液压传动液压流体力学分析
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。
第二章 液压传动流体力学基础
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2.2 液体动力学
实验
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2.2 液体动力学
一维流动
当液体整个作线形流动时，称为一维流动；当作平面或 空间流动时，称为二维或三维流动。一维流动最简单，但是 严格意义上的一维流动要求液流截面上各点处的速度矢量完 全相同，这种情况在现实中极为少见。通常把封闭容器内液 体的流动按一维流动处理，再用实验数据来修正其结果，液 压传动中对工作介质流动的分析讨论就是这样进行的。
静止液体中的压力分布
例：如图所示，有一直径为d， 解：对活塞进行受力分析， 活塞受到向下的力： 重量为G的活塞侵在液体中， 并在力F的作用下处于静止状 F下 ＝F＋G 态，若液体的密度为ρ，活 活塞受到向上的力： 塞侵入深度为h，试确定液体 d 2 在测量管内的上升高度x。 F上＝g h x 4 F 由于活塞在F作用下受力平衡， d 则：F下＝F上，所以：
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2.2 液体动力学
通流截面、流量和平均流速
流束中与所有流线正交的截面称为通流截面，如图c中的A面 和B面，通流截面上每点处的流动速度都垂直于这个面。 单位时间内流过某通流截面的液体体积称 为流量，常用q表示 ，即：
q V t
式中
q —流量，在液压传动中流量
常用单位L/min； V —液体的体积； t —流过液体体积V 所需的时间。
1mmHg(毫米汞柱)=1.33×102N／m2
1at(工程大气压，即Kgf/cm2)=1.01972×105帕 1atm(标准大气压)=0.986923×105帕。
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2.1 液体静力学
帕斯卡原理
液压传动动力元件的工作原理
液压传动动力元件的工作原理
液压传动是一种广泛应用于工业和机械领域的动力传输方式。
液压传动系统由多个液压元件组成，其中动力元件是其中最重要的部分之一。
动力元件的作用是将液压能转化为机械能，从而实现机械设备的运转。
液压传动动力元件的工作原理可以简单地描述为：当液压系统中的液体被压缩时，它会产生一定的压力，这个压力会被传送到液压元件中，从而产生机械运动。
液压元件的工作原理基于流体力学原理，主要包括以下几个方面：
1. 液体的传递：液压元件通过管道将液体传递到需要机械运动的地方。
在液体传递过程中，需要保持管道内部的压力稳定，以确保液体能够顺畅地流动。
2. 液体的压缩：当液体被泵送到液压元件中时，它会被压缩，产生一定的压力。
这个压力可以用来驱动其他机械部件。
3. 液体的控制：液压元件可以通过控制阀门和调节器来控制液体的流量和压力。
这些控制器可以根据需要进行调整，以实现不同的机械运动。
4. 液体的转换：液压元件可以将液体的能量转换为机械能量。
例如，液压缸可以将液体的压力转换为线性运动，从而驱动其他机械部件。
液压传动动力元件包括多种类型，其中最常见的包括液压泵、液压缸、液压马达、液压阀门等。
这些元件在不同的机械设备中有不同的应用。
总之，液压传动动力元件是实现液压传动系统工作的核心部分。
了解其工作原理对于设计、维护和修理液压传动系统都非常重要。
流体力学与液压传动
流体力学与液压传动
流体力学和液压传动是许多工业领域中至关重要的技术，其用途
涉及到众多的行业，如制造业、航空、机械、铁路等。
它们的原理和
应用原理各不相同，但它们的最终目的都是一样的，即利用流体的动
能来增加机器的性能。
流体力学是研究流体运动的一门学科，其中包括气体和流体的流
动运动，液体的流动运动和流体力学基础理论等。
它研究的内容涉及
流体中的各种物理机制，包括流体的运动、压强、动能等，以及流体
与其他物体间相互作用机理等。
流体力学不仅能为机械设计工程提供
理论依据，还可帮助理解物理现象，并有助于设计特殊形状的流体元件，从而改善机械性能。
液压传动则是依靠液压原理和流体力学来传递动能的技术。
