第二章液压油与流体力学基础(4)
第2章液压流体力学基础ppt优秀课件
液压油中污染物的危害：
1.固体颗粒使元件加速磨损，寿命缩短， 泵、阀性能下降，甚至使阀芯卡死，滤油 器堵塞；
2.水的侵入不仅会产生汽蚀，而且还将加 速液压油的氧化，并产生粘性胶质，堵塞 滤油器；
3.空气的混入将降低液压油的体积模量和 润滑性能，导致泵气蚀及执行元件低速爬 行。
(二)固体颗粒污染度的测定 液压油液的污染度是指单位容积液压油中固体颗粒 污染物的含量(含量可用重量或颗粒数表示)。污染 度的测定方法：
V / V 0 p ( 5 ~ 7 ) 1 1 0 3 0 1 6 2 1 0 . 6 ~ 2 . 2 %
(2)自动颗粒计数法：此法能自动计数，简便、迅速、 精确，可以及时从高压管道中抽样测定，因此得到 了广泛的应用，但这方法不能直接观察到污染颗粒 本身。
(三)液压油液的污染控制 1、液压元件在加工的每道工序后都应净化，装配后
严格清洗。用机械方法除去残渣和表面氧化物，然 后进行酸洗。系统在组装后，用系统工作时使用的 液压油(加热后)进行全面清洗，不可用煤油。系统 冲洗时应设置高效滤油器，并启动系统使元件动作， 用铜锤敲打焊口和连接部位。 2、在油箱呼吸孔上装设高效空气滤清器或采用隔离 式油箱，防止尘土、磨料和冷却水的侵入。液压油 必须通过滤油器注入系统。 3、系统应设置过滤器，其过滤精度应根据系统的不 同情况来选定。 4、系统工作时，一般应将液压油的温度控制在65℃ 以下，液压油温度过高会加速氧化，产生各种生成 物。 5、系统中的液压油应定期更换，在注入新的液压油 前，必须把整个系统清洗一次。
(2)汽轮机油氧化安定性好，
工 业 液 压 油 液
石 油 型
植物 型
难
专 用 液 压 油
抗磨液压油 低温液压油 液压-导轨油 高粘度指数液压 油 其他专用液压油
第二章.液压流体力学基础
等值传递。
压力传递的应用
图示是应用帕斯卡原理的实例，假设作用在小活塞上
施加压力F1时，则在小活塞下液体受的压力为p= F1/A1 根据帕斯卡原理，压力p等值的 传 递到液体内部各点，即大活塞下面 受到的压力也为p，这时，大活 塞 受力为F2= pA2。为防止大活塞下 降，则在小活塞上应施加的力为：
6.3 液体流经缝隙的流量
环形缝隙流量
活塞与缸体的内孔之间、阀芯与阀孔之间都存在环形缝隙。
πdh qV p 12 l
同心环形缝隙
3
6.3 液体流经缝隙的流量
环形缝隙流量
流过偏心圆环缝隙的流量， 当e = 0时，它就是同心圆环缝 隙的流量公式；当e =1时，即 在最大偏心情况下，其压差流 量为同心圆环缝隙压差流量的
压力有两部分：液面压力p0及自重形成的压力ρgh；
静压力基本方程式 p=p0+ρgh
3.3 重力作用下静止液体压力分布特征
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； 压力由两部分组成：液面压力p0，自重形成的压
6.1 液体流经薄壁小孔的流量
当小孔的长径比 l /d < 0.5时，称为薄壁孔 。
qV Cq K
2
p
6.3 液体流经缝隙的流量
平面缝隙流量
在液压装置的各零件之间，特别是有相对运动的各 零件之间，一般都存在缝隙（或称间隙）。油液流过缝 隙就会产生泄漏，这就是缝隙流量。由于缝隙通道狭窄， 液流受壁面的影响较大，故缝隙液流的流态均为层流。 压差流动：由缝隙两端的压力差造成的流动。 剪切流动：形成缝隙的两壁面作相对运动所造成的流动。
第2章 液压油与液压流体力学基础
1.对液压油的性能要求：
粘温性好、润滑性要好、化学稳定性好，不易氧化、质地纯净，抗 泡沫性好、闪点要高，凝固点要低
《液压与气压传动》
2.液压油的主要品种及其性质：
《液压与气压传动》
3.液压油的选用：
首先应根据液压系统的环境与工作条件选用合适的液压油类型， 然后对油液粘度等级选择。
《液压与气压传动》
2.1.3 液体的粘性
1.粘性的意义
牛顿液体内摩擦定律
Ff
A d
dy
d dy
μ—比例系数，称为动力粘度
《液压与气压传动》
2.粘度 ⑴动力粘度μ
du / dy
物理意义：液体在单位速度梯度下流动或有流动趋势时，相接触的 液层间单位面积上产生的内摩擦力。
法定计量单位：Pas （1Pas=1Ns/m2），以前沿用的单位为P（泊， dynes/cm），它们之间的关系是，1 Pas = 10 P。
；
Cq—流量系数 Cq=CvCc 。
