0返回 對于連通器中僅受重力作用的平衡液體，對于連通器中僅受重力作用的平衡液體，其其等壓面具有以下特性等壓面具有以下特性：（1）在連通器的同一液體中，任一水平面皆為在連通器的同一液體中，任一水平面皆為等壓面等壓面。（2）在連通器的兩種不相混的液體中，通過兩在連通器的兩種不相混的液體中，通過兩種液體分界面的水平面是等壓面種液體分界面的水平面是等壓面。 返回2.1.3 靜壓力的傳遞靜壓力的傳遞 在密閉容器內，由外

4、力作用所產生的壓力將等值在密閉容器內，由外力作用所產生的壓力將等值地傳遞到液體各點地傳遞到液體各點。這就是帕斯卡原理，或稱靜壓傳。這就是帕斯卡原理，或稱靜壓傳遞原理。遞原理。 在液壓系統中，由外力產生的壓力通常比由液體在液壓系統中，由外力產生的壓力通常比由液體自重產生的壓力大得多，由液體重力引起的壓力可忽自重產生的壓力大得多，由液體重力引起的壓力可忽略不計，因此，可以認為略不計，因此，可以認為液壓系統中靜止液體內的壓液壓系統中靜止液體內的壓力到處相等。力到處相等。 液壓系統中液體內的壓力主要是由外界負載作用液壓系統中液體內的壓力主要是由外界負載作用而形成的，即而形成的，即液壓系統中的工作壓力決

5、定于負載，這液壓系統中的工作壓力決定于負載，這是液壓傳動中的一個重要的基本概念是液壓傳動中的一個重要的基本概念。 返回 2.1.4 壓力的測量壓力的測量 1.液體壓力的表示方法及單位 （1）用液體在單位面積上所受到的作用力的大小表示。法定計量單位為Pa、kPa、MPa。 （2）用大氣壓力表示。工程大氣壓（at）、標準大氣壓（atm）。 （3）用液柱高度表示，米水柱（mH2O）、毫米汞柱（mmHg）。 各種壓力單位的換算關系見表2-1。返回 2.壓力的測量 液壓系統中的壓力，絕大多數采用壓力計測量。在實際的壓力測試中，有兩種基準，一是以絕對真空為基準，另一是以大氣壓力為基準。 （1）絕對壓力。即

6、指以絕對真空為基準測得的壓力。 （2）相對壓力。即指以大氣壓力為基準測得的高出大氣壓力的那部分壓力。 （3）真空度。絕對壓力低于大氣壓力的數值稱為真空度。返回 （4）絕對壓力、相對壓力、真空度的關系如圖2-4所示。 它們的數值關系可用式（25）和（26）表示：返回 2.1.5 液體對固體壁面的作用力 1.當固體壁面為一平面時： 2. 當固體壁面為一曲面時： pAF xxpAF 返回2.2 液體動力學基礎液體動力學：液體動力學：研究液體運動和引起運動的 原因。即研究液體流動時速度速度和壓力壓力的變化規律。2.2 液體動力學基礎2.2.1 基本概念基本概念 1理想液體和實際液體 無黏性又不可壓縮的

7、假想液體無黏性又不可壓縮的假想液體稱為理想液體。 事實上存在的具有黏性和可壓縮存在的具有黏性和可壓縮的液體稱為實際液體。 返回2. 恒定流動和非恒定流動恒定流動和非恒定流動 液體流動時，若液體中任一點處的壓壓力、速度和密度力、速度和密度都不隨時間變化，則這種流動稱為恒定流動 。 液體流動時，若液體中任一點處的壓壓力、速度和密度力、速度和密度有一個隨時間變化，則這種流動稱為非恒定流動 。過流斷面過流斷面垂直于液體流動方向的截面稱為過流斷面。單位時間內流過過流斷面的液體體積稱為流量。 為使計算和分析簡便，可假想假想的認為液流通過過流斷面的流速分布是均勻的。流量流量平均流速平均流速返回 2.2.2

8、2.2.2 液體流動的連續性方程液體流動的連續性方程 連續性方程是連續性方程是質量守恒質量守恒定律在流體力學中的一種定律在流體力學中的一種表達形式。表達形式。 在單位時間內流過兩個斷面的液體質量相等，即在單位時間內流過兩個斷面的液體質量相等，即 當忽略液體的可壓縮性時，得當忽略液體的可壓縮性時，得 它說明它說明液體在管道中流動時，流過各個斷面的流液體在管道中流動時，流過各個斷面的流量是相等的，流速和過流斷面積成反比量是相等的，流速和過流斷面積成反比。 222111AA2211AA返回 2.2.3伯努利方程 1.理想液體的伯努利方程 返回2222121122gqhqqpgqhqqp或： 2.實際

