液压技术中的流体力学
第2章液压流体力学
（ 2 ） 静止液体内任意点所受到各个方向的静 压力都相等
二、静止液体的压力分布 如图2.1所示。在垂直方向上力平衡方程式
式中，ρgh△A为小液柱的重力， ρ—液体的密度 上式化简后得： （2-7) 上式即为液体静压力的基本方程。 如上表面受到大气压力pa作用,则
流体静压强基本方程式表明：
（1）静止液体内任一点处的压力为液面压力和液 柱重力所产生的压力之和。 （2）静止液体内的压力随着深度h呈直线规律分 布。 （3）深度相同处各点的压力都相等。
一、静压力及其性质 1.静压力的定义
按作用方式，平衡流体上的作用力有： 质量力： 质量力：与流体质量大小有关并且集中在液体质 点上的力称为质量力。 表面力： 表面力：与表面面积有关而且分布作用在流体表 面上的力称为表面力。 表面力是由与分离体相接触的其它物体的 作用产生的针对流体的作用。 作用产生的针对流体的作用。
υ
dH =
χ
湿周长：液体与固体壁面相接触的周长。 面积相等但形状不同的通流截面，圆形的水力直径最大， 同心环的最小。 水力直径大，液流阻力小，通流能力大。
液体由层流转变为紊流时的雷诺数与紊流转变为层流时的 雷诺数是不相等的。紊流转变为层流时的雷诺数数值要小， 用其作为判断液流状态的依据，称为临界雷诺数，Rec。 Re<Rec为层流 临界雷诺数：判断液体流态依据 （Rec见表2.2） Re > Rec为紊流 雷诺数物理意义：液流的惯性力对粘性力的无因次比。 雷诺数大，惯性力起主导作用，液体处于紊流；雷诺数小时， 粘性力起主导作用，液体处于层流。
流管：在流场中任画一封闭曲线，只要该曲线不是流线， 流管：在流场中任画一封闭曲线，只要该曲线不是流线，
经过曲线上每一点作出流线。 经过曲线上每一点作出流线。这些流线组成的管 状表面即为流管。 状表面即为流管。
流体力学与液压传动
流体力学与液压传动流体力学是研究流体静力学和流体动力学的学科，涉及液体和气体在静止和流动状态下的力学行为。
而液压传动则是利用流体进行能量传递和控制的一种技术。
本文将介绍流体力学的基本原理、液压传动的应用及其在工程领域中的意义。
一、流体力学基本原理流体力学主要研究流体的运动规律和压力分布等基本性质。
在流体力学中，流体可以分为不可压缩流体和可压缩流体两类。
不可压缩流体通常指液体，如水、油等；可压缩流体则主要指气体。
在流体力学中，最基本的方程为连续性方程、动量方程和能量方程。
其中，连续性方程描述了流体在运动过程中质量守恒的关系；动量方程描述了流体受到外力作用时的运动规律；能量方程则研究了流体能量的变化。
二、液压传动的应用液压传动利用液体在封闭管路中传递能量，实现机械运动的控制和传递。
液压传动广泛应用于各种机械设备中，如农业机械、工程机械、船舶、飞机等。
液压传动具有传动效率高、可靠性强、运动平稳等优点。
液压传动系统由液压泵、液压阀、液压缸等组成。
通过液压泵将液压油压入系统，并由液压阀进行分配和控制，最终驱动液压缸进行工作。
液压传动通过调节液压阀的开启和关闭，以及控制液压泵的转速来实现对机械设备的精确控制。
三、液压传动在工程领域中的意义液压传动在工程领域中具有广泛的应用价值。
首先，液压传动能够实现大功率输出，满足重载工况下的需求。
其次，液压传动具有可靠性高的特点，适用于各种恶劣的工作环境。
此外，液压传动还具有灵活性强、动作平稳等优点，能够满足复杂工况下的控制要求。
在工程领域中，液压传动广泛应用于起重机械、挖掘机、注塑机、铁路设备等大型机械设备中。
液压传动不仅能够提高机械设备的工作效率，还能够降低设备的能耗和噪声，提升整体的操作性能。
总结：流体力学和液压传动是现代工程领域中重要的学科和技术。
流体力学研究了流体的运动规律和性质，为液压传动提供了理论基础。
液压传动利用流体进行能量传递和控制，应用广泛且具有重要意义。
液压流体力学基础
第一章 液压流体力学基础
第二节 液体静力学
四. 静压力对固体壁面的作用力 液体和固体壁面接触时，固体壁面将受到液体静压
力的作用 当固体壁面为平面时，液体压力在该平面的总作
用力 F = p A，方向垂直于该平面。 当固体壁面为曲面时，液体压力在曲面某方向上
