1、第三章 液壓流體力學(xué)基礎(chǔ) 習(xí)慣上把液體在單位面積上所受的內(nèi)法線方向的法向應(yīng)力稱為壓力，例如當(dāng)A面積上作用有法向力F時(shí)，液體內(nèi)某點(diǎn)處的壓力即定義為第一節(jié) 液體靜力學(xué)一、壓力及其性質(zhì)0limAFpA 液體的壓力有如下重要性質(zhì)：靜止液體內(nèi)任意點(diǎn)處的壓力在各個(gè)方向上都相等。二、重力作用下靜止液體中的壓力分布（一靜壓力基本方程0ppgh液體靜壓力分布有如下特征：靜止液體內(nèi)任一點(diǎn)的壓力由兩部分組成。靜止液體內(nèi)的壓力隨液體深度呈線性規(guī)律遞增。同一液體中，離液面深度相等的各點(diǎn)壓力相等。（二靜壓力基本方程的物理意義 靜壓力基本方程的物理意義是：靜止液體內(nèi)任何一點(diǎn)具有壓力能和位能兩種能量形式，且其總和保持不變，即

2、能量守恒。但是兩種能量形式之間可以相互轉(zhuǎn)換。 根據(jù)度量基準(zhǔn)的不同，壓力有兩種表示方法：以絕對(duì)零壓力作為基準(zhǔn)所表示的壓力，稱為絕對(duì)壓力；以當(dāng)?shù)卮髿鈮毫?基準(zhǔn)所表示的壓力， 稱為相對(duì)壓力。絕對(duì)壓 力與相對(duì)壓力之間的關(guān) 系如圖3-3所示。三、壓力的表示方法及單位 在密閉容器內(nèi)，施加于靜止液體上的壓力將以等值傳遞到液體中所有各點(diǎn)。這就是帕斯卡原理，或稱靜壓傳遞原理。帕斯卡原理是液壓傳動(dòng)的一個(gè)基本原理。四、帕斯卡原理第二節(jié) 液體動(dòng)力學(xué)一、基本概念（一理想液體、恒定流動(dòng)和一維流動(dòng)（二流線、流管和流束（三通流截面、流量和平均流速（四流動(dòng)液體的壓力 設(shè)在流動(dòng)的液體中取一控制體V見圖3-10），它內(nèi)部液體的質(zhì)

3、量為m，單位時(shí)間內(nèi)流入、流出的質(zhì)量流量為qm1、qm2，根據(jù)質(zhì)量守恒定律，qm1- qm2 應(yīng)等于該時(shí)間內(nèi)控制體V中液體質(zhì)量的變化率dm/dt。由于qm1=1q1、 qm2 =2q2、m=V，因而二、連續(xù)方程F這就是流體流過具有固定邊界控制體時(shí)通用的連續(xù)方程。三、能量方程（一理想液體的運(yùn)動(dòng)微分方程（二理想液體的能量方程（三實(shí)際液體的能量方程 動(dòng)量方程是動(dòng)量定理在流體力學(xué)中的具體應(yīng)用。動(dòng)量定理指出：作用在物體上的合外力的大小等于物體在力作用方向上的動(dòng)量變化率，即四、動(dòng)量方程()dId mvFdtdt將動(dòng)量定理應(yīng)用于液體時(shí)，須在任意時(shí)刻t時(shí)從流管中取出一個(gè)由通流截面A1和A2圍起來的液體控制體，如

4、圖3-16所示。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)，還和管徑d、液體的運(yùn)動(dòng)粘度有關(guān)。而用來判別液流狀態(tài)的是由這三個(gè)參數(shù)所組成的一個(gè)稱為雷諾數(shù)Re的無量綱數(shù)第三節(jié) 管道中液流的特性一、流態(tài)與雷諾數(shù)（一層流和湍流（二雷諾數(shù)vdRe 液體在圓管中的層流流動(dòng)是液壓傳動(dòng)中的最常見現(xiàn)象，在設(shè)計(jì)和使用液壓系統(tǒng)時(shí)，就希望管道中的液流保持這種狀態(tài)。 圖3-18所示為液體在等徑水平圓管中作恒定層流時(shí)的情況。二、圓管層流F湍流時(shí)流速變化情況如圖3-19所示。三、圓管湍流F對(duì)于充分的湍流流動(dòng)，其流通截面上的流速分布圖形如圖3-20所示。（一沿程壓力損失四、壓力損失(二)局部壓力損失（三波紋管中