液流完全收缩情况下（D/d ≥ 7）： 当 Re≤105 Cq = 0.964 Re-0、05
当 Re > 105 Cq = 0.61 ∽ 0.63 液流不完全收缩时（D/d < 7）， Cq = 0.7 ∽ 0.8
《液压与气压传动》
22..55..21液液体体流流过过缝小隙孔的的流流量量
《液压与气压传动》
2.污染的原因
生成物污染、侵入物污染、残留物污染
3．污染的控制
消除残留物污染、力求减少外来污染、滤除系统产生的杂质、定期 检查更换液压油
《液压与气压传动》
2.2 液体静力学基础
2.2.1液体的压力
液体的压力有如下特性：
第二章 液压油与液压流体力学基础
2.1 液体的物理性质
一、 液体的密度和重度
①密度：单位体积液体内所含有的质 量 单位：kg/m3，N.s2/m4 ②重度：单位体积液体的重量
g
二、流体的压缩性及液压弹簧刚性系数
压缩性：液体受压力作用其体积会减小的性质
2.1 液体的物理性质
①体积压缩系数k：当温度不变时，在压力的变化 下，流体密度（体积）所产生的相对变化量
2.3 流动液体力学
3、非恒定流动：通过空间某一固定点的各液 体质点的速度、压力和密度等任一参数只要 有一个是随时间变化的，即为非恒定流动。
4、一维流动：若运动参数（流速、压力、 密度等）只是一个坐标的函数，则称为一维 流动。 5、三维流动：通常流体的运动都是在三维 空间内进行的，若运动参数是三个坐标的函 数，则称这种流动为三维流动。
流束的特性： 恒定流动时，流束的形状不随时间改变； 流体质点不能穿过流束表面流入或流出； 流束是一个物理概念，具有一定的质量和 能量； 由于微小流束的横断面很小，所以在此截 面上各点的运动参数可视为相同。
2.3 流动液体力学
8、通流截面：流束中与所有流线正交的 截面。 9、微小流束：通流截面无限小时的流 束为微小流束，微小流束截面上各点 上的运动速度可以认为是相等的。 10、流量：单位时间内通过某通流截面 的液体体积。 Q=V/t
2.3 流动液体力学
11、平均流速：是假想的液体运动速度，认 为通流截面上所有各点的流速均等于该速度， 以此流速通过通流截面的流量恰好等于以实 际不均匀的流速所通过的流量。
2.3 流动液体力学
二、流量连续性方程
质量守恒 ：
单位时间内，流入质量－流出质量=控制体内质量的变化率
液压油和液压流体力学基础
第二章液压油和液压流体力学基础一、填空1.油液在外力作用下，液层间作相对运动而产生内摩擦力的性质，叫做油液的，其大小用表示。
常用的粘度有三种：即、和。
2.液体的粘度具有随温度的升高而，随压力增大而的特性。
3.各种矿物油的牌号就是该种油液在40℃时的的平均值，4.当液压系统的工作压力高。
环境温度高或运动速度较慢时，为了减少泄漏。
宜选用粘度较的液压油；当工作压力低，环境温度低或运动速度较大时，为了减少功率损失，宜选用粘度较的液压油。
5.液压系统的工作压力取决于。
6.在研究流动液体时，将既又的假想液体称为理想液体。
7.当液压缸的有效面积一定时，活塞的运动速度由决定。
8.液体的流动状态用来判断，其大小与管内液体的、和管道的有关。
9.在液压元件中，为了减少流经间隙的泄漏，应将其配合件尽量处于状态。
二、判断1.液压传动中，作用在活塞上的推力越大，活塞运动的速度越快。
（）2.油液在无分支管路中稳定流动时，管路截面积大的地方流量大，截面积小的地方流量小。
（）3.习题图2-1所示的充满油液的固定密封装置中，甲、乙两个用大小相等的力分别从两端去推原来静止的光滑活塞，那么两活塞将向右运动。
（）习题图2-14.液体在变径的管道中流动时，管道截面积小的地方，液体流速高，压力小。
( )5.流经环形缝隙的流量，在最大偏心时为其同心缝隙流量的2.5倍。
( )6.液压系统的工作压力一般是指绝对压力值。
( )7.液压油能随意混用。
（ )8.在液压系统中，液体自重产生的压力一般可以忽略不计。
( )9.习题图2-2两系统油缸尺寸相同，活塞匀速运动，不计损失，试判断下列概念：（1）图b活塞上的推力是图a活塞上推力的两倍；（）（2）图b活塞上的运动速度是图a活塞运动速度的两倍；（）（3）图b缸输出的功率是图a缸输出功率的两倍；（）（4）若考虑损失，图b缸压力油的泄漏量大于a缸压力油的泄漏量。
（）（a）（b）习题图2-2三、单项选择1.液压系统的执行元件是。
第二章 液压油与液压流体力学基础
五、静压力基本方程的物理意义