它结
合了机械传动和电子传动的优点，具有体积小巧、传动精度高、动作
迅速、可靠性强等优点，而且可以根据需要实现全电控制或半电控制，适用于需要较大能量和较快动作的产品设备。
液压传动应用越来越广泛，可用于飞机飞行控制装置、火箭发射机构、大型机床、工业机械
等多种领域。
因此，流体力学和液压传动都是工程设计过程中十分重要的技术，它们能够提高机械设备的性能，发挥重要作用于我们的社会经济发展
过程中。
流体力学在液压传动系统中的应用探讨
流体力学在液压传动系统中的应用探讨引言：液压传动系统是一种利用压缩性流体传递能量的工程技术，已广泛应用于各个领域。
流体力学作为液压传动系统的理论基础，对于系统的设计、优化和性能提升起到了至关重要的作用。
本文将深入探讨流体力学在液压传动系统中的应用，并着重介绍其在流体动力学、流态行为和能量传递等方面的应用。
一、流体动力学在液压传动系统中的应用流体动力学研究了流体的运动规律、力学性质以及与固体界面的相互作用。
在液压传动系统中，流体动力学的应用主要包括流体的流动模式分析、阻力和分布压力损失的计算以及流体力学泵的设计。
在流体的流动模式分析中，我们可以通过流道几何形状和流体参数的计算来确定不同工况下的流动情况。
这有助于我们预测系统中压力的分布情况，从而优化传动系统的性能。
此外，对于复杂的流动情况，我们还可以通过流体动力学模拟来模拟和分析流体在传动系统中的运动情况。
阻力和压力损失的计算是液压传动系统设计的重要一环。
流体在传动系统中的流动会遇到阻力，导致能量损失和功率消耗。
通过流体动力学分析，我们可以计算出不同管路和元件上的压力损失，以及整个传动系统的总能量损失。
这有助于我们优化流道设计和选择合适的元件尺寸，提高系统的效率。
流体力学泵是液压传动系统中的核心元件，其设计和性能直接影响着整个系统的工作性能。
通过流体动力学的分析和计算，可以确定合理的泵的外形和叶轮参数，以达到所需的流量和压力。
此外，还可以通过流体动力学模型模拟泵的流体动力学特性，评估其在不同工况下的性能表现，为泵的优化设计提供理论依据。
二、流态行为在液压传动系统中的应用流态行为研究流体的性质和行为，包括液体的粘度、流变性质和气液两相流的特性等。
在液压传动系统中，流态行为的应用主要涉及液体的选用和流体封闭性能的分析。
液压传动系统中流体的选用对系统的性能和寿命有着重要影响。
通过对流体的物理性质和流变性质进行研究，我们可以选择合适的液体，以获得所需的黏度、温度稳定性和耐磨性等特性，以满足传动系统的工作要求。
流体力学与液压传动
流体力学与液压传动1液体传动的工作原理是帕斯卡定律，即密封容积中的液体既可以传递力，也可以传递运动。
2 液压管路中的压力损失可以分为两种，一种是沿程压力损失，一种是局部压力损失。
3 液体的流态可分为层流和紊流，判别流态的准则是雷诺数。
4 在液压系统中，由于某些原因使液体压力急剧上升，形成很高的压力峰值，这种现象称为液压冲击。
+5 齿轮泵特性，结构简单，体积小，重量轻，工作可靠，成本低对液压油污染不太敏感，便于维修利用。
6 单作用叶片泵的工作原理：定子不动，叶片在转子内往复运动相邻两叶片形成密封O1 O2左半吸油，右半压油。
双作用叶片泵的工作原理：转子与定子同心，转子旋转时叶片靠在定子内，当r向R移动时吸油，当R-r时排出。
单作用叶片泵旋转一周完成吸，压油，双作用叶片泵旋转一周完成两次吸丶压油。
7 液压传动的密封方式：O型密封圈丶普通Y型密封圈丶西姆科密封圈丶新型同轴密封圈8 直动溢流阀9液体抑制阀类型：压力控制阀（溢流阀减压阀顺序阀平衡阀）流量控制阀（节流阀调速阀同步阀）方向控制阀（单向阀换向阀）10调速回路类型：节流调速回路（进口节流式，出口节流式，劳路节流式）丶容积调速回路丶容积节流调速回路（变量与定量马达，定量泵与变量马达，变量泵与变量马达，变量泵-液压缸）丶速度换接回路11粘性液体在外力作用下，分子间的相互运动产生一种内摩擦力大小用粘度来度量，温度高，粘度小，压力大，粘度大。
12减压阀原理：串联减压式压力负反馈①定值减压阀，出口压力恒定②定差减压阀，出口压力差大小恒定1314滤油器选用①有足够的过滤精度，滤芯中颗粒越小，精度越高②有足够的通油能力③滤芯便于清洗或更换④滤芯应有足够强度，不会因压力而损坏。
15液压泵和马达：都是靠密封的工作空间的容积变化进行工作。
