第二章 液压油与液压流体力学基础

p pa gh
⑵静止液体内的压力随液体深度变化呈直线规律分布。 ⑶离液面深度相同的各点组成了等压面，此等压面为一 水平面。
（二）静压力基本方程的物理意义
p p0 gh p0 g ( z0 z )
p0 p z z0 常数 g g
Z: 单位重量液体的位能,称位置水头 p g :单位重量液体的压力能,称压力水头 静止液体内任一点具有压力能和位能两种能量形式， 且其总和保持不变，即能量守恒。两种能量形式之间可以 相互转换。
⑶相对粘度 相对粘度又叫条件粘度，它是采用特定的粘度计在规定 的条件下测量出来的的粘度。由于测量条件不同，各国所用 的相对粘度也不同。中国、德国和俄罗斯等一些国家采用恩 氏粘度，美国用赛氏粘度，英国用雷氏粘度。
恩氏粘度用恩氏粘度计测定，即将200
ml被测液体装入恩氏粘 度计中，在某一温度下，测出液体经容器底部直径为φ2.8㎜小孔 流尽所需的时间t1，与同体积的蒸馏水在20℃时流过同一小孔所 需的时间t2（通常t2=52s）的比值，便是被测液体在这一温度时 的恩氏粘度。
四、静止液体内压力的传递

在密闭容器内，施加于静止液体的压力将以等值传递到液 体各点，这就是帕斯卡原理，或称静压力传递原理。
F G 2 d D 2 4 4
液体内的压力是由外界负载作用所形成的，即系统的压 力大小取决于负载。
五、静压力对固体壁面的作用力 1 固体壁面为平面 2 固体壁面的为曲面 F=PA
q udA A q udA
A A
(2 16)
q A
液压缸的运动速度取决于进入液液压缸的流量，并 且随着流量的变化而变化。 流量也可以用质量流量来表示。
(2
二、连续性方程
根据质量守恒定律

ρ1v1A1=ρ2v2A2
当忽略液体的可压缩性时，ρ1=ρ2，则得 v1A1=v2A2 或写成 q =vA=常数
｛ 改善物理性能
改善化学性能
分类代号
静压液压油 L-HH HL HM HR HV
组成及性能特点
常用名称
精制矿物油 HH加抗氧防锈剂 HL加极压抗磨剂 HL改善低温流动性 HM改善粘温特性
普通液压油 机床通用液压油 抗磨液压油 低温液压油 高指数抗磨液压油
HS
HG 动力传动油 L-HA HN
HM改善低温流动性
pA p0 A ghA
p p0 gh
1
(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：
四、液压油的选择 考虑因素： 工作环境 工作条件 油液品质 经济性
一般根据泵的要求选择液压油的粘度。
思考题：
1. 2. 液压油有那些性质？与什么因素有关？液压油的牌 号与粘度有什么关系？如何选用液压油？ 已 知 某 液 压 油 在 20℃ 时 的 恩 氏 粘 度 为 º 20=10 ， 在 E 80℃时为º 80=3.5，试求温度为60℃时的运动粘度。 E
曲面在某一方向上所受的液 压力，等于曲面在该方向的投 影面积和液体压力的乘积。
对于球阀和锥阀
F p A p

4
d
2
§2-3 液体动力学 一、基本概念
1.理想液体、恒定流动、一维流动 理想液体：一种假想的既无粘性又不可压缩的液体。 恒定流动：液体流动时，液体中任一点处的压力、速 度和密度等参数都不随时间而变化。 （或称定常流动、 非时变流动） 反之，只要压力、速度或密度中有一个参数随时间 变化，就称非恒定流动（或称非定常流动、时变流动）。 一维流动：当液体整体作线形流动时，称为一维流动。 即液体的流动参数仅仅是一个坐标的函数。
绝对压力、相对压力与真空度间的相互关系
表压力（相对压力） 大气压力 绝对压力
真空度 绝对压力
绝对真空
绝对压力、相对压力与真空度间的相互关系



绝对压力=大气压力+相对压力 真空度=大气压力-绝对压力 压力的常用单位为Pa（帕，N/㎡）、MPa（兆帕，N/㎜² ），bar （巴） 常用压力单位之间的换算关系为：1MPa=106 Pa，1bar=105 Pa。 1atm(标准大气压） ≈ 1bar=105 Pa
2.流线、流管和流束

流线：某一瞬间液流中一条条标志其 质点运动状态的曲线。流线上各点的 瞬时液流方向与该点切线方向重合。 由于液流中每一点在每一瞬间只能 有一个速度，因而流线既不能相交， 也不能转折，它是一条条光滑的曲 线。 流管：由任一封闭曲线上的流线所 组成的表面。 微小流束：流管面积趋近于零时称 为微小流束。 通流截面：流束中与所有流线正交 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。
第二章 液压液与液压流体力学基础
§2-1 液压液的特性与选择
§2-2 液体静力学
§2-4 管道中液流的特性 §2-5 气穴现象和液压冲击
§2-1 液压液的特Βιβλιοθήκη Baidu与选择
一、液压液的分类 液压油分类新标准： GB/T7631.2-2003 ISO6743-4-1999 多数液压设备采用石油基液压液。 基油为精制的石油润滑油馏分，添加剂分两类：