p0 + ρ 0 gz0 = p1 + ρ1 gz1
或： p + z = 常数 ρg
静压力基本方程的物理意义是： 静压力基本方程的物理意义是：静 止液体内任何一点具有压力能和位 能两种能量形式， 能两种能量形式，且其总和保持不 即能量守恒。 变，即能量守恒。但是两种能量形 式之间可以相互转换。 式之间可以相互转换。
一、液体的密度和重度
• 定义 定义
ρ = lim
∆m dm = ∆V → 0 ∆ V dV
ρ ——液体的密度(kg/m3)；
∆V——液体中所任取的微小体积(m3)； ∆m——体积∆V中的液体质量(kg)；
对于均质流体
式中 m——液体的质量(kg)； V——液体的体积(m3)。 对于均质液体，其重度 γ 是指其单位体积内所含液体的重量。
不含力、质量单位，只含 不含力、质量单位， 运动学单位。 µ ν= 故采用作为一个参数。 理论计算中常出现 ρ ，故采用作为一个参数。 我国机械油牌号就是相应的运动粘度——厘斯数值。 厘斯数值。 我国机械油牌号就是相应的运动粘度 厘斯数值
相对粘度
我国采用恩氏粘度
五、粘度与温度的关系
• 液压系统中使用的矿物油对温度的变化很敏感，当温度升高时， 粘度显著降低，这一特性称为液体的粘―温特性。粘―温特性 常用粘―温特性曲线和粘度指数Ⅵ来表示.
第2章 液压油与液压流体力学基础
• 液压传动以液体作为工作介质来传递能量和运动。因此，了解 液体的主要物理性质，掌握液体平衡和运动的规律等主要力学 特性，对于正确理解液压传动原理、液压元件的工作原理，以 及合理设计、调整、使用和维护液压系统都是十分重要的。
2.1 液体的物理性质
第二章 液压油与液压流体力学基础
液体单位面积上所受的法向力，称为压力，以p表示，单位Pa、Mpa
F p lim A 0 A
静止液体的压力称为静压力。
性质： （1）液体的压力沿内法线方向作用于承压面上； （2）静止液体内任一点处的压力在各个方向上都相等。
二、重力作用下静止液体中的压力分布 间内流过某一通流截面的液体体积称为流量。 流量以q表示，单位为m³ /s或L/min。
q = V/t = Al/t = Au
当液流通过微小的通流截面dA时，液体在该截面上各 点的速度u可以认为是相等的，所以流过该微小断面的 流量为 dq=udA 则流过整个过流断面A的流量为
m V
(kg / m 3 )
式中：V——液体的体积，单位为m3；
m——液体的质量，单位为kg。
液体的密度随压力或温度的变化而变化，但变化量很 小，工程计算中忽略不计。
（二）液体的可压缩性 液体受压力作用而使体积减小的性质称为液体的可 压缩性。通常用体积压缩率来表示：
1 V k p V0
单位：㎡/s 1㎡/s=104㎝2/s =104斯（St）=106mm2/s =106厘斯（cSt）
液压油牌号：
国际标准按运动粘度对油液的粘度等级（即牌号）进行 划分。常用它在某一温度下（40℃）的运动粘度平均值来表 示，如VG32液压油，就是指这种液压油在40℃时运动粘度 的平均值为32mm2/s（cSt）。
2、粘度 粘性的大小用粘度表示。常用的粘度有三种，即动力 粘度、运动粘度和相对粘度。 ⑴动力粘度 动力粘度又称绝对粘度
du / dy
动力粘度的物理意义是：液体在单位速度梯度下流动 时，流动液层间单位面积上的内摩擦力。 单位： N· s/㎡或Pa· s
《液压与气压传动》第二章 液压油与液压流体力学基础
液体所受的压力增大时，其分子间 的距离将减小，内摩擦力增大，粘 度亦随之增大。
4、粘度与温度的关系
油液的粘度对温度的变化极为敏感， 温度升高，油的粘度即显著降低。 油的粘度随温度变化的性质称粘温 特性。
四、其它性质
抗燃性、抗凝性、抗氧化性、抗泡沫性、 抗乳化性、防锈性、润滑性、导热性、介 电性、相容性、纯洁性
dq=udA 则流过整个过流断面A的流量为
q
q
uuddAA
AA
A
(2 16)
q
A
4.层流、紊流、雷诺数
液流是分层的， 层与层之间互 不干扰，液体 的这种流动状 态称为层流
液流不分层， 处于紊乱状态， 称为紊流
雷诺数Re
Re d
对通流截面相同的管道来说，若液流的 雷诺数Re相同，它的流动状态就相同。
pA p0A ghA
p p0 gh
(2 14)
重力作用下的静止液体，其压力分布有 如下特征：