的总作用力 F = p Ax ， Ax 为曲面在该方向的投影面 积。
动力粘度μ和运动粘度ν的量纲计算：
ν=μ/ρ
ν：m2/s
μ：Ns/m2 ρ ：Kg/m3
所以 m2/s = Ns/m2 ÷ Kg/m3 = Nsm/Kg
Kg =Nsm ÷ m2/s= Ns2/m
由于 Ft=mv 所以 Ns = Kgm/s Kg =Ns2/m
另外： μ：Ns/m2 或 Pas 由于P=pq 所以 Nm/s =Pa m3/s
二.静压力基本方程式 p=p0+ρgh 静压力分布特征： 1）压力由两部分组成：液面压力p0，自重形成的压 力ρgh。 2）液体内的压力与液体深度成正比。 3）离液面深度相同处各点的压力相等，压力相等的 所有点组成等压面，重力作用下静止液体的等压面 为水平面。
第一章 液压流体力学基础
第二节 液体静力学
第四节 管道流动
通过管道的流量 q =（πd 4/（128μl））Δp
dA 2rdr dq udA 2urdr
u p (R2 r 2 )
4l
q d 4 p 128 l
第一章 液压流体力学基础
第四节 管道流动
管道内的平均流速 v = (d2/32μl )Δp
第一章 液压流体力学基础
第二节 液体静力学
液体静力学 静压力及其特性 静压力基本方程式 帕斯卡原理 静压力对固体壁面的作用力
液压基础-流体力学
一、流体运动的基本概念
理想流体： 没有粘性的流体 不可压缩流体： 不考虑流体的压缩性（即密度为常量） 定常流动： 流体流动过程中任意点上的运动参数（速 度、压力等）不随时间变化的流动状态
一、流体运动的基本概念
过流断面： 与流动方向相垂直的液体横截面积 （有平面也有曲面） 流量：（不可压缩流体用体积流量） 单位时间内流过过流截面的液体体积， 用q 表示 平均流速： 一种假想流速，等于流量除以过流截 面面积
液压领域应用特点：
(1)液压油是粘性流体 (2)流体不可压缩（油的体积弹性模量约为 (1.2～2）×103 MPa） (3) 定常流动 （4）选取缓变流动的截面作研究对象
伯努利方程应用举例
如图示简易热水器，左端接冷水管，右端接淋浴莲蓬 头。已知 A1=A2/4和A1、h值，问冷水管内流量达到 多少时才能抽吸热水？
§2-2 流体静力学
压力的表示方法
（1）压力单位
国际单位：帕（Pa=N/m2）、千帕（kPa）、兆帕 （MPa） 工程单位: 公斤力/厘米2 (kgf.cm-2)、巴（bar）或工 程大气压(atm) 1atm= 1 kgf.cm-2 =9.81X104 Pa 1bar=105Pa=0.1MPa 1bar=1.02kgf/cm2 液柱高: 米水柱（mH O）、毫米汞柱（mmHg）
§2-2
流体静力学
静压力及其特性 静压力基本方程式 帕斯卡原理 静压力对固体壁面的作用力 压力的表示方法
静压力及其特性
液体的静压力 静止液体在单位面积上所受的法向力称为静 压力。p=limΔF/ΔA （ΔA→0） 若在液体的面积A上所受的作用力F为均匀分 布时，静压力可表示为 p = F / A 液体静压力在物理学上称为压强，工程实际 应用中习惯称为压力。 液体静压力的两个特性 液体静压力垂直于承压面，方向为该面内 法线方向。 液体内任一点所受的静压力在各个方向上都 相等。
流体力学中的流体与液压泵的运行原理
流体力学中的流体与液压泵的运行原理流体力学是研究流体静力学和流体动力学的科学，涉及到流体的性质、运动以及与其他物质之间的相互作用。
流体动力学的一个重要应用领域就是液压技术，液压泵作为液压系统中的核心部件之一，起着将液体能量转化为机械能的作用。
本文将介绍流体力学中的流体性质和液压泵的运行原理。
一、流体的性质流体是指可以流动的物质，包括液体和气体。
流体与固体相比具有以下几个特点：1. 流体的流动性：流体具有流动性，可以改变形状并填充容器。
2. 流体的可压缩性：气体具有较强的可压缩性，液体则相对不可压缩。
3. 流体的黏性：流体具有一定的黏性，黏度越大，阻力越大。
4. 流体的密度：流体的密度是指单位体积内的质量，密度越大，物质越紧密。
