第二章 流体力学基础(1-6)

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液体受压力作用而发生体积缩小性质称为液体的可压缩性。
可用体积压缩系数κ或体积弹性模量K表示 。
液体受温度的影响而使体积发生变化的性质称为液体的膨胀性。
液体的体积压缩系数定义 定义: 体积为v的液体,当压力增大△p时,体积减小△v,则液体
在单位压力变化下体积的相对变化量。
式中 V:液体加压前的体积(m3); △V:加压后液体体积变化量(m3); △p:液体压力变化量(N/ m2);
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2.1 液压传动的工作介质
2.1.2 液压油的性质 1 .密度 密度—单位体积液体的质量。 ρ=m/v kg/m3
密度随着温度或压力的变化而变化,但变化不大,
通常忽略,一般取ρ=900kg/m3的大小(15OC)。 重度:r=G/v=ρg 其中:G=mg
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2.1 液压传动的工作介质
2. 可压缩性和膨胀性
将发生同样大小的变化。即施加于静止液体上的压力可以等值传递到液
体内各点。这就是帕斯卡原理。 在图中,F是外加负载,A是活塞面积。根据 帕斯卡原理,缸筒内的压力将随外加负载的变 化而变化,并且各点的压力变化值相等。如果 不考虑活塞和液体重力引起的压力,则液体中 的压力为
由此可见,缸筒内的液体压力是由外界负载决定的。
VI:表明试油的粘度随温度的变化的程度与标准油的 粘度变化程度的相对值。 VI值越大,表示油液粘度随温度的变化越小。
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2.1 液压传动的工作介质
p<=20ຫໍສະໝຸດ BaiduPa,不计影响。
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2.1 液压传动的工作介质
2.1.3 对液压油的要求
液压工作介质一般称为液压油。液压介质的性能对液压系统的 工作状态有很大影响,液压系统对工作介质的基本要求如下: (l)有适当的粘度和良好的粘温特性。 粘度是选择工作介质的首要因素。液压油的粘性,对减少间隙 的泄漏、保证液压元件的密封性能都起着重要作用。 (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。
如:液压缸, 若设活塞直 径为d,则
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2.3 静止液压基本性质
(2)当固体表面为如图 2.8所示的曲面时, 如果要求液压油对液压缸右半部缸筒内壁在
x方向上的作用力Fx,可以计算如下:
取微小面积:dA=lds=lrdθ, 则作用在该面积上的力dF的水平分 量dFx为
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2.3 静止液压基本性质
2.3.2 重力作用下静止液体中的压力分布
在重力作用下,密度为ρ的液体在容器 中处于静止状态,其外加压力为p0。 为求出任意深度h处的压力p,从液面往
下切取一个底面积为ΔA、高为h的小液柱为
研究体。相应的受力情况如图所示。
由于小液柱处于平衡状态,因此有
这里,FG是液柱重力,且FG=ρghΔA,故有
静止液体则不显示粘性
内摩擦力
动力粘度
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2.1 液压传动的工作介质
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2.1 液压传动的工作介质
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2.1 液压传动的工作介质
(2)粘性的度量 液体粘性的大小用粘度来表示。常用的液体粘度表示 方法有三种,即动力粘度、运动粘度和相对粘度。
其物理意义: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。
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2.3 静止液压基本性质
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2.3 静止液压基本性质
在液压传动中,液体重力引起的压力通常很小,可以 忽略不计。液体静压力取决于外加压力。
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2.3 静止液压基本性质
2.3.3 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。 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 数值叫做这点的真空度。
我国液压油的牌号就是用它在温度为40oC时的运动粘度 平均值来表示的。 液压油的粘度等级就是以其40º C(50º C)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 40º C时其运动粘度的平均值为32mm2/s 。