5、的壓力損失（四液壓系統(tǒng)管路的總壓力損失薄壁小孔是指小孔的長度和直徑之比l/d0.5的孔，一般孔口邊緣做成刃口形式，如圖3-25所示。第四節(jié) 孔口和縫隙液流一、薄壁小孔F當(dāng)孔的長度和直徑之比0.5l/d4時(shí)，稱為短孔，短孔加工比薄壁小孔容易，因此特別適合于作固定節(jié)流器使用。二、短孔和細(xì)長孔F當(dāng)孔的長度和直徑之比l/d4時(shí)，稱為細(xì)長孔。三、縫隙液流（一平行平板縫隙 圖3-31所示為在兩塊平行平板所形成的縫隙間充滿了液體，縫隙高度為h，縫隙寬度和長度為b和l，且一般恒有bh和lh。（二環(huán)形縫隙1.流經(jīng)同心環(huán)形縫隙的流量2.流經(jīng)偏心環(huán)形縫隙的流量（三圓環(huán)平面縫隙圖3-34所示為液體在圓環(huán)平面縫隙間的流

6、動(dòng)。 液體不可避免地會(huì)含有一定量的空氣。液體中所含空氣體積的分?jǐn)?shù)稱為它的含氣量。空氣可溶解在液體中，也可以氣泡的形式混合在液體之中。第五節(jié) 氣 穴 現(xiàn) 象一、空氣分離壓和飽和蒸氣壓 石油基液壓油在靜止?fàn)顟B(tài)下空氣的溶解度與時(shí)間的關(guān)系如圖3-37所示，它反映了溶解速度。 當(dāng)液體在某一溫度下其壓力繼續(xù)下降而低于一定數(shù)值時(shí)，液體本身便迅速汽化，產(chǎn)生大量蒸氣，這時(shí)的壓力稱為液體在該溫度下的飽和蒸氣壓。 一般說來，液體的飽和蒸氣壓比空氣分離壓要小得多。幾種液壓液的飽和蒸氣壓與溫度的關(guān)系如圖3-38所示。當(dāng)液流流到圖3-39所示的節(jié)流口的喉部位置時(shí)，根據(jù)能量方程，該處的壓力要降低。二、節(jié)流口處的氣穴現(xiàn)象如該

7、處壓力低于液壓液工作溫度下的空氣分離壓，溶解在液壓液中的空氣將迅速地大量分離出來，變成氣泡，產(chǎn)生氣穴。具體措施有：F減小閥孔口前后的壓差，一般希望其壓力比p1/p23.5。F正確設(shè)計(jì)和使用液壓泵站。F液壓系統(tǒng)各元部件的連接處要密封可靠，嚴(yán)防空氣侵入。F采用抗腐蝕能力強(qiáng)的金屬材料，提高零件的機(jī)械強(qiáng)度，減小零件表面粗糙度值。三、減小氣穴現(xiàn)象的措施第六節(jié) 液 壓 沖 擊一、管內(nèi)液流速度突變引起的液壓沖擊F有一液位恒定并能保持液面壓力不變的容器如圖3-40所示。F 設(shè)運(yùn)動(dòng)部件在制動(dòng)時(shí)的減速時(shí)間為t，速度的減小值為v，則根據(jù)動(dòng)量定律可近似地求得左腔內(nèi)的沖擊壓力p，由于pA tm v二、運(yùn)動(dòng)部件制動(dòng)所產(chǎn)生的液壓沖擊m vpA tF故有三、減小液壓沖擊的措施適當(dāng)加大管徑，限制管道流速v。正確設(shè)計(jì)閥口或設(shè)置制動(dòng)裝置。延長閥門關(guān)閉和運(yùn)動(dòng)部件制動(dòng)換向的時(shí)間，可采