第1章液壓、氣壓傳動基礎理論1.1流體的概念流體{液體氣體具有與容器無關的體積體積隨壓力變化很小{{始終充滿容納它的容積體積受壓力影響很大形狀與容器形狀有關流體由質點組成、質點間無間隙

流體是由無數微小質點構成的易于流動的連續介質1.2.1密度、重度、比體積密度：單位體積流體所具有的質量，ρ重度：單位體積流體所具有的重量，γ均質流體均質流體重度與密度的關系1.2流體的物理性質第1章液壓、氣壓傳動基礎理論比體積：密度的倒數單位{密度重度比體積第1章液壓、氣壓傳動基礎理論1.2.1密度、重度、比體積礦物油空氣（密度、重度與溫度、壓力有關）

基準狀態下干空氣第1章液壓、氣壓傳動基礎理論1.2.1密度、重度、比體積1.2.2

壓縮性和熱膨脹性流體的體積將隨壓力的增高而減小體積壓縮系數：單位壓力變化下的體積變化率體積彈性模量1.壓縮性壓力增加，體積減小，加一負號使κ和β為正。第1章液壓、氣壓傳動基礎理論第1章液壓、氣壓傳動基礎理論可壓縮性:動態表現明顯,靜態或穩態可不考慮溫度壓力對于氣體：對于液體：壓力變化可能伴隨溫度變化，故κ和β與變化過程有關。1.2.2

壓縮性和熱膨脹性第1章液壓、氣壓傳動基礎理論2.熱膨脹性流體體積隨溫度變化的性質熱膨脹系數：單位溫度變化下的體積變化率該式表示流體某恒定壓力下的熱膨脹系數。液壓油：取決于油液本身，與壓力、溫度無關氣體：熱膨脹系數較大。1.2.2

壓縮性和熱膨脹性1.2.3

粘性流體在外力作用下流動（或有流動趨勢）時，流體在發生相對運動時，分子間的內聚力將產生阻止相對運動的內摩檫力。

流體只有在流動(或有流動趨勢)時才會呈現出黏性

靜止流體不呈現黏性第1章液壓、氣壓傳動基礎理論1)

動力粘度μu0yuu+duyy+dyhu0z內摩擦力μ－在單位速度梯度下，單位面積上產生的內摩擦力國際單位－Pa·s原用單位－P(泊,dyn·s/cm)1Pa·s=10P=103cP(厘泊)第1章液壓、氣壓傳動基礎理論或1.2.3

粘性2)

運動粘度ν流體動力粘度與密度的比值國際單位－m2/s原用單位－St(cm2/s)1m2/s=104St=106cSt

我國機械油的牌號－以攝氏40度的運動粘度(cSt)的平均值來定義的第1章液壓、氣壓傳動基礎理論1.2.3

粘性3)

相對粘度(恩式粘度)式中：t1－200ml被測液體從恩氏粘度計流出時間

t2－200ml同溫度純水從恩氏粘度計流出時間一般有

恩氏粘度與運動粘度的換算關系第1章液壓、氣壓傳動基礎理論1.2.3

粘性4)

粘度受壓力和溫度的影響壓力粘度一般情況,影響小,忽略溫度粘度影響大第1章液壓、氣壓傳動基礎理論氣體：由分子間動量交換引起，液體：由分子間的引力（內聚力）引起氣體粘度與壓力無關溫度粘度1.2.3

粘性1.2.4液壓油液的特性和選擇第1章液壓、氣壓傳動基礎理論1）液壓油液的種類石油型機械油汽輪機油普通液壓油抗磨液壓油低溫液壓油液壓－導軌油高粘度指數液壓油其他專用液壓油難燃型乳化型水包油乳化液油包水乳化液合成型水－乙二醇液磷酸脂液其他2）對液壓油液的要求合適的粘度，良好的粘溫性ν=11.5~41.3cst

選擇油的最重要因素良好的潤滑性良好的防蝕性,防銹性和相容性良好的化學穩定性良好的抗泡性,抗乳化性第1章液壓、氣壓傳動基礎理論1.2.4液壓油液的特性和選擇3）液壓油液的選擇系統工作環境(地點、場合、工作對象)系統工作條件(系統壓力、液壓元件、溫度范圍)液壓油液的特性要求成本(價格、使用壽命、維護成本)參考液壓油液的產品性能說明書咨詢生產廠家第1章液壓、氣壓傳動基礎理論1.2.4液壓油液的特性和選擇4）液壓油液的使用控制系統工作溫度防止油液被污染定期抽檢、定期更換控制系統油液總量注意系統防水、防塵第1章液壓、氣壓傳動基礎理論1.2.4液壓油液的特性和選擇液壓油液的污染是系統發生故障的主要原因污染的種類和危害（混入固體顆粒、水、空氣、化學物質、微生物等各種雜物）污染的原因（外界侵入、工作中產生）污染度的等級（以油液中所含固體顆粒尺度劃分）控制污染的措施（清洗、防侵入、過慮、密封等）第1章液壓、氣壓傳動基礎理論1.2.4液壓油液的特性和選擇第1章液壓、氣壓傳動基礎理論1.4流體靜力學基礎研究靜止流體所具有的力學特性液體靜止:液體內部質點間沒有相對運動靜止流體上的作用力質量力：表面力：作用于流體所有質點上的力，如重力、慣性力作用于流體示力單元表面上的力壓力的大小第1章液壓、氣壓傳動基礎理論1.4.1靜止流體的壓力及其性質