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2.1 液压传动的工作介质
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
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2.2 液压传动基本参数
基本参数主要包括:液体压力、流量和液压功率。
1. 压力与负载的关系
p=Fn/A 单位:Pa, 1MPa=1000kPa=10^6Pa 2.流量与速度的关系
q=V/t=vA
3.液压功率
W=pq
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2.3 静止液压基本性质
所谓液体静止:是指液体内部质点间没有相对运动。 至于液体整体完全可以象刚体一样做各种运动。
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2.3 静止液压基本性质
2.3.1 液体的压力 静止液体在单位面积上所受的法向力称为静压力。静压力在液压传动 中简称压力,在物理学中则称为压强。
◆ 液体静压力特性 1. 静止液体的压力沿着内法线方向作用于承压表面。 ∵ 液体在静止状态下不呈现粘性 ∴ 内部不存在切向剪应力而只有法向应力 2. 静止液体内任意一点处的压力在各个方向相等。 ∵ 有一向压力不等,液体就会流动 ∴ 各向压力必须相等
κ为:液体的体积压缩系数。单位压力所引起液体体积的变 化,∵ p↑ v↓, ∴为保证κ为正值,式中须加负号。
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2.1 液压传动的工作介质
液体的体积弹性模数定义:液体压缩系数的倒数 液体的体积弹性模数公式:k = 1/κ= - △p v /△v 液体的体积弹性模数物理意义 表示单位体积相对变化量所需要的压力增量,也即液体抵抗压缩能 力的大小。 一般认为油液不可压缩(因压缩性很小),计算时常取K=0.7×103 MPa 液压油液的体积弹性模量K与温度T、压力P的关系: (1)温度增大时,K值减小,在液压油液正常的工作温度范围内,
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2.1.5
液压油的污染及其控制
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2.1.5
液压油的污染及其控制
例如污染度等级数码为18/15的液压油。 表示它在每毫升内不 小于 5um的颗粒数在l300—2500之间,不小于15um的颗粒 26 数在160—320之间。
2.1.5
液压油的污染及其控制
作业:2.1 何为液压油的粘度?影响粘度的因素有哪些? 2.2 由恩氏粘度计测得石油的粘度为OE=5.6,如石油 的密度ρ=850kg/m3,试求其动力粘度。
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2.1 液压传动的工作介质
在选择粘度时应注意以下几个方面的情况 (1)液压系统的工作压力
(2)环境温度
(3)运动速度 液压油的推荐使用粘度范围
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2.1.5 液压油的污染及其控制
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2.1.5
液压油的污染及其控制
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2.1.5
液压油的污染及其控制
工作介质污染的原因
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2.1.5 液压油的污染及其控制
但在高压下或受压体积较大以及 对液压系统进行动态分析时,就需要 考虑液体可压缩性的影响。 7
2.1 液压传动的工作介质
3. 粘性及其表示方法 (1)粘性的定义 液体在外力作用下流动或有流动趋 势时,液体内分子间的内聚力要阻止液 体分子间的相对运动,由此产生一种内 摩擦力,这种现象被称为液体的粘性。 粘性是液体在流动时产生内摩擦力 的特性。
2.1.1 液压油的种类
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2.1 液压传动的工作介质
石 油 基 液 压 液 无添加剂的石油基液压液(L-HH) HH + 抗氧化剂、防锈剂(L-HL) HL + 抗磨剂(L-HM) HL + 增粘剂(L-HR) HM + 增粘剂(L-HV) HM + 防爬剂(L-HG) 水包油乳化液 (L-HFAE) 水的化学溶液 (L-HFAS)
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2.3 静止液压基本性质
液压千斤顶是帕斯
卡原理在工程中的应 用实例。
按帕斯卡原理应有p1=p2,或F2A1=F1A2。
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2.3 静止液压基本性质
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2.3 静止液压基本性质
2.3.5 液体静压力作用在固体壁面上的力