二、液压泵的基本原理液压泵是通过轴向排列的叶轮转动产生动能，使流体获得一定的压力能量，并将其输送到液压系统中的一种装置。
液压泵的运行原理有以下几个要点：1. 正压作用：液压泵通过叶轮旋转产生离心力，使流体从吸入口被吸入泵内，然后由于离心力的作用，流体被压缩并向压力出口推送。
2. 吸入压力：当液压泵开始旋转时，泵内出现一个低压区域，使流体被吸入泵内。
液压系统中常采用自吸式液压泵，无需外力吸入介质。
3. 出口压力：当叶轮旋转后，流体获得一定的动能并被压缩，从而产生一定的出口压力，推动液压系统中的执行器工作。
4. 控制阀调节：液压泵的输出压力受液压系统的控制阀调节，可以通过控制阀的开关来调整输出流量和压力。
三、液压泵的类型根据液压泵的不同工作原理和结构形式，可以将液压泵分为以下几类：1. 位移泵：位移泵根据叶轮的轴向运动方式分为往复式位移泵和摆动式位移泵。
2. 轴向柱塞泵：轴向柱塞泵通过柱塞在转子上的轴向运动来改变腔室的容积，实现流体的吸入和排出。
3. 径向柱塞泵：径向柱塞泵是通过转子上放置的多个凸轮和球柱塞之间的配合关系来实现流体的吸入和排出。
4. 齿轮泵：齿轮泵是通过齿轮之间的啮合关系，将流体从吸入口压入至出口。
第三章液压流体力学基础
?
液压缸传递力时，为了增大传递的力，把活塞表面做成曲面，行不行？
3.2 液体动力学
主要是研究液体流动时流速和压力的变化规律。 流动液体的连续性方程、能量方程（伯努利方程）、动量
方程是描述流动液体力学规律的三个基本方程。前两个方程 反映了液体的压力、流速与流量之间的关系，动量方程用来 解决流动液体与固体壁面间的作用力问题。
伯努利方程应用举例
伯努利方程应用举例
思考
2 p1 u12 p 2 u2 z1 z2 g 2 g g 2 g
回顾：
流量连续性方程
2 p1 u12 p 2 u2 理想液体的伯努力方程 z1 z2 g 2 g g 2 g
实际液体的伯努力方程
<
>=
3.1.2 液体静力学基本方程
方 程 推 导
取研究对象：微圆柱体
受力分析： pA p0 A FG ,
A
静力学基本方程： p p0 gh
静止液体中任意点的静压力是液体表面上的压力和 液柱重力所产生的压力之和。 静止液体内的压力随液体距液面的深度变化呈线性 规律分布。 在连通器中，同一深度上各点的压力相等。
3.1.3 压力的表示方法及单位
绝对压力 = 大气压力 + 相对压力 相对压力（表压） = 绝对压力 – 大气压力
注：液压传动系统中所测压力均为相对压力即表压力
真空度 = 大气压力 – 绝对压力
由图可知:
绝对压力总是正值，表压力则可正可负，
负的表压力就是真空度。 什么时候标相对压力？
什么时候标真空度？
输出力和位移传递
液压系统中的流体力学原理
液压系统中的流体力学原理引言：液压技术是一种广泛应用于各个领域的控制技术，其基础是流体力学原理。
在液压系统中，流体力学原理发挥着至关重要的作用。
本文将着重探讨液压系统中的流体力学原理，分析其应用和工作原理。
一、液体的基本性质液压系统中使用的工作介质是液体。
液体有以下基本性质：稳定、不可压缩、具有一定的黏性、受到外力作用会产生流动等。
特别是不可压缩性，使得液压系统能够传递力和能量，并实现精确控制。
二、流体的运动特点在液压系统中，流体的运动特点主要包括连续性、动量守恒和能量守恒。
连续性是指液体在管道中以连续的形式流动，符合质量守恒定律；动量守恒是指液体在受到作用力时，会产生相应的动量变化；能量守恒则是液体在流动过程中能量的守恒。
三、液压系统中的液压传动液压传动是液压系统的主要应用之一，它基于流体力学原理实现工作机构的精确控制。
在液压传动中，液体通过泵将机械能转化为液压能，再通过液压阀控制液体的流动方向和压力大小，最终驱动执行器进行工作。
液压传动具有传递力矩大、稳定可靠、响应速度快等优点。
四、流体的压力传递原理液压系统中的液体压力是由外力施加在液体上而产生的，液压泵将机械能转化为液压能后，液体在管道中传递，并通过液压阀控制压力大小。
在液压系统中，液体的压力传递遵循帕斯卡原理，即液体压强在封闭系统中传播时保持不变。
五、液压缸的工作原理液压缸作为液压系统中的执行器，通过液体的力转化实现力的放大和缩小。