液压泵将机械能→液压能为系统提供压力油以压力，流量形式传输到系统中，是系统动力源液压马达将液压能→机械能输出转矩转速16 17我国采用的相对粘度是恩氏黏度，他是用恩氏粘度计测量的。
液压传动第三章 流体力学基础
1、理想流体和恒定流动
理想流体：既无粘性，又无压缩性的假想液体。
实际流体：有粘性，又有压缩性的液体。
恒定流动：液体在流动时，通过空间某一点的压力、速度和密度等运
动参数只随位置变化，与时 间无关。
非恒定流：液体在流动时，通过空间某一点的压力、速度和密度等
运动参数至少有一个是随时 间变化的。
2、流线 流管、流束、通流截面
dqdt
u22 2
dqdt
u12 2
势能：ΔEP gdqh2dt gdqh1dt
外力做的功=能量变化：
W ΔE ΔEK ΔEP
p1
g
u12 2g
h1
p2
g
u22 2g
h2
1.理想流体的能量方程
p1
g
u12 2g
h1
p2
g
u22 2g
h2
2、实际流体伯努利方程
实际流体：有粘性、可压缩、非恒定流动 速度修正：动能修正系数
正确设计和使用液压泵站。 液压系统各元部件的连接处要密封可靠，严防
空气侵入。 采用抗腐蚀能力强的金属材料，提高零件的机
械强度，减小零件表面粗糙度值。
第六节 液 压 冲 击
一、管内液流速度突变引起的液压冲击
有一液位恒定并能保持 液面压力不变的容器如 图3-40所示。
二、运动部件制动所产生的液压冲击
第四节 孔口和缝隙液流
一、薄壁小孔
➢ 薄壁小孔是指小孔的长度和直径之比l/d＜0.5的孔， 一般孔口边缘做成刃口形式，如图3-25所示。
➢薄壁小孔的流量计算
对于图所示的通过薄壁小孔的液体，取小孔前后截面1-1和2-2列伯努利方程
p1
g
v12 2g
液压流体力学
紊流
p
l d
2
2
64
Re
75
Re
80
Re
紊流
水力光滑管 水力粗糙管 阻力平方区
局部压力损失 弯头 接头 阀口 管径突变旳任何场合
p
2
2
液压管路旳总压力损
失
p p
p
l d
2
2
2
2
已学流体力学旳要点
• 液体旳动力粘度(粘性试验) • 3 个基本方程
伯努利能量方程 连续方程 动量方程
• 运动粘度
= /
• 粘度-温度特征 • 粘度指数 ＞90
N.s / m2
流体静力学
lim F
p= A0 A
p0
h p
lim F
p= A0 A
p0
gh
A
p
• 两个主要性质 静压力垂直于承压面，方向与内 法线方向一致； 静止液体内任意点所受旳压力在 各个方向上相等。
pA p0A ghA
p p0 gh
• 理想流体：即无粘性又不可压缩旳假想液 体称为理想流体
• 恒流动：流体流动时,其中任何一点旳压力、 速度、密度都不随时间变化，这种流动称 为恒定流动。
• 一维流动：整个液体作线形流动，称为一 维流动（不常见，一般把封闭容器内旳流 动当一维流体处理） 。作平面流动，称为 二维流动。
• 整个液体作空间流动，称为三维流动。
dA
(
ds)dA
-
dsdA
2)重力
S
s
gdsdA
3) 小微元体旳惯性力
1
2
ds
ma dsdA du dsdA(u u )
pdA
dt
9.17第2章 液压传动的流体力学基础
kg
V
一、液压油的性质
（二）可压缩性
《液压与气动》电子课件 第二章 液压传动基础
定义：液体受压力作用而发生体积减小的性质。 压缩系数： 1 V
K
1 体积弹性模量： T k
p V
m
2
N
一般液压系统认为油液不可压缩。研究液压系 统动态特性、高压情况，尤其液压油中混入空 气，考虑油液的可压缩性。
《液压与气动》电子课件 第二章 液压传动基础
图中是运用帕斯卡原理寻找推力和负载间关 系的实例。图中垂直、水平液压缸截面积为A1、 A2；活塞上负载为F1、F2。两缸互相连通，构成 一个密闭容器，则按帕斯卡原理，缸内压力到处 相等，p1=p2，于是F2＝F1 . A2/A1，如果垂直液缸 活塞上没负载，则在略 去活塞重量及其它阻力 时，不论怎样推动水平 液压缸活塞，不能在液 体中形成压力。
第一节 液压传动工作介质 一、液压油的性质 密度、压缩性、粘性
二、对液压油的要求与选用 要求、种类和选用
一、液压油的性质
（一）密度
《液压与气动》电子课件 第二章 液压传动基础
定义：单位体积液体的质量。以 表示。 定义式： m 单位： 3 m 密度随温度升高而下降，随压力升高而增大。 常用温度、压力范围，变化很小，视为常数。 15℃液压油密度900 kg 3
