第三章流体力学.ppt

School of Mechanical Engineering北华大学机械工程学院第三章第三章 流体力学流体力学液压传动液压传动第三章第三章 液压流体力学基础液压流体力学基础•第一节 液体静力学 讨论液体的平衡规律以及规律的应用一、压力及其性质 液体上的力 质量力（重力、惯性力）—液体的所有质点 表面力（法向力、切向力等）—作用于液体的表面 重要性质：静止液体各向压力相等School of Mechanical Engineering北华大学机械工程学院第三章第三章 流体力学流体力学液压传动液压传动1、静压力基本方程静压力是指液体处于静止状态时，其 单位面积上所收的法向作用力液压传动 中称为压力，而在物理学中则称为压强 可表示为： P=F/A二、重力作用下静止液体压力分布压力单位为牛顿/米2(N/m2)，帕斯卡，简称帕(Pa)School of Mechanical Engineering北华大学机械工程学院第三章第三章 流体力学流体力学液压传动液压传动如图所示，液面压力为P0，求A点压力：取小液柱底面A，高为h平衡状态时力平衡方程为P=p0+ρgh=p0+γh ρ——液体的密度γ——液体的重度School of Mechanical Engineering北华大学机械工程学院第三章第三章 流体力学流体力学液压传动液压传动1）静压力的沿着作用面的法线方向。

——因液体不能承受拉力和剪切力2)压力随深度呈梯度变化3)静止液体中同一深度任何一点所受到各个 方向压力都相等——有一向压力不等，液体就会流动•静压力分布特性School of Mechanical Engineering北华大学机械工程学院第三章第三章 流体力学流体力学液压传动液压传动如图所示，液面压力为p0选 择一基准水平面(OX)，距液面深度 为h处A点的压力p， 即 p=p0+ρgh=p0+ρg(z0-z) 整理得 P/ρg+z=p0/ρg+z0=常数式中z——A点单位重量液体的位能 又称为位置水头、静力头2、静压力基本方程式的物理意义Ø 结论：静止液体有压力能和位能，总和不变！——（能量守恒）School of Mechanical Engineering北华大学机械工程学院第三章第三章 流体力学流体力学液压传动液压传动●绝对压力：包含大气压力以绝对零压力作为基准所表示的压力，称为绝对压力 ●相对压力：又称表压力以当地大气压力为基准所表示的压力，称为相对压力 ●真空度：当绝对压力低于大气压力时，绝对压力不 足大气压力的那一部分值三、压力的表示方法School of Mechanical Engineering北华大学机械工程学院第三章第三章 流体力学流体力学液压传动液压传动绝对压力＝大气压力＋相对压力（表压力） 相对压力（表压力）＝绝对压力－大气压力 真空度＝大气压力－绝对压力pap>pap>h和l>>h。

若 缝隙两端存在压差压差Δp=p1-p2， 液体就会产生流动；即使没有 压差Δp的作用，如果两块平板 有相对运动，由于液体粘性液体粘性的 作用，液体也会被平板带着产 生流动图图1-341-34 平行平板缝隙间的液流School of Mechanical Engineering北华大学机械工程学院第三章第三章 流体力学流体力学液压传动液压传动分析液体在平行平板缝隙中最一般的流动情况最一般的流动情况，即既有压差的作既有压差的作 用，又受平板相对运动的作用用，又受平板相对运动的作用 取微元体微元体dxdy（宽度方向取单位长），作用在其左右两端面上的 压力压力为p和p+dp，微元体的受力平衡方程微元体的受力平衡方程为平行平板缝隙的流量平行平板缝隙的流量School of Mechanical Engineering北华大学机械工程学院第三章第三章 流体力学流体力学液压传动液压传动2、 环形缝隙环形缝隙液压和气动元件各零件间的配合间隙大多数为圆环形间隙大多数为圆环形间隙，如滑 阀与阀套之间、活塞与缸筒之间等等理想情况下为同心环形缝同心环形缝 隙隙；但实际上，一般多为偏心环形缝隙偏心环形缝隙。

