第 2 章流体力学基础

第2章流体力学基础 液体静力学 2.1 液体动力学 2.2 液体流动时的压力损失 2.3 小孔和缝隙流量 2.4 液压冲击和气穴现象 2.5

返回 2.1 液体静力学 2.1.1 液体的压力液体处于静止或相对静止时，液体单位面积上所受的法向作用压力称为压力。常用单位换算关系： 1bar=1.02kgf/cm2=100000Pa=0.1MPa 液体的压力有如下特性：（1）液体的压力沿着内法线方向作用于承压面；（2）静止液体内任一点的压力在各个方向上都相等。

返回 2.1.2 液体静力学基本方程（1）静止液体内任一点处的压力都由两部分组成：液面上的压力和该点以上液体自重所形成的压力。当液面上只受大气压力作用时，则液体内任一点处的压力为：（2）静止液体内的压力随液体深度呈线性规律分布。（3）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

返回对于连通器中仅受重力作用的平衡液体，其等压面具有以下特性：（1）在连通器的同一液体中，任一水平面皆为等压面。（2）在连通器的两种不相混的液体中，通过两种液体分界面的水平面是等压面。静压力基本方程式的物理意义静止液体中单位质量液体的压力能和位能可以互相转换，但各点的总能量却保持不变，即能量守恒。

返回 2.1.3 静压力的传递在密闭容器内，由外力作用所产生的压力将等值地传递到液体各点。这就是帕斯卡原理，或称静压传递原理。在液压系统中，由外力产生的压力通常比由液体自重产生的压力大得多，由液体重力引起的压力可忽略不计，因此，可以认为液压系统中静止液体内的压力到处相等。液压系统中液体内的压力主要是由外界负载作用而形成的，即液压系统中的工作压力决定于负载，这是液压传动中的一个重要的基本概念。

返回 2.1.4 压力的测量 1.液体压力的表示方法及单位（1）用液体在单位面积上所受到的作用力的大小表示。法定计量单位为Pa、kPa、MPa。（2）用大气压力表示。工程大气压（at）、标准大气压（atm）。（3）用液柱高度表示，米水柱（mH2O）、毫米汞柱（mmHg）。各种压力单位的换算关系见表2-1。

返回 2.压力的测量液压系统中的压力，绝大多数采用压力计测量。在实际的压力测试中，有两种基准，一是以绝对真空为基准，另一是以大气压力为基准。（1）绝对压力。即指以绝对真空为基准测得的压力。（2）相对压力。即指以大气压力为基准测得的高出大气压力的那部分压力。（3）真空度。绝对压力低于大气压力的数值称为真空度。

返回（4）绝对压力、相对压力、真空度的关系如图2-4所示。它们的数值关系可用式（2－5）和（2－6）表示：

返回 2.1.5 液体对固体壁面的作用力 1.当固体壁面为一平面时： 2. 当固体壁面为一曲面时：

返回 2.2 液体动力学基础 2.2.1 基本概念 1．理想液体和恒定流动无黏性又不可压缩的假想液体称为理想液体。液体流动时，若其中任一点处的压力、速度和密度都不随时间变化，则这种流动称为恒定流动。 2．过流断面、流量和平均流速垂直于液体流动方向的截面称为过流断面。单位时间内流过过流断面的液体体积称为流量。为使计算和分析简便，假想液流通过过流断面的流速分布是均匀的，且该流速能反映真实流量。

返回 2.2.2 液体流动的连续性方程连续性方程是质量守恒定律在流体力学中的一种表达形式。在单位时间内流过两个断面的液体质量相等，即当忽略液体的可压缩性时，得它说明液体在管道中流动时，流过各个断面的流量是相等的，流速和过流断面积成反比。

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返回 2.2.3伯努利方程 1.理想液体的伯努利方程

返回或： 2.实际液体的伯努利方程或：应用伯努利方程时，必须满足以下条件：（1）恒定流动。（2）过流断面必须是渐变面。（3）液体所受的力只是压力和重力。（4）液体是连续不可压缩的，即密度等于常数。（5）所选两截面之间的流量应保持不变。