液压缸内部设置了活塞，在液体的作用下活塞会受到一定的压力，从而产生线性运动。
液压缸的工作原理基于流体力学原理，通过控制液流的进出量和方向来实现力的输出。
六、液压系统中的节流元件液压系统中的节流元件主要包括节流阀和调速阀，它们的作用是控制液体通过管道的流量和速度。
节流元件基于流体动能的损失实现流量的控制，通过改变管道的截面积或增加阻力来实现液体速度的调节。
节流元件在液压系统中起到控制和调整作用，可实现液压系统的灵活操控。
第二章液压流体力学基础
一、基本概念
1、理想液体、恒定流动和一维流动
14
理想液体：假设液体既无粘性又不可压缩，这 样的液体称为理想液体。 实际液体：任何液体都具有粘性，而且可以压 缩（尽管可压缩性很小），这样的液体称为实 际液体。
恒定流动：液体流动时，若液体中任一点处的 压力、 速度和密度都不随时间而变化，则这种 流动为恒定流动（亦称定常流动）。
第二章 液压流体力学基础
液压课程的系统性：
流体力学基础 基本元件 基本回路 液压系统 主要内容： 1、静力学部分：压力以及它对固体壁面作用力计算 2、动力学部分：流体流动时三大方程（连续方程、 伯努利方程和动量方程）。 3、与液压紧密相关的几种流动（管流、孔口流和缝 隙流）。 4、影响液压系统性能的两个主要因素：液压冲击和 空穴现象。
4
二、重力作用下静止液 体中的压力分布
密度为ρ的液体处于静止状 态，为求任意深度h处的压 力p，可设想从液体内取出 以面积为ΔA，高度为h的小 液柱.由于液柱处于平衡状 态，则有：
P0 A P0
h
FG
h
P A
此式称为液体静力学基本方程式。 由上式可知，重力作用下的静止物体，其压力分布有如下特征： 1）静止液体内任一点处的压力都由两部分组成：一是液体表面 压力，另一是重力引起压力ρ gh.若液体表面压力是大气压Pa，则 有
Fx=pAx
12 返回
D F=PA= 4
2
p
F=PA=
d p 4
2
13
第二节
液体动力学
主要讨论液体流动时运动规律，能量转换和 流动液体对壁面的作用力，具体介绍三个基 本方程—连续性方程、伯努利方程和动量方 程。 这三个方程是刚体力学中质量守恒、能量 守恒和动量守恒在流体力学的具体体现，前 两种用来解决压力、流速和流量之间的关系， 后者则用来解决流动液体与固体壁面作用力 问题
液压流体力学基础
故为了顶起重物应在小活塞上加力 为： d2 202 F 2 mg 5000 9.8 1960 N 2 D 100
例8：如图所示为相互连通的两个液压缸，已知大缸内径 D=100mm, 小缸内径d=20mm，大活塞上放上质量m=5000kg的 物体。问:1.在小活塞上所加的力F有多大才能使大活塞顶起重物？ 2.若小活塞下压速度为0.2m/s，试求大活塞上升速度？ 2.由连续定理：q=Av =常数得出：
F 1000 N p0 10 6 N / m 2 A 1 10 3 m 2 p p0 gh 106 900 9.8 0.5
106 N / m 2 106 Pa
3.1 液体静力学
从上例可以看出，液体在受外界压力
作用的情况下，液体自重所形成的那部分
压力 gh相对甚小，在液压系统中常可忽
流动情况可分恒定流动和非恒定流动
3.2 液体动力学－基本概念二
流线：是同一瞬时流场中一条条标志各质点运动状态 的曲线，流线上每个质点的速度向量与这条曲线相切。
对于恒定流动，流线形状 不随时间变化。流线不能相交， 也不能转折，它是一条条光滑 的曲线。 流管：是沿任意封闭曲线（不属于流线）上的每一点 作曲线，由这些流线组成的表面。
一、液体静压力及其特性
质量力（重力、惯性力）
单位质量液体所受的质量力称为单位质量力，数值上 等于加速度。质量力作用于液体的所有质点。
表面力（法向力、切向力）
单位面积上作用的表面力称为应力，有法向应力和切 向应力之分。静止液体内部无切向应力，只有法向应力。
3.1 液体静力学
液体静压力的定义：
静止液体在单位面积上所受的法向应力在液 压传动中称为压力，在物理学中则称为压强。 若包含液体某点的微小面积Δ A上所作用的法 向力为Δ F，则该点的压力p定义为：
液压流体力学基础动力学.