F=p.A=p.D2/4
式中 p－油液的压力； D－活塞的直径。
《液压与气动》电子课件 第二章 液压传动基础
2、当固体壁面为曲面时
当承受压力作用的表面是曲面时，作用在曲面上的 所有压力的方向均垂直于曲面（如图所示），图中将曲面 分成若干微小面积dA，将作用力dF分解为x、y两个方向上 的分力，即 Fx＝p.dAsin=p.Ax FY= p.dAcos=p.Ay 式中，Ax、Ay分别是 曲面在x 和y方向上的投影面积。
第1章 液压流体力学
200ml 温度为T 的被测液体，流经恩氏黏度计小孔（φ2.8mm）所用
时间t1，与同体积20度的水通过小孔所用时间t2之比。称为被测液体
在温度T 下的恩氏黏度。
oE
t1
t2
单位：无量纲
恩氏黏度计
黏度与温度和压力的关系：
黏温特性：黏度随温度变化而变化的性质。
∵温度t↑，内聚力F↓， ∴黏度μ↓
1）力求减少外来污染。液压元件、油箱和各种管件在组装前后必须 严格清洗，油箱通大气处要加空气过滤器，向油箱灌油应通过过滤器， 拆装维护液压元件应在无尘区进行。
2）滤除液压系统产生的杂质。应在液压系统的有关部位设置适当的 过滤器，并且要定期检查、清洗和更换过滤器的滤芯。应采用适当措 施（如水冷、风冷等）控制液压系统的工作温度，以防止温度过高， 造成工作介质氧化变质，产生各种生成物。
抗磨液压油
L—HM L—HZ油加添加剂，改善抗磨特性，适用于工程机械、车辆的液压系统。
低温液压油 矿
L—HV
油 高黏度指数液压油 L—HR 型
Z—HM油加添加剂，改善黏温特性，可用于环境温度在—20℃～—40℃的高压系统。
L—HL油加添加剂，改善黏温特性，VI值达175以上，适用于对黏温特性有特殊要求的低 压系统，如数控机床的液压系统
剪切应力： τ = F μ du A dy
μ=
τ du
τ dy du
dy
动力黏度是一种绝对黏度，具有物理意义。
因为它的单位中有动力学的要素，所以称为动力黏度。
动力黏度的SI（国际制单位）制单位：Pa·s；
CGS（高斯制单位）制单位：P(泊)、cP(厘泊)
换算关系：1Pa·S=10P=103cP
1.2液体的可压缩性
液压传动3-流体力学基础
解：此流量计处于重力场的作用下，故 应用能量方程，按题意应有h=0，忽略 损失，h=0。
以过轴心0-0的水平面为基准面，取断面Ⅰ 和Ⅱ，此二断面均为缓变过流断面，对此 二断面与轴心线的交点1和2列出能量方 程，可得
p1
v p2 v 2g 2g
2 1
2 2
而根据连续性方程式应有：
以过4点之水平面0-0为基准 面,管轴上的3点和4点列出 能量方程
p3 v pa v 0 (h1 h2 ) g 2 g g 2 g
2 3 2 4
由连续性方程可得：
v3 v 4
p3 pa (h1 h2 ) g g
pa 对水， =10米水柱高，于是 g
2、静压力方程式的物理意义
p=p0+γh=p0+γ(z0-z) 整理后得 p/γ+z=p0/γ+z0=常数 z称位置水头或称位能,表示A点单 位重量液体的位能
升的高度，称压力水头，或称压能。
p r 是该点在压力作用下沿测压管所能上
p z r
两水头相加（ ）称测压管水头，它 表示测压管液面相对于基准面的高度， 或称势能。
2 2
2、伯努利方程 式中每一项的量纲都是长度单位，分别称为 水头、位置水头和速度水头。 物理意义：稳定流动的理想液体具有压力 能、位能和动能三种形式的能量。在任意截 面上这三种能量都可以相互转换，但其总和 保持不变。
3、实际液体的泊努利方程 实际液体具有粘性，在管中流动时，需 要消耗一部分能量，所以实际液体的伯努利 方程为：
1 2 Q A1v1 d1 4
2 9.81 0.8(13.6 1) 1 2 3.14 0.25 39 4 1 1 3 0.112米 /秒 112升/秒
北航流体力学与液压传动-液压传动复习
第一章 液压油及液压流体力学基础第一节 液压油一． 基本物理性质1. 油的密度和重度密度 ρ ：单位体积流体内所含有的质量。
均质液体： 非均质液体： 重度 γ ：单位体积流体内所含有的重量。
均质液体： 非均质液体： 常用值：ρ油 = 900 kg/m 3 , .γ油 = 8.8⨯103 N/m 32. 油的压缩性(1) 压缩性：液体受压而使其体积减小的特性，用压缩系数κ来表示。
