流体力学基础讲解

液体的粘性：液体体微团间因相对运 动而产生内摩擦力的性质。
注意： 液体流动时才会出现粘性；静止液体
不呈现粘性。
重要的概念：粘度！是对液体粘性大小的 度量；是选择液压油的主要指标。
流体传动
牛顿内摩擦力定律
y
流体力学基础 u0
dy
u du
u
h
y
0
x
液体粘性示意图
流体传动
流体力学基础
结论：实验测定表明，当液体流动时，相
绝对湿度：每一立方米的湿空气中所含水 蒸气的质量；通常用 表示，即
ms
V
；单位：kg/m3。
另外，也可用下式表示绝对湿度。
流体传动
流体力学基础
式中：


s

ps RsT
ms — 水蒸气的质量，单位为kg；
V — 湿空气的体积，单位为m3； s — 水蒸气的密度，单位为kg/ m3 ；
流体传动
流体力学基础
如前图所示，A 的表面上作用着 Fn 的 法向力和 Fτ 的切向力，则 A 上的平均
法向应力 pm 和切向应力 m 为：
pm

Fn A
;
m

Fτ A
当微小面积 A 趋于零，并对上述关系式 取极限时，则得到流体内某定点处的应力 为：
流体传动
流体力学基础
p lim Fn dFn ; A0 A dA
液体的含气量：液体中所含气体的体积百 分数。
注意：液体中的空气有混入和溶入两种。
问题：什么叫空气的混入和溶入？对液体 物理性质有什么影响？Βιβλιοθήκη 流体传动流体力学基础
当液体中混入了空气，则液体的动力粘度 可按式：B 0(1 0.015B) 计算。
式中，B 为混入空气的体积百分数，0 为 未混入空气时的液体的动力粘度，B 为混 入 B 的空气时的液体的动力粘度。
温度、压力对液体粘度的影响
温度的影响：温度升高，粘度下降；温度 降低，粘度增大。 上述粘度随温度的这一变化特性，被称之 为粘温特性。 一般用粘度指数 V.I 来度量液体的粘温特 性。
粘度指数 V.I=
被测液体的粘度随温度变化的程度 标准液体的粘度随温度变化的程度
流体传动
流体力学基础
液压油的动力粘度与温度间的关系为：
流体传动
流体力学基础
容积含湿量：与单位体积干空气混合的 水蒸气的质量，用 d ' 表示，即
d ' gd (kg/m3)
式中： d — 质量含湿量，单位为g/kg； g — 干空气的密度，单位为kg/m3 。
结论：当气温下降时空气的含湿量降低。
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流体力学基础
压缩空气的析水量：每小时从压缩空气中
注意：重力、离心力及一切由于加速度存在 而产生的惯性力均为质量力。
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3）单位质量力：单位质量的质量力。
事实上，单位质量力数值上就等于加速度。 4）表面力：由于流体之间表面的相互接触
所产生的作用力。 5）表面力的性质：只与接触表面积有关，
而与流体的质量或体积无关，也为向量。 6）单位表面力：单位表面积上的表面力被 称为应力。 注意：按表面力作用在表面上的方向不同， 又分为法向力和切向力。
V
流体传动
流体力学基础
上式中
— 液体的密度；
V — 液体的体积； m — 液体的质量。
性质：液体的密度随着压力或温度的变 化而发生变化，但一般变化量很小。
液体的可压缩性：液体因所受压力增大 而造成的体积缩小的性质。
问题：如何表示液体的可压缩性大小？
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表示的方法：一般用压缩率 来衡量压 缩性的大小。其具体定义如下：当液体 所受的压力增大 p 时，液体体积 V0 的 相对变化率，即
ps — 水蒸气的分压力，单位为Pa；
Rs — 水蒸气的气体常数， Rs 462.05J/(kg.K)；
T — 热力学温度，单位为K。
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流体力学基础
饱和绝对湿度：在一定温度下，一立方米 饱和湿空气中所含水蒸气的质量；用 b表 示饱和绝对湿度的大小，即
式中：
b

b

pb RsT
b — 饱和湿空气中水蒸气的密度， 单位为kg/ m3 ；
结论：温度升高，气体的粘度增大。 （为什么？）
气体的压缩性和膨涨性：气体体积随压 力增大而减小的性质称为气体的压缩性； 气体体积随温度升高而增大的性质称为气 体的膨胀性。
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湿空气：含有水蒸气的空气。通常用湿 度和含湿量来表示湿空气所含的水量大小。 湿度又有绝对湿度和相对湿度之分。
的密度之比，即