p p pdA ( p ds)dA dsdA p p
三 伯努利方程 ----能量守恒定律
1理想液体微分运动方程 根据牛顿第二定律
伯努利方程方程也称为能量 方程，它实际是能量守恒定 律在流动液体中的应用
F ma
p z dsdA gdsdA S s u u dsdA (u ) s t
v1
流入 流量 流出 流量
q1 A1v1 q2 A2v1 A1 A2
q2
q1 q2
连续性方程 在液压传动中的应用
速度传递特性
执行元件的运动速 度取决于流入或流 出的流量
液压泵输出流量，必然引起液压缸产生速度v1 液压泵 液压缸 q A1 液压缸 q q1 q2 A1 v1 v1
q v1 A1
2( p1 pa )
v2 2 gh
四 动量方程
刚体力学 动量定理
动量守恒定律在流体 力学中的具体应用
动量方程研究液体运动时动量的变化与所有作用在液体上的 外力之间的关系。
作用在物体上的所有外力的合力等于物体在合 力作用方向上动量的变化率，即
dI d ( mu ) F dt dt
在液压传动中，只研究流体作一维恒定流动时的流量连续性方程 在恒定流场中任取一流管，其两端通流 截面面积分别为A1、A2，在流管仲任取一微 小流束，并设微小流束两端的通流截面积分 别为dA1、dA2 ,液体流经这两截面的速度与 密度分别为u1、u2，ρ1、ρ2 根据质量守恒定律，单位时间内经界面 dA1流进微小流束的液体质量应与经截面dA2 流 出的液体质量相等
例2 侧壁孔口流出速度 条件: p1和p2 ，h为高，以小孔中心线为基准
沿流动方向，取两截面1-1，2-2
第二章 液压流体力学
HH+抗氧化、抗腐、 良好的防锈性、抗氧化性、抗泡性 抗泡、抗磨、防锈 和对橡胶密封件的适应性、 等添加剂、 HL+增黏、油性等 添加剂 良好的黏温特性及抗剪切安定性， 黏度指数达175以上。较好的润滑 性，可有效的防止低速爬行和低速 不稳定现象。 良好的抗磨、润滑、抗氧化及防锈 性。 低温下有良好的启动性能，正常温 度下有很好的工作性能，黏度指数 在130以上。良好的抗剪切性能。 用于导轨润滑时具有良好的防爬性 能。
2.1 液压传动的工作介质
2.1.4 液压油的污染及其控制 3. 污染的控制 一般液压油清洁度的要求： ★在大间隙、低压液压系统中，采用NAS10-NAS12，大约 相当于ISO 19/16-ISO21/18。这表示每毫升油液中≥5μm 的颗粒数大约在2500～20000之间；每毫升油液中≥15μm 的颗粒数大约在320～2500之间。 ★在普通中、高压液压系统中，采用NAS7-NAS9，大约相 当于ISO 16/13-ISO18/15。这表示每毫升油液中≥5μm的 颗粒数大约在320～2500之间；每毫升油液中≥15μm的颗 粒数大约在40～320之间。 ★在敏感及伺服、高压液压系统中，采用NAS4-NAS6，大 约相当于ISO 13/10-ISO15/12。这表示每毫升油液中 ≥5μm的颗粒数大约在40～320之间；每毫升油液中 ≥15μm的颗粒数大约在5～40之间。
2.1 液压传动的工作介质
2.1.2 液压油的主要物理性质 （1）牛顿内摩擦定律
du T = μA dz
du τ =μ dz
（ N）
(N / m )
2
2.1 液压传动的工作介质
2.1.2 液压油的主要物理性质
（2）黏性的度量 黏性的大小用黏度来表示。黏度可用动力黏度、运动黏度和相对黏 度三种形式来量度。 ①动力黏度 μ 也称绝对黏度，是指液体在单位速度梯度下流动时单位面积上产生的内 摩擦力。 ②运动黏度 ν 油液的动力黏度与密度之比，即
液压与气压传动之2流体力学资料
14
液体动力学
主要是研究液体流动时流速和压力的变化规律。连 续性方程、伯努利方程、动量方程是描述流动液体力