体积弹性模量K ：压缩系数κ的倒数.常用值：K 油 = 0.7 ⨯109 N/m 2Vm=ρVmV ∆∆=→∆0lim ρVG V ∆∆=→∆0lim γgV mgV Gργ===dpdVV dp V dV⋅-=⋅-=11κdVdpV K ⋅-==κ1一般液压系统的静态分析和计算时，可以不考虑其压缩性3.油的粘性（1）粘性的意义液体在外力作用下流动时，液体分子之间的内聚力会阻碍其分子间的相对运动，而产生内摩擦力，这一特性称作液体的粘性。
（2）油的粘度液体的粘性用粘度来表示。
常用的粘度：动力粘度、运动粘度和相对粘度①动力粘度μ（绝对粘度）物理意义：当速度梯度等于1时，接触液体层间单位面积上的内摩擦力。
国际单位SI：N⋅s/m2，简称：Pa⋅s，工程单位CGS：dyn⋅s/cm2，简称：P (泊)。
换算关系：1Pa⋅s = 10 P =103cP②运动粘度ν国际单位SI：m2/s；ρμν=dudyτμ=工程单位CGS ：cm 2/s ，简称：St(斯)。
mm 2/s ，简称：cSt(厘斯)。
换算关系：1m 2/s = 104cm 2/s = 104 St = 106 cSt10号机械油：该油在50︒时运动粘度的平均值为10mm 2/s ，ν50=10cSt相对粘度以相对于水的粘度大小来度量油的粘度大小，︒E t = t 油/t 水 恩氏粘度。
为了理论分析和计算而引出。
（3） 粘度与压力的关系p νp ν一般液压系统的压力较低，可以认为不变；当压力较大 p >100bar ，则需考虑。
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。
第二章：液压传动的液体流体力学(含习题答案)
第二章 液压传动的流体力学基础
流体力学：研究流体在外力作用下平衡和运动规律的学科。 第一节 流体静力学基础 第二节 流体动力学基础 第三节 液体流动时的压力损失 第四节 液体流经小孔和缝隙的流量 第五节 液压冲击和空穴现象 重点： 压力取决于负载； 连续性方程；伯努利方程；动 量方程。
57-13
一、基本概念
3. 通流截面、流量和平均流速
通流截面：流束中与所有流线正交的截面称为通流截面（或通流断面）。 流量：单位时间内流过某通流截面的液体体积称为体积流量（简称流量）。 V qV t 管道通流截面上的流速分布：由于液体具有粘性，通流截面上，管壁处的流速为 零，管道中心处流速最大。 管道中流经通流截面的流量：
57-1
第一节 流体静力学基础
流体静力学：主要讨论液体在静止时的平衡规律以及这些规律在工 程上的应用。 静止：指液体内部质点之间没有相对运动。 一、液体的压力 二、重力作用下静止液体中的压力分布 三、压力的表示方法和计量单位 四、静止液体内压力的传递 五、液体静压力作用在固体壁面上的力
57-2
一、液体的压力
因此，为顶起重物，应在小活塞上施加的力为：
d2 d2 202 F 2 G 2 mg 6000 9.8 1633 N 2 D D 120
57-8
五、 液体静压力作用在固体壁面上的力
液体和固体壁面相接触时，固体壁面将受到总液压力的作用。
结论1：曲固体壁面为平面时，压力p的静止液体作用该平面上总作用力F等于液 体压力p与该平面面积A的乘积。
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
第二章 液压流体力学
l
作用在曲面上的力示意图
求：作用在液压缸右半壁x方向的力 解：在θ处取dθ所对应的微小面积ds· l作用在此微小面积上的各 点的力的方向是相同的，所以
dP plds dPx pldscos plrd cos Px plr 2 plr
/2
/ 2
cosd plrsin
y uy uz z ux x
y u x
若液流的各个运动要素，只在二维空间（平面） 发生变化，则这样的平面运动形式称为二元流动或 二维流动，图2-3-3。
若液流的各个运动要素仅沿一个坐标方向发生变 化，则这样的运动形式称为一元流动或一维流动。
一元流动法以元流和总流为研究对象。一元流动 是指垂直于流线、元流方向无液体流进流出，因而 无速度分量。一元流动法在分析元流和总流的运动 情况时认为，流速和压力近似地只是沿流程一个坐 标的函数，虽然一般情况下这是个曲线坐标函数。 一元流动法的“一元”的意思就是这样来的。