1. 流经同心环形缝隙同心环形缝隙的流量 同心环形缝隙间的液流 a）缝隙较小 b）缝隙较大液体在同心环形缝隙同心环形缝隙间的流动 圆柱体直径为d，缝隙大小为 h，缝隙长度为l当缝隙h较小 时，可将环形缝隙沿圆周方向 展开，把它近似地看作是平行平行 平板缝隙间的流动平板缝隙间的流动 School of Mechanical Engineering北华大学机械工程学院第三章第三章 流体力学流体力学液压传动液压传动若圆柱体和内孔之间没有相对运动圆柱体和内孔之间没有相对运动，即u0=0，则此时的同心环形同心环形 缝隙流量公式缝隙流量公式为当缝隙较大时必须精确计算其流量公式流量公式为School of Mechanical Engineering北华大学机械工程学院第三章第三章 流体力学流体力学液压传动液压传动2. 流经偏心环形缝隙偏心环形缝隙的流量设内外圆间的偏心量为e，在任意角度θ 处的缝隙为h因缝隙很 小，r1≈r2≈r可把微元圆弧db所对应的环形缝隙间的流动近似地看 作是平行平板缝隙平行平板缝隙间的流动得偏心环形 缝隙间的液流偏心环形缝隙的偏心环形缝隙的流量公式流量公式当内外圆之间没有轴向相对移动内外圆之间没有轴向相对移动，即u0=0时School of Mechanical Engineering北华大学机械工程学院第三章第三章 流体力学流体力学液压传动液压传动3. 流经圆环平面缝隙圆环平面缝隙的流量图图1-371-37所示为液体在圆环平面缝隙圆环平面缝隙间的流动。

这里，圆环与平面 之间无相对运动，液体自圆环中心向外辐射流出设圆环的大、 小半径为r2和r1，它与平面间的缝隙值为h，则由式（1-110），并 令u0=0，可得在半径为r、离下平面z处的径向速度径向速度为流过的流量为即图图1-371-37 圆环平面缝隙间的液流School of Mechanical Engineering北华大学机械工程学院第三章第三章 流体力学流体力学液压传动液压传动对上式积分，有当r=r2时，p=p2，求出C，代入上式得又当r=r1时，p=p1，所以圆环平面缝隙的流量公式圆环平面缝隙的流量公式为（（1-1191-119））School of Mechanical Engineering北华大学机械工程学院第三章第三章 流体力学流体力学液压传动液压传动第五节 气穴现象气穴现象气穴现象气穴现象：在液压系统中，当流动液体某处的压力低于空气分离 压时，原先溶解在液体中的空气就会游离出来，使液体中产生大 量气泡 气穴现象气穴现象使液压装置产生噪声和振动，使金属表面受到腐蚀 1. 空气分离压和饱和蒸气压 液体的含气量液体的含气量：液体中所含空气体积的百分数 空气可溶解在液体中，也可以气泡的形式混合在液体之中。

空气空气 在液体中的溶解度与液体的绝对压力成正比在液体中的溶解度与液体的绝对压力成正比School of Mechanical Engineering北华大学机械工程学院第三章第三章 流体力学流体力学液压传动液压传动气体溶解度以及从油液中放出的气体体积与压力间的关系 a）溶解度压力间的关系 b）油液中放出气体体积与压力间的关系常温常压下石油基液压油的空气溶解度空气溶解度约等于（6~12）%溶解在液体中 的空气对液体 的体积模量体积模量没 有影响，但当 液体的压力降 低时，这些气 体就会从液体 中分离出来School of Mechanical Engineering北华大学机械工程学院第三章第三章 流体力学流体力学液压传动液压传动在一定温度下，当液体压力低于某值时，溶解在液体中的空气将 会突然地迅速从液体中分离出来，产生大量气泡，这个压力称为 液体在该温度下的空气分离压空气分离压 有气泡的液体其体积模量将明显减小气泡越多，液体的体积模 量越小当液体在某一温度下其压力继续下降而低于一定数值时，液体本 身便迅速汽化，产生大量蒸气，这时的压力称为液体在该温度下 的饱和蒸气压饱和蒸气压。