学规律的三个基本方程式。
➢ 前两个方程反映了液体的压力、流速与流量之间的关系； ➢ 动量方程用来解决流动液体与固体壁面间的作用力问题。
• 基本概念 • 流量连续性方程 • 伯努利方程 • 动量方程
– 压力由两部分组成：液面压力p0，自重形成 的压力ρgh。
– 液体内的压力与液体深度成正比。
– 离液面深度相同处各点的压力相等，压力相 等的所有点组成等压面，重力作用下静止液 体的等压面为水平面。
– 静止液体中任一质点的总能量 p/ρg+h 保持不变，即能量守恒。
2020/7/3
西安工业大学
10
静压力的表示法和单位
理意义,但是工程实际中常用的物理量，如表征机械油的牌号。
ν的量纲为（m2 /s ）
• 相对粘度又称条件粘度，工程上可测定出来，我国采用恩
氏粘度（°E），美国赛氏粘度，英国雷氏粘度等。
粘温特性 粘度随着温度升高而显著下降 粘压特性 粘度随压力升高而变大
2020/7/3
西安工业大学
4
液压油液的主要性质
• 动力粘度表征液体粘性的内摩擦系数，指液体在单位速度梯
度下流动时单位面积上产生的内摩擦力
μ=( F/A )/( du/dy )
du/dy 为液层间的速度梯度 μ的量纲为 (N.s/m2 ）
2020/7/3
液体粘性示意图
西安工业大学
3
液压油液的主要性质
•运动粘度为动力粘度与油液密度之比值ν=μ/ρ,没有明确的物
2、工程大气压（at）
3、液柱高：如米水柱（mH2O）,毫米汞柱（mmHg）等 三种形式的压力单位换算关系为：
流体力学在液压系统中的应用
流体力学在液压系统中的应用1. 引言液压系统是一种利用流体力学原理实现能量传递和控制的系统。
流体力学作为液压系统设计和分析的基础，在液压系统中有着广泛的应用。
本文将探讨流体力学在液压系统中的应用，并介绍几个具体的例子。
2. 流场分析流体力学的核心是对流场进行分析。
在液压系统中，通过对流场的研究可以了解液压元件（如阀门、管道、泵等）中液体的运动状态，以及流速、压力等参数的分布情况。
通过对流场的分析，可以优化液压系统的设计，改善系统的性能。
3. 流道设计流道是液压系统中流体流动的通道，其设计对于系统的性能至关重要。
流体力学原理可以指导流道的设计过程。
通过合理的流道设计，可以降低流体的流阻，提高系统的效率。
同时，流体力学还可以帮助优化流道的形状和尺寸，以实现流体的均匀分配和流量控制。
4. 压力传递在液压系统中，压力的传递是实现能量传递和控制的基础。
流体力学原理可以解释液压系统中压力的传递机制。
通过对液体在压力下的行为进行分析，可以确定液压系统中压力的变化规律，从而实现有效的能量传递和控制。
5. 阀门控制阀门在液压系统中起着重要的控制作用。
通过对阀门的流场分析和调节，可以实现对液压系统的流量、压力和方向的控制。
流体力学原理可以指导阀门的设计和调节过程，以实现准确的控制效果。
6. 泵的选择和调节泵是液压系统中能源的来源，其性能对系统的运行起着关键影响。
流体力学原理可以帮助选择适合液压系统需求的泵，并指导泵的调节和控制。
通过对泵的流场特性进行分析，可以实现泵的高效率运行和系统的稳定工作。
7. 液压元件的优化液压系统中的各个元件，如液压缸、液压马达等，都有其特定的液体力学行为。
通过对液压元件的流场分析，可以进行元件的优化设计，以提高系统的工作效率和性能。
8. 结论流体力学作为液压系统设计和分析的基础，在液压系统中有着重要的应用。
通过对流场的分析、流道的设计和优化、压力传递的研究，可以提高液压系统的性能和效率。
002、第二章 液压流体力学基本
静止液体内任何一点 静压力基本方程的物理本质是： 具有位能和压力能两种能量形式，且其总和在任意位 置保持不变，但两种能量形式之间可以互相转换。
END
三、帕斯卡原理