⑴静止液体内任一点处的压力都由两部 分组成：一部分是液面上的压力po，另 一部分是该点以上液体自重所形成的压 力，即ρg与该点离液面深度h的乘积。当 液面上只受大气压力pa作用时，则液体 内任一点处的压力为：
垂直于流束的的截面称为通流截面 （或过流断面），通流截面上各点的 运动速度均与其垂直。因此，通流截 面可能是平面，也可能是曲面。
通流面积无限小的流束称为微小流束。
3.流量和平均流速 单位时间内流过某一通流截面的液体体积称为
流量。流量以q表示，单位为m³/s或L/min。
当液流通过微小的通流截面dA时，液体 在该截面上各点的速度u可以认为是相 等的，所以流过该微小断面的流量为
⑶相对粘度 相对粘度又叫条件粘度，它是采用特
液压油与液压流体力学基础
第2章 液压流体力学基础液压传动以液体作为工作介质来传递能量和运动。
因此，了解液体的主要物理性质，掌握液体平衡和运动的规律等主要力学特性，对于正确理解液压传动原理、液压元件的工作原理，以及合理设计、调整、使用和维护液压系统都是十分重要的。
2.1液体的物理性质液体是液压传动的工作介质，同时它还起到润滑、冷却和防锈作用。
液压系统能否可靠、有效地进行工作，在很大程度上取决于系统中所用的液压油液的物理性质。
2.1.1液体的密度液体的密度定义为dV dm V m V =∆∆=→∆0limρ （2.1） 式中 ρ——液体的密度（kg/m 3）；ΔV ——液体中所任取的微小体积（m 3）；Δm ——体积ΔV 中的液体质量（kg ）；在数学上的ΔV 趋近于0的极限，在物理上是指趋近于空间中的一个点，应理解为体积为无穷小的液体质点，该点的体积同所研究的液体体积相比完全可以忽略不计，但它实际上包含足够多的液体分子。
因此，密度的物理含义是，质量在空间点上的密集程度。
对于均质液体，其密度是指其单位体积内所含的液体质量。
V m =ρ （2.2） 式中 m ——液体的质量（kg ）；V ——液体的体积（m 3）。
液压传动常用液压油的密度数值见表2.1。
表2.1 液压传动液压油液的密度变化忽略不计。
一般计算中，石油基液压油的密度可取为ρ＝900kg/m 3。
2.1.2液体的可压缩性液体受压力作用时，其体积减小的性质称为液体的可压缩性。
液体可压缩性的大小可以用体积压缩系数k 来表示，其定义为：受压液体在发生单位压力变化时的体积相对变化量，即VV p k ∆∆-=1 （2.3） 式中 V ——压力变化前，液体的体积；Δp ——压力变化值；ΔV ——在Δp 作用下，液体体积的变化值。
由于压力增大时液体的体积减小，因此上式右边必须冠一负号，以使k 成为正值。
液体体积压缩系数的倒数，称为体积弹性模量K ，简称体积模量。
V K p V=-∆∆ （2.4） 体积弹性模量K 的物理意义是液体产生单位体积相对变化量所需要的压力。
2液压油与液压流体力学基础
2、细长孔 (l/d>4）
d 4 p q 128l
d2 32 l
AT p
液流经过细长孔的流量和孔前后压差成正比，和液体粘 度成反比，流量受液体温度影响较大
3、短孔（0.5<l/d≤4)
q AT Cq 2 P
Cq应按曲线查得，雷诺数较大时， Cq基本稳定在0.8 左右。短 管常用作固定节流器
R 0
p 2 2 p 4 d 4 2 ( R r )rdr R p 4l 8l 128l
q 1 d 4 d2 流速v 2 p p A d / 4 128l 32l
3、沿程压力损失
32lv 64 l v 2 l v 2 p 2 d d / d 2 d 2
基本概念
•流线：某一瞬间液流中一条条标志其质点运动状态的曲线。 •流管：过流场内一条封闭曲线的所有流线所构成的管状表面。 •流束：流管内所有流线的集合。 •通流截面（流断面）：垂直于流束的的截面。通流截面上各 点的运动速度均与其垂直。
基本概念
•流量：单位时间内流经某通流截面流体的体积， 流量以q表示，单位为m3/s 或 L/min •流速：流体质点单位时间内流过的距离， 实际流体内各质点流速不等 •平均流速：通过流体某截面流速的平均值
第2章 液压油与 液压流体力学基础
2.1 液体的物理性质
液体是液压传动的工作介质，同时它还起到润滑、 冷却和防锈作用。 液压系统能否可靠、有效地进行工作，在很大程度 上取决于系统中所用液压油的物理性质。
2.1.1 液体密度和重度
• 单位体积液体的质量称为液体的密度
液体的可压缩性
液体受压力作用而使体积减小的性质称为液体的可压缩性。
2.5.1 液体流过小孔的流量
液压与气压传动作业答案