/2 / 2
可见：静止液体作用在曲面上某一方向的力， 等于液体的压力与曲面在该方向的垂直面上 的投影面积的乘积。
第三节 流体动力学
流体运动学和流体动力学所研究的内容：
1.流体运动学是研究流体宏观运动规律的科 学； 2.流体动力学是研究作用于流体上的力与流 体运动之间的关系。
本节所推证的两个方程：流体的连续性方程、 柏努力方程是流体运动学和流体动力学的两个 基本方程。
静压基本方程 条件：1.重力场 2.不可压缩性流体
p表
h
p表 dω G=ρghdω a dω pa dω
由图可知：因为液体处于静止状态，所以
p 表 d ghd p a d 0 p a p 表 gh
2、液压流体力学知识
⒋黏度指数提高剂 用来提高油液的黏度，使其使用的温度范围 扩大。 其他添加剂在此不多介绍。 四、液压传动用油的要求、选择 在液压传动中，油液是传递动力或力矩的工 作介质，所选用油液的性质将直接影响到液 压传动系统工作的好坏。必须正确选择液压 油。
（一）对液压传动用油的基本要求 ①合适的黏度和良好的粘温特性； ②润滑性能好； ③对密封材料的相容性； ④对氧化、乳化和剪切都有良好的稳定性，长 期工作不易变质； ⑤抗泡沫性好、腐蚀性小； ⑥清洁度高，质地纯洁，杂质少； ⑦燃点高、凝固点低； ⑧对人无害，成本低。
（二）油液的选择 在具体选择液压油的粘度时，一般应考虑下 列具体因素： 1.液压系统中工作压力的高低。 2.液压系统中运动速度的快慢。 3.液压系统周围环境温度。 有时也从以下几个因素考虑： ①液压系统所处的环境； ②液压系统的工作条件； ③液压油的性质； ④经济性；
P6表1-1是液压泵使用油液的粘度范围。
第二章 液压流体力学基础知识 主要掌握的知识点是：
液压流体力 学基础知识
工作液体 -介质 (液压油)
静止液体 的性质
流动液体 的性质
液体流动时 液体流动时 的压力损失 的泄漏
液压冲击 气穴现象
§2-1 液压油的性质
（Working medium of hydraulics— hydraulic oil）
动力粘度的物理意义： 液体在单位速度梯度 （|dv/dy|=1）下流动时，相邻液层单位面积 上的内摩擦力。 动力粘度µ的单位： 帕· 秒（Pa· s）帕=N/㎡ （帕· 秒 —N · S/㎡， 1Pa· s=1N· S/㎡） 通过动力粘度的公式得知：在静止液体中，由 于速度梯度等于零内摩擦力为零，故液体在 静止液体状态下不显粘性。
第二章 流体力学基础(1-6)知识讲解
34
2.2 液体静力学
2.2.3 压力表示方法和单位
压力有两种表示方法：绝对压力和相对压力。
以绝对真空为基准度量的压力叫做绝对 压力； 以大气压为基准度量的压力叫做相对压 力或表压。
这是因为大多数测量仪表都受大气 压作用，这些仪表指示的压力是相对压 力。
在液压与气压传动系统中，如不特别 说明，提到的压力均指相对压力。
液压油的粘度等级就是以其40ºC时运动粘度的某一平均 值来表示，
如L-HM32液压油（32号液压油）的粘度等级为32，则 40ºC时其运动粘度的平均值为32mm2/s 。
12
2.1 液压油
相对粘度 雷氏粘度〞R——英国、欧洲 赛氏粘度SSU——美国 恩氏粘度oE——俄国、德国、中国
oE=
t1
t2
单位：无量纲
（2）润滑性能好 （3）质地纯净，杂质少。 （4）具有良好的相容性。
（5）具有良好的稳定性。（氧化） （6）抗乳化性、抗泡沫性、防锈性、腐蚀性小。
（7）膨胀系数低、比热容高。 （8）流动点和凝固点低，闪点和燃点高。 （9）对人体无害，成本低。
18
2.1 液压油
2.1.4 液压油的选择
正确合理地选择液压油液，对保证液压传动系统正常工作、延 长液压传动系统和液压元件的使用寿命以及提高液压传动系统的工 作可靠性等都有重要影响。
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V0一定，在同样Δp下， K 越大, ΔV 越小
说明K 越大，液体的抗压能力越强
矿物油 K = (1.4~2.0)×10 9 N/m 2
钢 K = 2.06 ×10 11 N/m 2
油 = 100~150 钢
3.粘性
(1)粘性的定义 液体在外力作用下流动（或有流动趋势）时， 分子间的内聚力要阻止分子相对运动而产生的 一种内摩檫力，它使液体各层间的运动速度不 等，这种现象叫做液体的粘性。