在密封容器内，施加于静止液体上的压力将以等 值传递到液体中所有各点，这就是帕斯卡原理，或静 压传递原理。
p1= p2 F1 F2 = A1 A2 F1 F2 = A2 A1
14
END
粘度与温度的 关系 当油温升高 时，其粘度显著下 降，这一特性称为 油液的粘温特性， 如图2-2所示。
运动粘度(10 m2.s -1 )
-6
温度/C
0
图2-2 粘-温特性曲线
1-水包油乳化液 2-水-乙二醇液 3-石油型高粘 度指数液压油 4-石油型普通液压油 5-磷酸脂液
15
END
二
F = μA du/dy
静止液体不呈现粘性
液体静止时,du/dy = 0 ∴
液体只有在流动（或有流动趋势）时才会呈现出粘性，静 止液体不呈现粘性。
8
END
2) 粘性的度量 粘 度 衡量粘性大小的物理量 动力粘度μ 运动粘度ν 相对粘度0E
9
END
A 动力粘度
在图2-1中，由于液 体粘性和液体与固体壁面 间作用力的共同影响，两 平行平板间各层的速度分 布从上到下按线性规律变 化。 液体流动时相邻液 层间的内摩擦力Ff为:
23
END
3、压力定义
静止液体中某点处微小面积A上作用有法向力F
若法向作用力F 均匀地作用在面积A上，则压 力可表示为
24
END
4、压力的单位
1)国际制单位
Pa（帕）N/m2（我国法定计量单 位）或兆(MPa) 1MPa=106Pa。
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F p lim A 0 A
若法向作用力F均匀地作用在面积A上，则压 力可表示为
F p A
液体静压力的重要特性
（1）液体静压力的作用方向始终向作用面的内法线方向。 由于液体质点间内聚力很小，液体不能受拉只能受压。 （2）静止液体中，任何一点所受到各个方向的液体静压力 都相等。
静压力基本方程
1. 压力的表示方法
相对压力（表压力）: 以大气压力为基准，测 量所得的压力，是高于大气 压的部分 。 绝对压力: 以绝对零压为基 准测得的压力 绝对压力=相对压力 + 大气压力 真空度:如果液体中某点的绝对压力小于大气压力，则称该点出现真 空。此时相对压力为负值，常将这一负相对压力的绝对值称为该点 的真空度 真空度=|负的相对压力|=|绝对压力 - 大气压力|
管路系统的总压力损失
整个管路系统的总压力损失是系统中所有直管中的沿程压力损 失和所有局部压力损失之和。
减小液压系统压力损失的措施： 减小流速 缩短管道长度 减小管道截面的突变 提高管道内壁的加工质量
孔口的流量
在液压元件特别是液压控制阀中，对液流压力、流量及方向 的控制通常是通过特定的孔口来实现的，它们对液流形成阻力， 使其产生压力降，其作用类似电阻，称其为液阻。“孔口流动” 主要介绍孔口的流量公式及液阻特性。
2 F ( FX FY2 F ) 1 2 2 Z
1.理想液体和恒定流动
理想液体 假设的既无粘性又不可压缩的流体称为理想流体。 恒定流动 液体流动时，液体中任一点处的压力、速度和 密度都不随时间而变化的流动，亦称为定常流 动或非时变流动。
恒定流动与非恒定流动
流线、流束、流管和通流截面 流线
某一瞬时液流中一条条标志其各处质点运动状态的 曲线。在流线上各点处的瞬时液流方向与该点的切 线方向重合，在恒定流动状态下流线的形状不随时 间而变化。对于非恒定流动来说，由于液流通过空 间点的速度随时间而变化，因而流线形状也随时间 变化而变化。液体中的某个质点在同一时刻只能有 一个速度，所以流线不能相交，不能转折，但可相 切，是一条条光滑的曲线 。
许多流线组成的一束曲线。
流束
流管 通流截面
通过一条封闭曲线的密集流线束。 垂直于流动方向的截面，也称为过流截面。
流线、流束、流管和通流截面
3.流量和平均流速
流量