E50
t2 153 3 51
O
6.31 7.31 E50 19.83m m2 / s 3 19.83 10 6 m 2 / s
19.83106 900
178 5 10 4 Pa s .
3、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。 粘-温特性常用粘度指数VI来度量。粘度指数高，说明 粘度随温度变化小，粘-温特性好。 4、粘度与压力的关系 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。在低压时变化不明显。
3. 已知某液压油的运动粘度为32㎜² /s，密度为900㎏/m³ ， 问：其动力粘度和恩氏粘度各为多少？ 作业： 1.什么是粘性？粘性有哪几种表示方法？压力和温度对粘 性有何影响？ 2.2-5
§2-2
一、液体的压力

液体静力学
质量力 单位质量力数值上等于加速度。 表面力 单位面积上作用的表面力称为应力。
三、对液压油的要求 （1）合适的粘度，较好的粘温特型。 （2）润滑性能好。 （3）质地纯净、杂质少。 （4）对金属和密封件有良好的相容性。 （5）对热、氧化、水解、剪切都有良好的稳定性。 （6）抗泡沫性好，抗乳化性好，腐蚀性小，防锈性好。
（7）体积膨胀系数小，比热容大。
（8）流动点和凝固点低，闪点和燃点高。 （9）对人体无害，成本低。
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

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。
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
HM改善粘滑特性
合成抗磨液压油
液压导轨油
精制基础油加多功能复合剂 精制基础油加多功能复合剂
轿车自动传动液 载重车自动传动液
抗燃液压油 L-HFAE HFAS HFB HFC O/W(水色油)型乳化液 含水>80% 水色油型乳化液压油 合成化学品水溶液 含水>80% W/O(油色水)型乳化液 含水约 40% 聚合物水溶液 含水>35% 高水基液压油 油色水型也化液压油 水-乙二醇液压油
三、压力的表示方法和单位
液体压力分为绝对压力和相对压力两种： 绝对压力 以绝对真空为基准测得的压力。 相对压力 以大气压为基准测得的压力，也叫表压力。 真空度 如果液体中某点的绝对压力小于大气压力，这时，比大气压力 小的那部分数值叫做真空度。
表压力（相对压力） 大气压力 绝对压力
真空度 绝对压力
绝对真空

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
⑵运动粘度ν 动力粘度与该液体密度的比值叫运动粘度， 用ν表示 。
物理意义： 单位压力变化下的体积相对变化量。 式中k——液体的体积压缩率； V——液体的体积； ΔV0——体积变化量； Δp——压力增量。
k的倒数称为液体的体积弹性模量，以K表示 ： 1 V p K k V
体积弹性模量表示产生单位 体积相对变化量时所需要 的压力增量，说明液体抵抗压缩能力的大小。 纯净液压油的体积弹性模量K=（1.4～2.0）×109Pa， 体积弹性模量和温度、压力有关 。温度增大，K值减小， 压力增大，K值增大。 液压液中有游离气泡时，K值大大减小。
（三）液体的粘性 1、粘性的意义 液体在外力作用下流动时，液 体分子间的内聚力会阻碍其分 子的相对运动，即具有一定的 内摩擦力，这种性质称为液体 的粘性。
du F f A dy
---粘性系数
演示
du dy
上式称为牛顿液体内摩擦定律。
液体只有在流动（或有流动趋势） 时才会呈现粘性。
HFDR
HFDU 环保型液压油 L-HETG HEES
磷酸酯合成油 无水
合成酯或其他合成油 无水
磷酸酯抗燃液压油
特种合成抗燃液压油
植物油(甘油酯) 不溶于水 合成酯类油 不溶于水
天然脂肪液压油 合成酯液压油
HEPG
HEPR
聚二醇(聚醚) 可溶于水
合成烃(PAO) 不溶于水
聚二醇液压油
合成烃液压油
二、液压油的物理性质 （一）密度 单位体积液体的质量称为液体的密度，通常用“ρ”表示

这就是液流的连续性方程。
在恒定流动中，通过液流各截面的不可压缩液体的流 量是相等的。因而流速和过流断面成反比。
三、能量方程（伯努利方程） 1、理想液体微小流束的伯努利方程
2 2 p1 u1 p2 u2 z1 z2 g 2 g g 2 g
p
g
z
u2 2g
c
物理意义：在密闭管道内作恒定流动的 理想液体，具有三种形式的能量即压力 能、动能和位能，它们之间可以相互转 化，但在管道内任一处，单位重量的的 液体所包含的这三种能量的总和是一定 的。

t1 Et t2
恩氏粘度与运动粘度之间的换算关系式为：
6.31 7.31 E E

(2 9)

上式中ν的单位是mm2/s（cst）。
国际标准化组织规定统一采用运动粘度表示油的粘度。
3 3 ,密度900kg/m ,在50 C时流过恩氏粘 例题： 液压油体积200cm 3 度计所需时间t1=153s,20 C时200cm 的蒸馏水流过恩氏粘度计 所需时间t2=51s, o 问：该液压油的恩氏粘度 E 、运动粘度 、动力粘度各为多 50 t1 少？ Et 解：
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 （一）静压力基本方程