Qm1 1Q1 1v1 A1
单位时间内流出控制体积的质量 ：
Qm2 2Q2 2v2 A2
对于稳定流动，不可压缩液体，ρ 为常数：
Q v1 A 1 v2 A 2 const
Q v1 A 1 v2 A 2 const
说明： 在定常流动中，流过各截面的不可压缩液 体的流量是相等的，而且液体的平均流速与管 道的过流截面积成反比。
恩氏粘度与运动粘度的换算关系 6.31 (7.31Et ) 106 Et
(4) 粘度与压力的关系
p↑ μ ↑
压力对粘度的影响不大，一般情况下，特 别是压力较低时，可不考虑。
(5) 粘度与温度的关系
T↑μ↓
影响： μ 大，阻力大，能耗↑ μ 小，油变稀，泄漏↑ 限制油温：T↑↑，加冷却器 T↓↓，加热器
p 表压强 真空度 p<pa
绝对压强
p>pa 当地大气压 pa
绝对真空 p=0
2、 静压强的计量单位 （1）压力单位：Pa（N/m2）、bar 、MPa
1 bar=105 Pa＝0.1 MPa
（2）液柱高单位：测压计常以水或水银作为工作介质， 压力常 以水柱高度（mH2O），或毫米汞 柱（mmHg）表示。
单位：帕斯卡.秒（Pa.s）
泊（P）1P=1dyn.s.cm-2 1Pa.s = 10 P = 103cP 动力粘度物理意义：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）运动粘度
运动粘度单位： 1 m2/s = 104 St = 106 cSt (=106 mm2/s) 拖(cm2/s) 厘拖(mm2/s) 机械油的牌号：表示这种油在40℃时以mm2/s为 单位的运动粘度的平均值。
静止液体：液体内质点间无相对运动、不呈现黏 性的液体 流体静力学是研究平衡流体（包括：流体对 地球无相对运动和流体对运动容器无相对运动） 的力学规律及其应用。 由于平衡流体之间无相对运动，流体的粘性 不起作用。所以，流体静力学中所得出的结论， 对于理想流体和粘性流体都适用。理论不需要实 验修正。
一、静压力及其性质 1.静压力的定义
第二章 液压流体力学
§2 . 1 油液的主要物理性质
一、种类
石油型
{
机械油 汽轮机油 液压油
{ 难燃型 { 合成型 {
乳化液
水包油 油包水 水-乙二醇液 磷酸酯液
二、 液压油主要物理性质
1.密度ρ
m 均质液体中单位体积所具有的质量: V 其中： m-液体的质量；
V -液体的体积
液体的密度随温度和压力的变化而变 化，但影响很小，可以忽略。 液压油计算时取ρ = 900kg/m3
5.流量和平均流速
流量：单位时间内通过流束过流截面的液体体积。
q udA
A
平均流速：流量与通流截面之比。
udA v
A
A
q A
q vA
二、液体流动的连续性方程
连续性方程是质量守恒规律在流体力学中的表现。
设：不可压缩流体在非断面管中作定常流动。
过流断面1和2的面积分别为A1和A2，平均 流速分别为V1和V2， 单位时间内流入控制体积的质量 ：
非定常流动：液体的运动参数不仅随位置变化， 而且与时间有关。也称非恒定流动。 3.一维流动
一维流动：液体整个地作线形流动。
举例：
动画演示
动画演示
4. 流线、流束曲线，在流线上各点的瞬时速度方向与该 点的切线方向重合。
流线的性质：
稳定流动时，流线形状不随时间变化。
1.液压油液的选择
（1）优先考虑粘性
ν=11.5 ~ 41.3 cSt 即 20、30、40号机械油
（2）按工作压力 p 高，选μ大； p 低，选μ小 （3）按环境温度 T 高，选μ大； T 低，选μ小 （4）按运动速度 v 高，选μ小； v 低，选μ大 （5）其他
环境 （污染、抗燃）
经济（价格、使用寿命） 特殊要求（精密机床、野外工作的工程机械）
2.的使用液压油
（1）控制油温 （2）防止污染 （3）定期抽检、定期更换 （4）油箱储油充分 （5）确保密封
五、 液压介质的污染与控制 1.液压系统中多数故障与液压介质受污染有关 2.污染源： 1、液压管道及液压元件的污物 2、环境（空气中杂质） 3、元件磨损和元件老化
4、液压油本身污染
作业
1. 20℃时。水的动力粘度μ＝1.008×10－3 Pa.s，密 度ρ＝1000 kg/m3，求在该温度下水的运动粘度γ。