方向沿承壓面內法線方向壓力的性質

任一點各方向的壓力相等

在密閉的容器內，施加于靜止液體上的壓力將以等值同時傳到液體內各點。F2F1A2A1第1章液壓、氣壓傳動基礎理論1.4.2帕斯卡原理第1章液壓、氣壓傳動基礎理論1.4.2帕斯卡原理靜力學基本方程p0Gph靜止液體內的壓力與表面壓力及深度有關國際單位:Pa原用單位:bar絕對壓力0絕對壓力相對壓力0相對壓力真空度第1章液壓、氣壓傳動基礎理論1.4.3壓力的表示方法及單位表示方法：單位：1.5.1基本概念第1章液壓、氣壓傳動基礎理論1.5流體流動基本方程恒定流動理想流體流體流動時內部各點壓力、速度、密度僅是空間坐標的函數，不隨時間變化。沒有粘性的流體對于液體，即沒有粘性又不可壓縮的流體第1章液壓、氣壓傳動基礎理論1.5.1基本概念流線:流束:過流斷面：流線上流體質點的速度方向與該曲線相切過任一面積上每一點流線的集合流體質點不能穿過流束流動流體中垂直于流線的截面跡線:流線質點運動的軌跡第1章液壓、氣壓傳動基礎理論1.5.1基本概念流量:平均流速:單位時間內流過某過流斷面的流體體積流量單位:體積流量質量流量質量流量體積流量第1章液壓、氣壓傳動基礎理論1.5.2流量連續性方程（質量守恒定律）Vρmqm1qm2某瞬時流入、流出某控制體的流體的質量流量等于該瞬時控制體中流體質量的變化率—密度變化增補的流體質量—體積變化增補的流體質量由于所以當控制體為固體界面且流體充滿控制體，則有對于液體恒定流動,通過截面的不可壓縮液體的流量相等流體所有的動力參數不隨時間變化的流動－截面的平均流速第1章液壓、氣壓傳動基礎理論1.5.2流量連續性方程（質量守恒定律）即有第1章液壓、氣壓傳動基礎理論1.5.3伯努利方程(能量守恒定律)1.理想流體的微分方程作用于理想流體上的力重力壓力慣性力第1章液壓、氣壓傳動基礎理論1.5.3伯努利方程(能量守恒定律)由牛頓第二定律可得—理想流體一維流動運動微分方程，歐拉方程對于恒定流動或3.實際液體的伯努利方程比位能比壓能比動能第1章液壓、氣壓傳動基礎理論1.5.3伯努利方程(能量守恒定律)理想液體微流束問題緩變過流斷面