运动粘度 的单位：m2/s（米2/秒）。
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3.相对粘度，主要有： 恩氏粘度（°E）； 赛氏粘度（SSU）； 雷氏粘度（R1S）； 巴氏粘度（°B）。
恩氏粘度（°E）：采用恩氏粘度计进行 测定，即将 200ml 温度为 t℃ 的被测液 体装入恩氏粘度计的容器中， 由其底部 2.8mm的小孔流出，测出液体流尽的时
lim Fτ dFτ .
A0 A dA
问题： 1）流体在什么情况下才产生切应力？ 2）对于流体而言，法向力的方向如何？
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流体力学基础
7）理想流体：忽略了流体粘性的流体。
结论：理想流体内不存在切应力。
工作介质的物理性质
液体的密度：单位体积液体所具有的质 量，即
m
析出水的质量，用 Qm 表示，即
Qm 60qz
式中：
d

'b1
( p1 pb1)T2
( p2 pb2 )T1
d
'b2

(kg/h)
qz — 从外界吸入压缩机的空气流量， 单位为m3 /min;
— 压缩前空气的相对湿度；
T1、p1— 分别为压缩前空气的温度(单位为 K) 和绝对全压力 (单位为MPa)；
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流体力学基础
间为 t1，再测出同体积温度为 20 ℃ 的 蒸馏水在同一容器中流尽所需的时间 t2 ；则这两个时间之比，即为被测液体在
t ℃ 下的恩氏粘度。
°E
t1 t2
注意：恩氏粘度与运动粘度间有下列关系：



7.31E－6.E31
106
m2 /s
流体传动
流体力学基础
流体传动
流体力学基础
注意：对于实际石油基液压油，其体积弹 性模量与温度、压力和混入的空气量有关 。一般规律：温度升高，K 值减小；压力 增大，K 值增大；混入的空气量越大，K 值将大为减小。
建议：实际使用时，对于实际石油基液压 油，体积弹性模量取为：
（0.7~1.4） 103 MPa
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流体力学基础
流体传动
流体静力学
流体力学基础
要点： 1）流体静力学的主要研究内容 2）静止液体中的压力及其特性 3）静止液体的平衡方程 4）压力的传递与表示 5）静压力对固体壁面的作用力
pb — 饱和湿空气中水蒸气的分压力， 单位为Pa。
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流体力学基础
相对湿度：在同一温度下，湿空气的绝
对湿度与饱和绝对湿度之比；用 表示
，即


b
100%
ps pb
100%
结论：当 0 ，即ps 0 时，空气绝对干 燥；当 100 ，即 ps pb时，空气达到饱 和湿度。
空气分离压：过饱和的空气将突然自液体 中分离出来而产生大量气泡时所对应的液 体压力，一般用字母 pg 表示。
流体传动
流体力学基础
注意：温度升高，空气溶解量和混入量大， 则液压油的空气分离压增大。
饱和蒸汽压：在一定的温度下，当液体的 压力低于某一数值时，液体将迅速汽化， 产生大量气泡而沸腾，此时所对应的压力 被称为该种液体在该温度下的饱和蒸汽压。
流体传动
流体力学基础
可近似取为：1/432 。
结论：综合压力和温度对液体粘度大小 的关系式为：
其中：
e p(tt0) 0
— 是压力为 p ，温度为t℃时的
粘度；
0 —是压力为 1个大气压 ，温度为 t0℃ 时的粘度。
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流体力学基础
液体的含气量、空气分离压和汽化压
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流体力学基础
含湿量：分有质量含湿量和容积含湿量。
质量含湿量：每千克质量的干空气中所混
合的水蒸气的质量；用 d 表示，
即
d
式中：
ms mg
622
ps pg

622
pb p pb
(g/kg)
ms — 水蒸气的质量，单位为g； mg— 干空气的质量，单位为kg； pb — 饱和水蒸气的分压力，单位为MPa； p — 湿空气的全压力，单位为MPa。
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流体力学基础
压力，p0 0.1013MPa；T 为热力学温度， T 273.16t ，单位为K；t 为温度。
湿空气的密度为：
s

0
273.16 T

p

0.0378
0.1013
pb
式中，pb 为饱和空气中水蒸气的分压力； 为空气的相对湿度。
流体传动
流体力学基础
气体的粘性：气体的粘性受温度的影 响较大，受压力影响甚微。
邻液层间的摩擦力 Ff 与液层接触面积 A 、 液层间的速度梯度 du / dy 成正比，即
Ff


A
du dy
式中， 被称为粘性系数或动力粘度。
若以 表示液层间的切应力，则上式变为