《液压与气压传动》平时作业平时作业（一）第一章概述1.液压传动系统由哪几部分组成？各个组成部分的作用是什么？答:（1）能源装置：将原动机所提供的机械能转变成液压能的装置，通常称液压泵。
（2）执行元件：将液压泵所提供的液压能转变称机械能的元件。
（3）控制元件：控制或调节液压系统中液压油的压力、流量和液压油的流动方向元件。
（4）辅助元件：上述三部分以外的其他元件，例如油箱、油管、管接头、蓄能器、滤油器、冷却器、加热器及各种检测仪表等，它们的功能各不相同，但对保证系统正常工作有重要作用。
（5）工作介质：油液或液压液，是液压传动中能量传递的载体。
2.液压传动的主要优缺点是什么？答：优点：（1）与机械传动、电力传动同功率相比较时，液压传动的体积小、重量轻、结构紧凑。
（2）工作平稳、反应快、冲击小、能高速启动、制动、能够频繁换向。
（3）可实现大范围的无级调速，能在运行过程中进行调速，调速范围可达（2000：1）。
（4）控制方便，易于实现自动化，对压力、流量、方向易于进行调节或控制。
（5）易于实现过载保护。
（6）液压元件已经标准化、系列化和通用化，在液压系统的设计和使用中都比较方便。
（7）有自润滑和吸振性能。
缺点：（1）不能保证严格的传动比。
（2）损失大，有利于远距离传输。
（3）系统工作性能易受温度影响，因此不易在很高或很低的温度条件下工作。
（4）液压元件的制造精度要求高，所以元件价格贵。
（5）液压诉故障不易查找。
（6）工作介质的净化要求高。
第二章液压油与液压流体力学基础1.试解释下列概念（1）恒定流动：液体流动时，若液体中任何一点的压力、流速和密度都不随时间而变化，这种流动就称为恒定流动。
（2）非恒定流动：流动时压力、流速和密度中任何一个参数会随时间变化，则称为非恒定流动（也称非定常流动）。
（3）通流截面：液体在管道中流动时，垂直于流动方向的截面称为通流截面。
（4）流量：单位时间内，流过通流截面的液体体积为体积流量，简称流量。
第二章 液压油与液压流体力学基础
第二章液压油与液压流体力学基础2.1重点、难点分析本章是液压与气压传动课程的理论基础。
其主要内容包括：一种介质、两项参数、三个方程、三种现象。
一种介质就是液压油的性质及其选用；两个参数就是压力和流量的相关概念；三个方程就是连续性方程、伯努利方程、动量方程；三种现象就是液体流态、液压冲击、空穴现象的形态及其判别。
在上述内容中重点内容为：液压油的粘性和粘度；液体压力的相关概念如压力的表达、压力的分布、压力的传递、压力的损失；流量的相关概念如：流量的计算、小孔流量、缝隙流量；三个方程的内涵与应用。
其中，液压油的粘度与粘性、压力相关概念、伯努利方程的含义与应用、小孔流量的分析是本章重点的重点也是本章的难点。
1．液压油的粘性是液体流动时由于内摩擦阻力而阻碍液层间相对运动的性质，粘度是粘性的度量。
液压油的粘度分为动力粘度、运动粘度和相对粘度。
动力粘度描述了牛顿液体的内摩擦应力与速度梯度间的关系，物理意义明确但是难以实际测量；运动粘度是动力粘度与密度的比值，国产油的标号就是用运动粘度的平均厘斯值的表达，实用性强，直接测量难；相对粘度就是实测粘度，其中恩氏粘度就是用恩氏粘度计测量油液与对比液体流经粘度计小孔时间参数的比值，直观性强，物理意义明确，操作简便。
在一般情况下，动力粘度用作粘度的定义，运动粘度用作油品的标号，相对粘度用作粘度的测量。
三者的换算关系可以用教材中所提供的公式解算，也可通过关手册所提供的线图查取。
影响粘度的因素主要有温度和压力，其中温度的影响较大。
在选用液压油时，除考虑环境因素和设备载荷性质外，主要分析元件的运动速度、精度以及温度变化等因素的影响。
2．液压系统中的压力就是物理学中的压强，压力分静止液体的压力和流动液体的压力两种；按参照基准不同，压力表达为绝对压力、表压力和真空度；在液压系统中，压力的大小取决于负载（广义负载）；压力的传递遵循帕斯卡原理，对于静止液体压力的变化量等值传递，对于流动液体压力传递时要考虑到压力损失的因素；压力分布的规律就是伯努利方程在静止液体内的一种表述形式。
第二章液压流体力学基础
一、液体静压力及其特性
1、压力：液体单位面上所受的法向力称为压力。 这一定义在物理学中称为压强，用p表示，单位为 Pa(N/m2)或MPa 1MPa=106Pa(其他单位见表)
Pa 1X105 bat 1 at 1bf/in2 atm
0.986923
mmH2O
1.01972X 104