—速度平行斷面速度分布不均

—動能修正系數比能量損失理想液體重力場中恒定流動任意斷面比能量之和恒為常數3.實際流體的伯努利方程第1章液壓、氣壓傳動基礎理論1.5.3伯努利方程(能量守恒定律)實際流體微流束實際流體總流－平均流速代替瞬時流速－平均動能代替實際動能的動能修正系數－平均能量損耗僅受重力作用,恒定流動的實際流體第1章液壓、氣壓傳動基礎理論1.5.3伯努利方程(能量守恒定律)應用伯努利方程時注意選取適當的水平基準面選取兩個緩變過流斷面在兩斷面上各選定一個高度已知的點對該兩點列寫伯努利方程一個參數已知一個參數要求物體動量的變化率等于作用在物體上外力的和恒定流動－平均流速代替瞬時流速－平均動量代替實際動量的動量修正系數第1章液壓、氣壓傳動基礎理論1.5.4動量方程動量方程用于求解流體作用于限制其流動的固體壁面的作用力第1章液壓、氣壓傳動基礎理論1.5.4動量方程注意：控制體積選取的是否正確與恰當。控制體積應恰好完全包含受所求總作用力影響的全部流體，且流入、流出界面上的壓力和速度應為已知。第1章液壓、氣壓傳動基礎理論1.5.4動量方程例：如圖所示，求R＝？q1、q2＝？解：平板作用于射流的力為F，且F＝－R，垂直于平板所以有沿平板方向由連續方程有解得有且當F第1章液壓、氣壓傳動基礎理論1.5.4動量方程關于液動力的說明1.6.1層流、紊流、雷諾數1.層流和紊流層流－線性或層狀,平行于管道軸線紊流－軸向運動＋橫向運動受粘性制約,摩擦損失存在慣性力,動能損失2.雷諾數圓管第1章液壓、氣壓傳動基礎理論1.6流體在管道中的流動層流紊流－臨界雷諾數金屬圓管第1章液壓、氣壓傳動基礎理論1.6.2圓管中的層流流動在圓管流動中取一微小圓柱體力平衡方程—內摩擦力，為使其為正加一負號第1章液壓、氣壓傳動基礎理論1.6.2圓管中的層流流動令得積分得c—為積分常數，由邊界條件確定得當r＝R時，u＝0，得當r＝0時管內半徑方向流速按拋物線分布管軸上流速最大第1章液壓、氣壓傳動基礎理論1.6.2圓管中的層流流動流量：在半徑r處取dr厚度的微小環形面積，流過該面積的流量為積分得平均流速管徑對流量影響顯著平均流速為最大流速的一半a=2b=43,動能、動量修正系數第1章液壓、氣壓傳動基礎理論1.6.3圓管中的紊流流動流體質點流速大小、方向時刻變化第1章液壓、氣壓傳動基礎理論1.6.3圓管中的紊流流動時均流速流速分布時均壓力動能、動量修正系數第1章液壓、氣壓傳動基礎理論1.6.4流體在管道中流動時的能量損失流體流動時克服粘性摩擦阻力而產生能量損失能量損失表現為壓力降低實際流體的粘性損耗熱量壓力降低系統溫度升高沿程壓力損失－直管中因摩擦而產生沿程阻力系數層流局部壓力損失－管道截面突然變化、液流方向改變或其它形式液流阻力而產生第1章液壓、氣壓傳動基礎理論1.6.4流體在管道中流動時的能量損失總損失壓力損失1.7.1不可壓縮流體流過薄壁小孔第1章液壓、氣壓傳動基礎理論1.7流體流經孔口和縫隙的特性孔口薄壁孔短孔細長孔液壓與氣動技術中，一般均為小孔口孔口小孔口大孔口孔口斷面上速度均布孔口斷面上速度不均布液體流過薄壁小孔流束收縮系數出流系數第1章液壓、氣壓傳動基礎理論1.7流體流經孔口和縫隙的特性能量方程解得速度系數第1章液壓、氣壓傳動基礎理論1.7流體流經孔口和縫隙的特性1.7.2不可壓縮流體流過短孔及細長孔短孔壁厚影響液體出流，流量公式出流系數與薄壁孔不同細長孔流量公式第1章液壓、氣壓傳動基礎理論1.7流體流經孔口和縫隙的特性

在液壓技術中，孔口出流為淹沒出流，Ac位置不易確定，故以2—2面處壓力進行計算。定義流量系數實測則薄壁孔流量公式為Cd—由實驗確定流量系數：第1章液壓、氣壓傳動基礎理論1.7流體流經孔口和縫隙的特性細長孔流量與壓差和粘度有關，溫度變化，粘度變化，引起流量變化。薄壁孔流量與粘度沒有直接有關，溫度變化，引起流量變化不大。為減少影響流量的因素，液壓技術中節流閥閥口多采用薄壁孔或近薄壁孔結構形式。第1章液壓、氣壓傳動基礎理論1.7流體流經孔口和縫隙的特性1.7.3可壓縮流體流過節流小孔由能量方程和相應的狀態方程求得流量特性當p1、T1恒定，qm僅為pc的函數最大流量為對于空氣第1章液壓、氣壓傳動基礎理論1.7流體流經孔口和縫隙的特性則有壅塞現象：孔口出口壓力下降，流量增加；當出口壓力與入口壓力比達臨界值時，流量達最大而不再隨出口壓力下降而增加。氣動系統中，執行元件入口壓力與閥入口壓力之比達臨界值時，氣體流量達最大，輸出速度亦達最大。再降低執行元件入口壓力，速度也不增加。第1章液壓、氣壓傳動基礎理論1.7流體流經孔口和縫隙的特性1.7.4縫隙流動

縫隙流動由于受固體壁面影響大、流體本身粘性，流動均為層流?？p隙流動壓差流動剪切流動由縫隙兩端壓差造成由縫隙兩壁面間相對運動造成1.平行平板縫隙液流第1章液壓、氣壓傳動基礎理論1.7流體流經孔口和縫隙的特性如圖所示整理后得對于層流有則對y兩次積分得A、B為積分常數，由邊界條件確定。力平衡方程為第1章液壓、氣壓傳動基礎理論1.7流體流經孔口和縫隙的特性（1）固定平行平板中的壓差流動邊界條件得則質量流量第1章液壓、氣壓傳動基礎理論1.7流體流經孔口和縫隙的特性對于液體：不可壓縮、流動均勻，壓力線性下降得則縫隙前后壓差—體積流量體積流量等于質量流量第1章液壓、氣壓傳動基礎理論1.7流體流經孔口和縫隙的特性此時有（2）具有相對運動平行平板間的剪切流動yuhu0x0邊界條件積分常數速度分布流量平均流速第1章液壓、氣壓傳動基礎理論1.7流體流經孔口和縫隙的特性