静止液体不呈现粘性
（2）牛顿内摩擦定律
粘性示意图
下板固定 上板以u0运动 A点：u = 0 B点：u = u0 两板之间液流速度 逐渐减小
B
A
动画演示
du Ff A dy
——两液层的速度差 ——两液层间的距离
式中： Ff —液体流动时，相邻液体层间的内摩擦力 μ—粘性系数，与液体的种类和温度有关 A —液层接触面积 du /dy—速度梯度 静止液体 du＝0 不呈现粘性
由流体的特性知，流体在平衡状态时只要有切应力作用， 流体就会变形，引起流体质点间的相对运动，破坏流体的平衡。 流体还不能承受拉力。所以，流体在平衡状态下只能承受垂直 并指向作用面的压力
（ 2 ）静止液体内任意点所受到各个方向的静 压力都相等
二、液体静力学基本方程 重力场中连续、均质、不可压缩流体的静压 强基本方程式： p p0 g ( z0 z ) p0 gh
流线不能相交，也不能转折。
流线是连续光滑的曲线。
流束：面积A上所有各点的流线的集合。 ● 流束内外流线均不能穿越流束表面。
●
面积A无限小时的流束，称为微小流束。
通流截面：流束中与所有流线正交的截面。 ● 流线彼此平行的流动称为平行流动； ● 流线间的夹角很小，或流线的曲率半径很大的流 动称为缓变流动（相反情况便是急变流动）。 ● 前两者的通流截面均认为是平面，急变流动的过 流截面是曲面。
p pa gh
绝对压力：以绝对真空为起点表示的压力。
p gh
相对压力： 以当地大气压为计算标准表示的压力。 也称为计示压强、表压强 真空度:当压力比当地大气压低时，流体压力与 当地大气压的差值称为真空度。
当p>pa 时： 绝对压强=表压强+当地大气压 表压强=绝对压力-当地大气压 当p<pa 时：绝对压强=当地大气压-真空度 真空度=当地大气压-绝对压力
按作用方式，平衡流体上的作用力有：
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：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。
表面力按其作用方向可分为两种：沿表面内法线方向 的压力、沿表面切向的摩擦力。
du 切应力: A dy Ff
— 牛顿内摩擦定律
(3)粘度
三种表示方法：
1) 动力粘度
Ff du A dy
2) 运动粘度
单位：Pa.S（帕秒）
3) 条件粘度
单位：m2/s
1）动力粘度
du Ff A dy
du / A dy du dy Ff
对于处于平衡状态的流体，切向摩擦力为零，只 有沿受压面内法线方向的流体静压力。
静压力（简称压力）：指液体处于相对静止时， 单位面积上所受的法向作用力。
F dF p lim ( Pa) A0 A dA 如果法向力均匀地作用在面积上，压力表示为：
2.流体静压力的特性： （1）静压力的方向总是沿着作用面的内法线方 向。
2.可压缩性 在温度不变条件下，液压油的体积将随压 力的增高而减小的性质。 （1）体积压缩系数 :
1 V p V0
压力变化 体积变化 初始体积
即单位压力变化下的体积相对变化量
油的可压缩性很小，可以忽略，认为液体是 不可压缩的。
（2）体积弹性模量K (体积压缩系数的倒数)
pV0 K V 1
力水头）。
Z: 单位重量液体所具有的位能，称为比位能 ( 位置水头 ) 。
u2/2g: 单位重量液体所具有的动能，称为比动能（速度
（3）大气压单位：以1标准大气压（1 atm）为单 位表示。 1 atm =1.013*105Pa=10.33 mH2O
=760 mmHg≈1bar≈0.1MPa
四、帕斯卡原理
在密闭容器内，施加于静止液体上 的压力将以相等的数值传递到液体各点， 这就是静压传递原理，即帕斯卡原理。
五、静压力对固体壁面的总作用力
粘温图
4.其他性质
稳定性 (热、氧化、水解、剪切） 抗泡沫性 防锈性 相容性（金属、密封、涂料） 通过添加剂控制
三、对液压油的要求
1.合适的粘度，粘温性好 2.润滑性能好 3.杂质少 4.相容性好 5.稳定性好 6.抗泡性好、防锈性好 7.凝点低,闪点、燃点高 8.无公害、成本低
四、 液压油液的选择和使用
2.已知图中小活塞的面积A1＝10cm 2，大活塞的面 积A2=100cm2，管道的截面积A3＝2cm2。试计算； (1)若使W＝10×104N的重物抬起，应在小活塞 上施加的力F＝?