mmHG
7.50062X102 3
a
h1 h2 p1
15
p1 gh1
1 12
2
p2 gh2
2 2 2
2
pw
α1 α2动能修正系数，层流时α=2，紊流时α=1
•3、动量方程
在液压传动中，要计算液流作用在固体壁面上的力时， 应用动量方程求解比较方便。 刚体力学动量定律：作用在物体上的力的大小等于物体 在力作用方向上的动量的变化率，即
p r
v
2
2
---局部阻力系数。 各种局部装臵的结构的ξ值可查相关手册
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（四）、管路系统的总压力损失
l v 2 v 2 p p p d 2 2
上式仅在两相邻的局部损失之间的距离大于
管道内径10∽20倍时才是正确的，否则液体
受前一个局部阻力的干扰还没有稳定下来， 就又经历后一个局部压力。它所受干扰就更 为严重因而利用上式算得的压力值比实际数 值小。
1、尽量缩短管道长度,减少管道弯曲和截面突变；
2、提高管道内壁的加工质量,力求光滑；
3、选用的液压油粘度要适当；
4、减小流速 其中流速的影响最大,故管道内液体的流速不能太快 ,但太小又使管道直径太大,成本增高,因此需统筹考 虑.推荐按下表中数值选取。
36
表 油液流经不同元件时的推荐流速
液压与气压传动第二章液压油与液压流体力学基础
我国和德国等国家采用恩氏粘度。
2006-9-2
6
(4)温度对粘度的影响 液压油的粘度对温度变化十分敏感。温度升高时，粘度下 降。在液压技术中，希望工作液体的粘度随温度变化越小越 好。 粘度随温度变化特性，可以用粘度－温度曲线表示。
(1)油箱中的液面应保持一定高度； (2)正常工作时油箱的温升不应超过液压油所允许的范围，
一般不得超过65℃； (3)为防止系统中进入空气，要做到： ✓ 所有回油管都在油箱液面以下； ✓ 管口切成斜断面；
✓ 油泵吸油管应严格密封；
✓ 油泵吸油高度应尽可能小些，以减少油泵吸油阻力；可 能情况下，应在系统最高点设置放气阀；
洁净液压油
液压油
含水液压油
水一二元醇液压油乳化液 Nhomakorabea油包水 水包油
合成液压油
磷酸脂基液压油 合成液压油(如硅酮，卤化物等)
2006-9-2
9
5.液压油的使用要求
(1)适当的粘度：过大，造成水力损失增加，效率低；粘度小， 漏失大，容积效率低。
选择液压油还与具体使用条件有关。如夏天，粘度要大些， 冬天则选用粘度小；南方，用高号液压油，北方则选用低号 液压油。
(3)根据液压系统的工作压力、环境温度及工作部件的运动速 度确定液压油的粘度后，确定油的具体牌号。工作压力、环 境温度高，而控制的工作部件运动速度低时，为了减少泄露， 宜采用粘度较高的液压油，反之，则采用粘度较低的液压油。
总的来说，应尽量选用较好的液压油。
2006-9-2
第2章 液压油与液压流体力学基础
2).单位 2 国际单位制（SI） 1N/m =1Pa 106Pa=1Mpa 国际常用单位 1bar=105Pa 工程单位 1at（工程大气压）=1kgf/cm2 =9.8×104Pa≈1bar 1mH2O（米水柱）=9.8×103Pa 1mmHg（毫米汞柱）=1.33×102Pa
二. 压力的产生、传递和形成
1、
2油液占
体积百分数 系数c的数值:
a(%) b(%) c
与a、b有关的实验系数
10 90 6.7
20 30 40 50 60 70 80 80 70 60 50 40 30 20 13.1 17.9 22.1 25.5 27.9 28.2 25
90 10 17
4. 粘度与温度的关系
温度对油液粘度影响很大，油温升高，粘度显著下降 粘度对系统性能(如功耗和泄漏等)影响很大，因此希望 粘度随温度变化小－粘温性(图2-3)好。 粘温性图中，曲线斜率越小，粘温性越好
du A dy
单位：
Ff
牛顿液体内摩擦定律
du/dy一定时， 比例系数ε大，τ大 ε小，τ小
du dy
Pas
SI制
C.G.S.制 P（泊） 1P(泊)＝1dyns/cm2＝100cP(厘泊) 1Pas＝10P＝1000cP
2) 运动粘度υ
定义 单位
(4).按液压泵类型
泵类型
叶 工作压力 片 <=7MPa 泵 工作压力 >7MPa
工作温度 5-40°C 30~50
50~70
工作温度 40-80°C 25~44
35~55
齿轮泵
轴向柱塞泵 径向柱塞泵
30~70