一般说来，液体的饱和蒸气压比空气分离压要小得多 School of Mechanical Engineering北华大学机械工程学院第三章第三章 流体力学流体力学液压传动液压传动几种液体的饱和蒸气压饱和蒸气压与温度温度的关系如图图所示饱和蒸气压与温度的关系 ①油-水乳化液 ②水-乙二醇液 ③氯化烃液 ④合成液 ⑤石油基油液 ⑥硅酸酯液 ⑦磷酸酯液 ⑧硅酮液School of Mechanical Engineering北华大学机械工程学院第三章第三章 流体力学流体力学液压传动液压传动2. 节流孔口的气穴气穴的产生气穴的产生：当液体流到图图示的 节流口的喉部位置时，由于流速 很高，根据能量方程，该处的压 力会很低如那里的压力低于液 体工作温度下的空气分离压，就 会出现气穴现象出现气穴现象同样，在液压 泵的自吸过程中，如果泵的吸油 管太细、阻力太大，滤网堵塞， 或泵安装位置过高、转速过快等 ，也会使其吸油腔的压力低于工 作温度下的空气分离压，从而产产 生气穴生气穴 节流口的气穴现象School of Mechanical Engineering北华大学机械工程学院第三章第三章 流体力学流体力学液压传动液压传动当液压系统出现气穴现象时，大量的气泡使液流的流动特性变坏 ，造成流量不稳，噪声骤增。

特别是当带有气泡的液流进入下游 高压区时，气泡受到周围高压的压缩，迅速破灭，使局部产生非 常高的温度温度和冲击压力冲击压力这样的局部高温和冲击压力，一方面一方面使 金属表面疲劳，另一方面另一方面又使工作介质变质，对金属产生化学腐 蚀作用，从而使液压元件表面受到侵蚀、剥落，甚至出现海绵状 的小洞穴 因气穴而对金属表面产生腐蚀的现象称为气蚀气蚀 气蚀气蚀会严重损伤元件表面质量，大大缩短其使用寿命，因而必须 加以防范 School of Mechanical Engineering北华大学机械工程学院第三章第三章 流体力学流体力学液压传动液压传动3. 减小气穴的措施 在液压系统中，哪里压力低于空气分离压，那里就会产生气穴现气穴现 象象为了防止气穴现象的发生，最根本的一条是避免液压系统中避免液压系统中 的压力过分降低的压力过分降低具体措施有：1 1））减小阀孔口前后的压差，一般希望其压力比p1/p2＜3.52 2））正确设计和使用液压泵站3 3））液压系统各元部件的连接处要密封可靠，严防空气侵入4 4））采用抗腐蚀能力强的金属材料，提高零件的机械强度，减小零件表面粗糙度值School of Mechanical Engineering北华大学机械工程学院第三章第三章 流体力学流体力学液压传动液压传动第六节 液压冲击液压冲击在液压系统中，当突然关闭或开启液流通道时，在通 道内液体压力发生急剧交替升降的波动过程称为液压液压 冲击冲击。

出现液压冲击时，液体中的瞬时峰值压力往往比正常 工作压力高好几倍. 危害:损坏密封装置、管道和液压元件，引起振动和噪 声；有时使某些压力控制的液压元件产生误动作，造 成事故School of Mechanical Engineering北华大学机械工程学院第三章第三章 流体力学流体力学液压传动液压传动1. 管内液流速度突变引起的液压冲击有一液位恒定液位恒定并能保持液面压力保持液面压力 不变不变的容器容器底部连一管道 ，输出端装有阀门管道内的液 体经阀门B出流若将阀门突然关 闭，则紧靠阀门的这部分液体立 刻停止运动，液体的动能瞬时转 变为压力能，产生冲击压力，接 着后面的液体依次停止运动，依 次将动能转变为压力能，在管道 内形成压力冲击波，并以速度c由 B向A传播。