返回 2.3 液体流动时的压力损失 2.3.1液体的流态和雷诺数雷诺实验:如图2-12（a）所示。 1—溢流管 2—进水管 3—水杯 4—开关 5—细导管 6—水箱 7—玻管 8—阀门

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返回液体在管中的流动状态用雷诺数描述，即：如果液流的雷诺数相同，则它的流动状态也相同实验证明：流体从层流变为紊流时的雷诺数大于由紊流变为层流时的雷诺数，前者称上临界雷诺数，后者称下临界雷诺数。工程中是以下临界雷诺数作为液流状态判断依据，简称临界雷诺数。若 ﹤ 液流为层流； ≥ 液流为紊流。常见管道的液流的临界雷诺数，见表2-2。

返回 2.3.2 沿程压力损失液体在等径直管中流动时因黏性摩擦而产生的压力损失，称为沿程压力损失。式中为沿程阻力系数，既可用于层流也可用于紊流，只是选取的数值不同。紊流时，除与雷诺数有关外，还与管壁的表面粗糙度有关。圆管紊流时的值见表2-3。在计算沿程压力损失时，先判断流态，取正确的沿程阻力系数值，后按式（2-20）进行计算。

返回 2.3.3 局部压力损失液体流经如阀口、弯管、突变截面等局部阻力处所引起的压力损失,称之。式中， ——局部阻力系数。各种局部装置结构的值可查有关手册。阀类元件局部压力损失用下面公式计算较方便：

返回 2.3.4 管路系统的总压力损失系统的总压力损失应为所有沿程压力损失和所有局部压力损失之和，即为减少液压系统的压力损失，常采取以下措施：（1）将油液的流速限制在适当的范围内。（2）使管道内壁应光滑。（3）选择适当的油液黏度。（4）尽量缩短管道长度，减少管道弯曲和突变。

返回 2.4 小孔和缝隙流量 2.4.1 小孔流量小孔的分类：薄壁孔；细长孔；短孔。 1．薄壁孔流量 2．短孔的流量同上式，但流量系数不同一般为 =0.82。 3．细长孔的流量通用公式：

返回 2.4.2 缝隙流量缝隙流动有两种状况：一种压差流动；另一种是剪切流动。两种流动常同时存在。 1.平行平板缝隙的流量 2.圆环缝隙的流量 2.4.3 小孔和缝隙的利用虽然液体流经小孔和缝隙时会产生压力损失和泄漏，但可以利用小孔的流量来调速，利用缝隙产生压力降来控制系统的压力。

返回 2.5 液压冲击和气穴现象 2.5.1液压冲击 1.产生液压冲击的原因（1）液流突然停止运动.（2）运动部件突然制动或换向.（3）液压元件反应动作不灵。 2.减少液压冲击的措施 2.5.2 气穴现象 1.油液的空气分离压和饱和蒸汽压 2.气穴现象的危害 3.减少气穴和气蚀现象的措施

返回小结本章主要介绍了：液体静力学基础、液体动力学基础、液体流动时的压力损失、孔口和缝隙流量、液压冲击和气穴现象等液压传动基础知识。通过学习，应重点掌握液压传动的两个重要特性；静力学基本方程；液体动力学的两个基本方程；液体流动时的两种压力损失；小孔流量计算的通用公式。在学习本章内容时，要注意以下几个问题：（1）液体的压力在物理学中称为压强，但在液压传动中习惯称为压力，要与液体对固体壁面的总作用力区别开来。

返回（2）在应用静力学基本方程时，常可利用等压面的概念和压力传递的概念（帕斯卡原理）。（3）要深入理解伯努利方程中每一项的物理意义、量纲以及理想液体和实际液体伯努利方程的差别等。在应用伯努利方程进行计算时要正确地选择基准面和两个计算截面。（4）在计算沿程压力损失时，要明确沿程阻力系数与流动状态有关，判别流动状态的准则是雷诺数。压力损失与速度的平方成正比，表明速度对压力损失影响最大，因此要限制管道中的流速。

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