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v hζ = 2g
2
ζ— 局部阻力系数，具体数值可查阅液压工程手册。
2.4
管道内压力损失的计算
1. 通流截面突然扩大处的局部损失
如图示，假设理想流体作恒定流
动，紊流状态，动能修正系数α=1， 列截面 1-1和 2-2 的伯努利方程
2 2 p1 v1 p2 v 2 hζ g 2 g g 2 g
l v 32l p 2 v d 2 d
2
p l v2 hλ g d 2g
式中λ——沿程阻力系数，理论值λ=64/Re。实际流动存在温 度变化、管道变形，实际应用中光滑金属管取λ=75/Re，橡胶管 取λ=80/Re。
结论
① 层流状态时，液体流经直管的压力损失Δp与粘度、管长、 流速成正比，与管径平方成反比。 ② 液体在管道中流动的能量损失表现为液体的压力损失，压 力差值用来克服流动中的摩擦阻力。
（1）层流 液体质点互不干扰，其流动呈线性或层状，且平
行于管道轴线的流动状态。
层流的特点
① 粘性力起主导作用，液体流速较低，质点受粘性力制约，
不能随意运动。
② 液体的能量主要消耗在粘性摩擦损失上，直接转化成热能，
一部分被液体带走，一部分传给管壁。
2.4
管道内压力损失的计算
（2）紊流 液体质点的运动杂乱无章，除了平行于管道轴线
2.4
管道内压力损失的计算
2.4.2 沿程压力损失 ⒈ 层流状态的沿程压力损失
在伯努利方程中，若只考虑沿程损失，则液体流经水平等直
径的管道时，在管长l 段的沿程能量损失为
2 2 p1 1v1 p2 2v 2 z1 z2 hw g 2 g g 2 g
p1 p2 p hw h g g
一般下临界雷诺数比较稳定，因 而用下临界雷诺数作为判断叶刘 形态的依据，又称临界雷诺数。
2.4
管道内压力损失的计算
2.4
管道内压力损失的计算
2.4
管道内压力损失的计算
紊流形成的必备条件：
涡体的形成 形成后的涡体，脱离原来的流层或流束，掺入 邻近的流层或流束
2.4
前提1：
管道内压力损失的计算
的运动外，还存在着抖动和剧烈的横向运动。
紊流的特点
① 惯性力起主导作用，液体流速较高，粘性力的制约作用 减弱。 ② 液体的能量主要消耗在动能损失上，该损失使液体搅动， 产生旋涡、尾流，并撞击管壁，引起振动，形成液体噪声，最终 化作热能消散掉。
2.4
⒉ 雷诺数
判断液体流动状态的无量纲组合数
2.4
管道内压力损失的计算
2.4
管道内压力损失的计算
涡体能否脱离原流层取决于惯性力和黏滞力的对比关系。雷诺数就是反 映这种对比关系的定量指标
当雷诺数小于临界雷诺数： 黏滞力起主导作用，不会产生 紊流。 当雷诺数大于临界雷诺数：
惯性力起主导作用，导致涡体
做无规则的随机运动（紊动）， 涡体两边的压差形成作用于涡体的作用力 于是就形成紊流。
圆管的沿程阻力系数λ计算式和粗糙度Δ 值见教材。
2.4
管道内压力损失的计算
2.4.3 局部压力损失
当液体流经阀口、弯管、突然变化的通流截面等处时，由于 流速或方向急剧变化，而造成的局部压力损失。
局部压力损失与液流的动能直接相关，计算式为
v2 pζ = 2
采用比能形式为 ρ— 液体的密度； v — 液流的平均流速，一般指局部阻力下游处的流速；
2.4
雷诺实验装置
管道内压力损失的计算
2.4
雷诺实验现象
管道内压力损失的计算
2.4
管道内压力损失的计算
层流（Laminar Flow） 亦称片流，是指在流速较小时，液体质点做有条不紊的有序 直线运动，水流各层或各微小流束上的质点彼此互不掺混的流动。
例如：毛细血管中的血液流动，流速很小的细直管道流动等等。
由于液体的粘滞性和边界面上的滞水作用，液流过水断面上
的流速常常是不均匀的。在各流层的相对运动中，由于粘滞性的
作用，在相邻各层间产生切应力。 对于某已选定的流层来说，流速较大的邻层作用与它的切应
力是顺流向的；流速较小的邻层作用与它的切应力是逆流向的。
因此选定流层所承受的切应力，有构成力偶并促使涡体产生 的倾向。 前提2： 流体的流动。
圆管层流时的压力损失为
128l 32l p q v 4 2 d d
vd 将 , Re ,
q
4
2
d 2v ,
代入Δp 和 hλ式中，
64 l v l v 得 p , Re d 2 d 2
2
p l v2 h g d 2g
2.4 管道内压力损失的计算
积分得
q
R
0
R 4 d 4 2 u rdr p p 8l 128l
