第二章液压流体力学基础

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第二章 液压流体力学基础

• 液压传动的工作介质
  • 液体所具有的特性
    • 连续性、不抗拉、易流性、均质性
  • 工作介质在液压系统中的作用
    • ①传递能量 ② 润滑 ③讲热量和污染物带走
  • 工作介质种类
    • 石油基液压油
    • 抗燃液压油
    • 水
  • 液压油的主要物理性质
    • 密度
      • 我国采用20℃时的密度作为油液的标准密度
      • 石油基液压油的密度0.85-0.875*10³(kg/m³)
      • 抗燃液压油的密度0.93-1.15*10³(kg/m³)
    • 黏性
      • 液体在外力作用下，液层间作相对运动时产生内摩擦力的性质
      • 牛顿内摩擦定律
      • 黏性的度量
        • 动力黏度
          • 液体在单位速度梯度下流动时单位面积上的内摩擦力
        • 运动黏度
          • 动力黏度与密度之比
        • 相对黏度
          • 我国采用的相对黏度为恩氏黏度
      • 与压力和温度的关系
        • 黏温特性
          • 温度升高，黏性下降
        • 黏压特性
          • 压力增大，黏性变大（高压时，尤为突出）
    • 压缩性
      • 液体受压力作用而使体积减小的性质
      • 体积压缩系数
        • 液体在单位压力下的体积相对变化量
      • 体积弹性模量
      • 在高压情况以及研究系统动态性能时不能忽略
    • 液压系统对液压油的要求
• 液体静力学
  • 研究对象—静止液体
  • 静压力及其特性
    • 定义：液体单位面积上法向力的大小称为液体静压力
    • 两个基本特性
      • 静压力总是垂直于受压面
      • 静止液体中任何一点所受到各个方向的静压力都相等
  • 静力学基本方程
  • 压力表示法
    • 压力单位
      • 帕（Pa=N/m²）
      • 工程大气压（at）
      • 液柱高（毫米汞柱mmHg、米水柱）
    • 压力表示
      • 绝对压力
      • 相对压力（表压力）
        • 相对压力=绝对压力-大气压力
      • 真空度
  • 帕斯卡原理
    • 在密闭容器内，施加在静止液体边界上的压力可以等值的向液体所有方向传递
  • 静止液体对固体壁面的作用力
    • 对平面
      • 等于静压力与平面面积的乘积，其作用点在平面形心处，方向垂直于平面
    • 对曲面某一方向
      • 等于液体静压力与曲面在该方向的垂直平面上的投影面积的乘积
• 液体动力学
  • 研究液体运动与力的关系
  • 基本概念
    • 理想液体及恒定流动（定常流动）
    • 迹线、流线、过流断面
    • 流量
      • 单位时间内流过过流断面的液体体积
    • 平均流速
    • 层流
    • 紊流
    • 与流速、管径及液体的黏度有关
    • 雷诺数Re
      • 液体惯性力与黏性力之比的无量纲数
      • ,层流
      • ,紊流
  • 连续性方程（质量守恒）
    • 单位时间内液体流过断面1的质量一定等于流过断面2的质量
  • 伯努利方程（能量守恒）
    • 理想液体
    • 实际液体
      • • 层流
        • 紊流
  • 动量方程
    • • 动量方程用于求解流动的液体对固体壁面的作用力
      • 动量方程是矢量方程
• 液体流动时的能量损失
  • 沿程能量损失（等径直管）
    • 圆管
      • 层流
        • 水
        • 金属管中油
        • 橡胶软管中油
        • 仅与雷诺数有关，与管道内壁的表面粗糙度无关
      • 紊流
        • 紊流光滑管
        • 紊流粗糙管
  • 局部能量损失（局部障碍）
    • 局部障碍
      • 流道发生弯曲、断面突然扩大或缩小、各种液压阀、弯头、三通等
    • • 局部能量损失系数
  • 管路系统总能量损失
    • 等于所有支管的沿程能量损失和所有局部装置产生的局部能量损失之和
• 孔口和缝隙流动
  • 小孔出流
    • 薄壁小孔
      • 孔口的长径比
        • 以局部阻力为主
    • 厚壁孔（短嘴或管嘴）
      • 孔口的长径比
        • 阻力叠加
    • 细长孔
      • 孔口的长径比
        • 以沿程阻力为主
    • 节流特性方程
  • 缝隙流动
    • 两个特点
      • 缝隙高度相对其长度和宽度而言要小很多
      • 缝隙流动通常属于层流范畴
    • 成因
      • 压差流动
      • 剪切流动
      • 混合流动
    • 种类
      • 平行平板缝隙流动
        • 压差流动
          • • 缝隙大小对泄漏量影响极大
        • 剪切流动
        • 混合流动
          • • 平板顺着压差的方向为正 平板逆着压差的方向为负
      • 圆柱环装缝隙流动
      • 平行圆盘缝隙流动
• 液压冲击和气蚀现象
  • 液压冲击
    • 液压系统中，由于某一元件工作状态突变而引起油压瞬时急剧上升，产生很高的压力峰值，出现冲击波的传递过程，这种现象称为液压冲击
    • 液压冲击的危害
    • 减小液压冲击的措施
  • 气穴与气蚀现象
    • 在液流中，由于压力降低到有气泡形成的现象统称为气穴现象
    • 由气穴造成的腐蚀作用称为气蚀
    • 气穴和气蚀的危害
    • 预防气穴与气蚀的措施