9、液體的伯努利方程 常數2222121122hggphggpw222221211122hhggphggpPwghpghp22222211112121返回2222121122ghpghp2.3 液體流動時的壓力損失 2.3.1液體的流態和雷諾數 雷諾實驗:如圖2-12（a）所示。 1溢流管 2進水管 3水杯 4開關 5細導管 6水箱 7玻璃管 8閥門返回返回 液體在管中的流動狀態用雷諾數描述，即： 1.如果液流的雷諾數相同，則它的流動狀態也相同 2.實驗證明：流體從層流變為紊流時的雷諾數大于由紊流變為層流時的雷諾數，前者稱上臨界雷諾數，后者稱下臨界雷諾數。 工程中是以下臨界雷諾數作為液流狀態判斷依

10、據，簡稱臨界雷諾數。 若 液流為層流； 液流為紊流。常見管道的液流的臨界雷諾數，見表2-2。vdHReReRecRccRe返回2.3.2 沿程壓力損失 液體在等徑直管中等徑直管中流動時因黏性摩擦而產生的壓力損失，稱為沿程壓力損失 。 式中 為沿程阻力系數，既可用于層流也可用于紊流，只是選取的數值不同。 紊流時， 除與雷諾數有關外，還與管壁的表面粗糙度有關。圓管紊流時的 值見表2-3。 在計算沿程壓力損失時，先判斷流態，取正確的沿程阻力系數值，后按式（2-20）進行計算。 22dlp返回2.3.3 局部壓力損失 液體流經如閥口、彎管、突變截面等局部阻力處所引起的壓力損失,稱為局部壓力損失。 式中

11、， 局部阻力系數。各種局部裝置結構的值可查有關手冊。 閥類元件局部壓力損失用下面公式計算較方便 ： 22 p2vnvv)(qqppn返回2.3.4 管路系統的總壓力損失 系統的總壓力損失應為所有沿程壓力損失和所有局部壓力損失之和，即 為減少液壓系統的壓力損失，常采取以下措施： （1）將油液的流速限制在適當的范圍內。 （2）使管道內壁應光滑。 （3）選擇適當的油液黏度。 （4）盡量縮短管道長度，減少管道彎曲和突變。2vnvn22v)(22qqpdlpppp返回2.4 小孔和縫隙流量 2.4.1 小孔流量 小孔的分類：薄壁孔；細長孔；短孔。 1薄壁孔流量 2短孔的流量 同上式，但流量系數不同一般為

12、 =0.82。 3細長孔的流量 通用公式 ： pACq2TqqC)128/(4lpdqpKAqT返回2.4.2 縫隙流量 縫隙流動有兩種狀況：一種壓差流動；另一種是剪切流動。兩種流動常同時存在。 1.平行平板縫隙的流量 2.圓環縫隙的流量 2.4.3 小孔和縫隙的利用 雖然液體流經小孔和縫隙時會產生壓力損失和泄漏，但可以利用小孔的流量來調速，利用縫隙產生壓力降來控制系統的壓力。 buplbq212032)5 . 11 (12023udlpdq返回2.5 液壓沖擊和氣穴現象 2.5.1液壓沖擊 1.產生液壓沖擊的原因 2.減少液壓沖擊的措施 2.5.2 氣穴現象 1.油液的空氣分離壓和飽和蒸汽壓 2.氣穴現象的危害 3.減少氣穴和氣蝕現象的措施 返回小 結 本章主要介紹了：液體靜力學基礎、液體動力學基礎、液體流動時的壓力損失、孔口和縫隙流量、液壓沖擊和氣穴現象等液壓傳動基礎知識。 通過學習，應重點掌握液壓傳動的兩個重要特性；靜力學基本方程；液體動力學的兩個基本方程；液體流動時的兩種壓力損失；小孔流量計算的通用公式。 在學習本章內容時，要注意以下幾個問題： （1）液體的壓力在物理學中稱為壓強，但在液壓傳動中習慣稱為壓力，要與液體對固體壁面的總作用力區別開來。返回 （2）在