8l p q 4 R
结论：液体在圆管中作层流流动时，其流量q 与d4 成正比，压
差Δp 与d4 成反比。故d 对q 或Δp 的影响很大。
2.4
管道内压力损失的计算
（3）平均速度v 和动能修正系数α 由前面的求解得出圆管层流的平均流速为
2.4
管道内压力损失的计算
AB段和DE段为直线段
AC段和DE段为直线段
2.4
管道内压力损失的计算
2.4
管道内压力损失的计算
2.4
管道内压力损失的计算
雷诺数和临界雷诺数
流动形态判别
用颜色水观察水流形态（可操作性差） 用临界流速判断（缺乏普适性）
雷诺等人发现：临界流速
由量纲分析得到无量纲量：
2.4
⒋ 圆管紊流
管道内压力损失的计算
液体作紊流流动时，任一处液体质点速度的大小和方向都随
时间变化，其本质是非恒定流动。 为了研究方便，工程上采用一定时间间隔T 内统计的平均值
u 来代替真实流速 u，将紊流当作恒定流动来看待。
通过理论分析得出最大流速为
umax ≈(1 ~ 1.3)v
得出动能修正系数α≈1.05，近似取α= 1。
q 4q 1 p 2 1 v= = 2 = • R = umax A d 2 4l 2
即 圆管通流截面上的平均流速为最大流速的一半。 根据实际速度动能与平均速度动能之比求得α为
u 3 u d A u dA A 2 A 3 1 2 v A v Av 2
2
R
0
p( R 2 r 2 ) 3 [ ] 2rdr 4l 2 2 pR 3 2 [ ] R 8l
流体力学与液压传动
2.4 管道内压力损失的计算 2.5 孔口间隙的流量-压力特性
2.6 液压冲击和气穴现象
2016/4/14 Thursday
2016年4月14日
第 2 章
液压流体力学基础
2.4 管道内压力损失的计算
实际液体具有粘性，为了克服粘性摩擦阻力，液体流动时要消
耗一部分能量。由于管道中流量不变，因此，能量损耗表现为压
式中 hζ——单位重量液体的局部压力损失（因路程短，不计沿 程损失）。
2.4
管道内压力损失的计算
经推导得出流通截面突然扩大处的局部损失为
2 2 A1 2 v1 v1 hζ (1 ) k A2 2 g 2g
ζk —— 突然扩大时的局部损失系数，仅与截面A1与A2有关
v1 —— 流通截面1-1处的平均流速。 小结
2
du 因 F f 2rl , dr du p 则 r dr 2l
令 p p1 p2 ,
2.4
将上式积分得
管道内压力损失的计算
p 2 u r C 4l
p 2 C R 4l
常数C由边界条件确定，当r = R 时，u = 0，得
速度分布表达式为 u p ( R 2 r 2 )
力损失，损耗的能量转变为热量，使液压系统温度升高。 压力损失产生的内因是液体的粘性，外因是管道结构。 两种压力损失 ① 沿程压力损失 液体在等径直管中流动时，由于粘性摩擦
而产生的压力损失。
② 局部压力损失 管道的截面突然变化、液流方向突然改变 而引起的压力损失。
2.4
管道内压力损失的计算
2.4.1 液体的流动状态 ⒈ 层流和紊流
Re
雷诺数Re反映了液体流动时，所受到的惯性力与粘性力之比。 流动状态的判断方法 临界雷诺数Recr —— 液体由紊流转变为层流时的雷诺数。 当实际Re <Recr 时液体为层流；当Re > Recr 时液体为紊流。 Recr的取值可见教材“液流管道的临界雷诺数表”。 一般液压系统采用矿物油，其粘度较大，管中流速不大，液 体流动状态多属层流。当液流流经阀口或弯头时才形成紊流。
2.4
3. 圆管层流
管道内压力损失的计算
（1）速度及其分布规律 如图，油液在半径为R的等径水平圆管中作恒定层流流动，在 管内取出一段半径为 r，长度为 l，与管轴相重合的微小圆柱体。 作用在两端面上的压力为p1 和 p2，作用在侧面上的摩擦力为Ff 。 根据力的平衡有
( p1 p2 )r F f
2.4.4 管路中的总压力损失 1. 表达式
液压系统管路的总能量损失等于所有直管中沿程损失和与局 部能量损失的总和
l v2 v2 hw hλ hζ d 2g 2g
总压力损失为
pw ghw
注意 上式仅在两相邻局部损失间的距离大于管道内径10倍以
上才是正确的。否则导致算出的压力损失比实际值小。
4l
结论：管内流速u 沿半径方向呈抛物线规律分布。管内最大流 速在轴线上，即r = 0 处，其值为
umax
Δp 2 p 2 R d 4 l 16l
2.4
（2）流量与压力差