液体与容器的固体表面相接触时产生相互作用力。 (1)当固体表面是平面时,若不计液体重力的作用,则作用在该 平面上的力F等于静压力p与承压面积A的乘积,作用力的方向垂直指向 该平面,即
所以 上式就是液体静力学基本方程。
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(压力随深度线性增加;等深等压。) 2.3 静止液压基本性质
由于
由此可知,重力作用下的静 止液体其压力分布有如下特 点:
(1) 静止液体内任一点的压力都由两部分组成: 液面上的压力和该点以上液体的重力; (2) 静止液体内的压力p随液体深度h呈直线分布; (3) 距液面深度h相同的各点组成了等压面,这个等压面是水平面。 (4) 在液压传动中,液体重力引起的压力通常很小,可以忽略不计。 液体静压力取决于外加压力。
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液压传动流体力学基础
2.1 液压传动的工作介质 2.2 静止液体基本性质
2.3 液体流动的基本规律
2.4 液体流动的压力损失
2.5 空穴现象和液压冲击
本章是学习液压传动理论基础的章节,集中了学习 本课程的基本概念、基本原理和基本定律(方程)。
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2.1 液压传动的工作介质
液压传动使用流体作为工作介质传递能量。在液压传动系统中, 工作介质用来传递动力和信号的,同时对于液压传动系统来说液压 油还起到润滑、冷却和防锈等作用。
动力粘度的法定计量单位为: 在国际单位制(SI)中的单位为:Pa.s(1Pa.s=1N.s/m2), 在工程上(CGS)用的单位是P(泊)或cP(厘泊) (1Pa.s=1N.s/m2=10P=103cP),
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2.1 液压传动的工作介质
因为它的单位只有长度和时间的量纲,类似于运动学的量,所以被 称为运动粘度。它的法定计量单位为m2/s,以前沿用的单位为St (斯),其关系: 1m2/S=104St=106cSt(厘斯)
绝对压力、相对压力和真空 度的关系
以大气压为基准计算压力值时, 基准以上的正值是表压力,
基准以下的负值就是真空度。 36
2.3 静止液压基本性质
看教材的两个例题!
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2.3 静止液压基本性质
2.3.4 静止液体中压力传递规律(帕斯卡原理)
密闭容器中的静止液体,当外加压力发生变化时,液体内任一点的压力
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2.3 静止液压基本性质
静止液体——密闭容器内压力等值传递。 流动液体——压力传递时考虑压力损失。
例 已知:ρ=900kg/m2 F=1000N, A=1X10-3m2 求:在h=0.5m 处p=? 解 表面压力: p0=F/A=1000/1x10-3=106N/m2 h处的压力: p=p0+ρgh=106Pa
K值会有5%~25%的变化。
(2)压力增大时,K值增大;反之则减小,但这种变化不呈线性关 系。当压力大于3MPa时,K值基本上不再增大。
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2.1 液压传动的工作介质
液压弹簧刚度
密封在容器内的液体在外力作用下像一根弹簧:
外力增大,体积减小;外力减小,体积增大。
液体的可压缩性很小,在一般情况下 当液压系统在稳态下工作时可以不考 虑可压缩的影响。
t oE = 1
t2
单位:无量纲
200ml 温度为T的被测液体,流经恩氏粘度计小孔 (φ2.8mm)所用时间t1,与同体积20度的水通过小孔所用
时间t2 (=51s)之比。
恩氏粘度与运动粘度之间的换算关系(经验公式):
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2.1 液压传动的工作介质
恩氏粘度
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2.1 液压传动的工作介质
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2.1 液压传动的工作介质
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2.1 液压传动的工作介质
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。
液压油液的选用: 首先应根据液压传动系统的工作环境和工作条件来选 择合适的液压油液类型, 然后再选择液压油液的粘度。
举例:
液 压 工 作 介 质
液压油:
L- HL- 68
L: 代表润滑剂类,
含水 液压液
难 燃 液 压 液
高含水液压液 (L-HFA)
H:代表液压油,
L:代表防锈、抗氧 化型, 最后的数字:代表运 动粘度。
油包水乳化液(L-HFB) 水-乙二醇(L-HFC) 合成 液压液 磷酸酯液((L-HFAE)) 氯化氢(L-HFAE) HFDR + HFDS(L-HFDT) 其它合成液压液(L-HFDU)
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