单位时间内流过某一通流截面的液体体积，流量以q表示，单 位为m3/s或L/min。
在通流截面A上取一微小流束的截面dA，则通过dA的微小流 量为 对上式积分，可得流经整个通流截面A的流量
1.薄壁小孔的流量压力特性
通过薄壁小孔的流量与液体粘度无关，因而流量受液体温度影 响较小.但流量与孔口前后压差的关系是非线性的。
2.细长小孔的流量压力特性
3.液体经小孔流动时流量压力的统一公式
二、流体力学在液压工程中的应用
液压技术中的流体力学
液压技术的发展与流体力学理论研究成果的发展有着密 切的关系, 从帕斯卡提出的在密闭静止液体中压力传播的帕 斯卡原理, 到牛顿揭示的戮性流体的内摩擦定律, 再到流体 力学两个重要方程——连续性方程和伯努利方程的建立,这 些成果都为液压技术的发展奠定了重要的理论基础，现在的 液压机械除了广泛应用于工业、农业、电力、运输业和建筑 业外, 还涉及到航空航天、海洋工程和生物医学工程等领域。 因此作为液压技术基础的流体力学的发展是推动液压技术进 步的关键，流体力学在液压中的应用比较广泛。
流体力学基础在液压系统中的应用
流体力学与流体传动
2015/09/19
一、流体力学知识要点回顾 二、流体力学在液压工程中的应用
一、流体力学知识要点回顾
1.液体的压力
作用在液体上的两种力：质量力和表面力 静压力：单位面积上所受的法向力。静压力在液体 传动中简称压力，在物理学中称为压强。本书以后只 用“压力”一词。 静止液体中某点处微小面积A上作用有法线力F， 则该点的压力定义为
平均流速
实际流体流动时，速度的分布规律很复杂。假设通流 截面上各点的流速均匀分布，平均流速为
4.层流、紊流和雷诺数
层流 紊流 液体流动时，液体质点间没有横向运动，且不混杂， 作线状或层状的流动。
液体流动时，液体质点有横向运动或产生小漩涡， 作杂乱无章的运动。
a
b
雷诺数判断
液体的流动状态是层流还是紊流，可以通过 无量纲值雷诺数来判断。实验证明，液体在 圆管中的流动状态可用下式来表示
Re
常见管道的临界雷诺数
d
v
沿程压力损失
液体在等截面直管中流动时因粘性摩擦而产生的压力损失称为沿 程压力损失。
l 2 p f d 2
局部压力损失
局部压力损失，就是液体流经管道的弯头、接头、阀 口以及突然变化的截面等处时，因流速或流向发生急剧 变化而在局部区域产生流动阻力所造成的压力损失。由 于液流在这些局部阻碍处的流动状态相当复杂，影响因 素较多，因此除少数（比如液流流经突然扩大或突然缩 小的截面时）能在理论上作一定的分析外，其它情况都 必须通过实验来测定。
压力的单位 国际单位制单位 国际单位制单位为Pa（帕）、 N/m2（我国法定计量单位）或兆帕(MPa)， 1MPa=106Pa。 工程制单位 kgf/cm2。国外也有用bar(巴）， 1bar=105Pa。 标准大气压 1标准大气压=101325Pa。 液体柱高度 h=p/(ρg)，常用的有水柱、汞柱等， 如1个标准 大气压约等于10m水柱高。
液体静压力对固体壁面的作用力
当承受压力的固体壁面为平面时:则作用在其上的 总作用力等于压力与该壁面面积之积
Fp
4
D2
当承受压力的固体壁面是曲面时:曲面上总作用力 在某一方向上的分力等于曲面在与该方向垂直平面内 的投影面积与静压力的乘积。若已知曲面上总作用力 在三个坐标轴方向的分量分别为Fx、 Fy和Fz时，总作 用力的大小为：
p p0 gh
可以看出：静止液体在自重作用下任何一点的压力随着液体 深度呈线性规律递增。液体中压力相等的液面叫等压面，静止液 体的等压面是一水平面。
由帕斯卡原理可知，由外力作用所产生的压力可以 等值地传递到液体内部所有各点，故在液体内部各点的 压力也就处处相等了。 液压传动是依据帕斯卡原理实现力的传递、放大和方 向变换的。 液压系统的压力完全决定于外负载。