第二章流体力学-精品文档资料.ppt

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1、液压与气压传动液压与气压传动第二章第二章 液压流体力学液压流体力学教学内容：教学内容：l油液的主要物理性质l静力学和动力学基础l液体流动时的压力损失l孔口和缝隙流动 机电工程学院液压与气压传动2.1油液的主要物理性质：油液的主要物理性质：(1)密度和重度密度和重度l一、液体的密度l单位体积液体的质量称为液体的密度，通常用“”表示 l式中：V液体的体积，单位为m3；l m液体的质量，单位为kg。l重度 是指其单位体积内所含液体的重量)/(3mkgVmgVG机电工程学院液压与气压传动 什么是油液的粘性呢？ 油液在外力作用下流动时，液层间作相对运动时产生内摩擦力的性质，叫做油液的粘性。 摩擦阻力是油

2、液粘性的表现形式。 液体表现出粘性的条件： 液体在有相对运动时才出现粘性，相对静止的油液不出现粘性。2.1油液的主要物理性质：油液的主要物理性质：(2)粘性粘性 机电工程学院液压与气压传动牛顿内摩擦定律：由试验得知，内摩擦阻力T(N)与 油液层接触面积A(m2)成正比相对运动速度du（m/s）成正比而与油层距离dz（m）成反比也与油液的性质有关，即 (N) （21）式中的 即为动力粘度，表征油液的性质。2.1 (2)粘性粘性zdud+u动画dzduAT机电工程学院液压与气压传动牛顿内摩擦定律：如以表示切应力（即单位面积上的内摩擦力），则 （N/m2)（2-2），此式称为牛顿内摩擦定律。动力粘度

3、的单位推导： 2.1 (2)粘性粘性 dzdusPas/mmmNdudzATdzduAT2机电工程学院液压与气压传动2.1 (2)粘性粘性粘性的测试单位：（1）动力粘度（Pas）： 1 Pas =10P（2）运动粘度： =/ （m2/s） 运动粘度的单位推导?（3）相对粘度：机电工程学院液压与气压传动2.1 (2)粘性粘性粘性与压力、温度的关系：（1）一般而言，油液所受压力增大，其粘性变大，在高压时，压力对粘性的影响表现尤为突出，而在中低压时并不显著。（2）油液粘性对温度十分敏感。当油液温度升高时，粘性下降，这种影响在低温时更为突出。机电工程学院液压与气压传动2.1 (2)粘性粘性l液体的粘性

4、对于液压系统的工作性能有何影响？l提示：泄漏，摩擦阻力机电工程学院液压与气压传动2.1 (3)压缩性压缩性l压缩系数l体积弹性系数dpVdVVdVdpK1机电工程学院液压与气压传动2.2 流体静力学流体静力学 一、液体静压力：一、液体静压力：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。 液体静压力有两个重要特性:（1）液体静压力垂直于承压面,其方向和该面的内法线方向一致。（2）静止液体内任一点所受到的压力在各个方向上都相等。为什么？如果某点受到的压力在某个方向上不相等,那么液体就会流动,这就违背了液体静止的条件。)132(lim0AFpA机电工

5、程学院液压与气压传动2.2 流体静力学流体静力学二、重力作用下静止液体的压力分布规律二、重力作用下静止液体的压力分布规律p=p0+gh （2-16）式中，p为静止液体中任意点的压力，po为液面压力；h为液体中任意点到液面的距离；为液体密度。结论：（1）在重力作用下，液体内任意点的压力与所处位置深度有关，在同一深度处压力相等；（2）压力由液面压力po和重力引起的压力gh两部分组成。机电工程学院液压与气压传动重力场中压力分布规律的应用：重力场中压力分布规律的应用： 例2-1 如图所示，容器内盛油液。已知油的密度=900kg/m3，活塞上的作用力F=1000N，活塞的面积A=110-3m2，假设活塞

6、的重量忽略不计。问活塞下方深度为h=0.5m处的压力等于多少？ 2.2 流体静力学流体静力学机电工程学院液压与气压传动解: 活塞与液体接触面上的压力均匀分布，有根据静压力的基本方程式（2-11），深度为h处的液体压力 =106 +9009.80.5 =1.0044106(N/m2)106(Pa) 从本例可以看出，液体在受外界压力作用的情况下，液体自重所形成的那部分压力gh相对甚小，在液压系统中常可忽略不计，因而可近似认为整个液体内部的压力是相等的。以后我们在分析液压系统的压力时，一般都采用这种结论。2.2 流体静力学流体静力学26230/101011000mNmNAFpghppa机电工程学院液

7、压与气压传动四、压力表示法四、压力表示法（1 1）压力单位）压力单位（2 2）绝对压力、相对压力及真空度）绝对压力、相对压力及真空度 根据度量方法的不同有所谓的表压力又称相对压力和绝对压力之分。以当地大气压力为基准所表示的压力称为表压力。以绝对零压力作为基准所表示的压力称为绝对压力。 如液体中某点处的绝对压力小于大气压力，这时该点的绝对压力比大气压力小的那部分压力值，称为真空度。所以 真空度=大气压力-绝对压力2.2 流体静力学流体静力学机电工程学院液压与气压传动 有关表压力、绝对压力和真空度的关系见图1-4。2.2 流体静力学流体静力学机电工程学院液压与气压传动2.2 流体静力学流体静力学1

8、2AFAWP五、帕斯卡原理五、帕斯卡原理 （压力的传递）（压力的传递） 如图所示建立了一个很重要的概念，即在液压传动中工作的压力取决于负载，而与流入的流体多少无关。机电工程学院液压与气压传动2.2 流体静力学流体静力学六、液体对壁面作用力的计算六、液体对壁面作用力的计算 hchcp0p0机电工程学院液压与气压传动2.2 流体静力学流体静力学机电工程学院液压与气压传动2.2 流体静力学流体静力学由此可知，液体作用在曲面上某一方向的分力，等于液体压力与曲面在该方向的垂直平面上的投影面积的乘积。不计液重，有 Fx= po Ax Fy= po Ay机电工程学院液压与气压传动2.2 流体静力学流体静力学

9、例例2-32-3 图2-9所示为一圆锥阀。阀口直径为d，在锥阀的部分圆锥面上有油液作用，各处压力均为p。试求油液对锥阀阀芯的总作用力。解解 由于阀芯左、右对称，油液作用在阀芯上的总力在水平方向的分力Fx=0；垂直方向的分力即为总作用力，部分圆锥面在y向垂直平面内的投影面积为 ，则油液对锥阀阀芯的总作用力为 F= Fy=p(d2/4)24d机电工程学院液压与气压传动2.3 流体动力学流体动力学一、液体运动的基本概念一、液体运动的基本概念1、理想液体与实际液体、理想液体与实际液体 恒定流动与非恒定流动恒定流动与非恒定流动 一维流动、二维流动、三维流动一维流动、二维流动、三维流动2、 流线、流管、流

10、束、通流截面流线、流管、流束、通流截面 l流线是某一瞬间液流中一条条标志其质点运动状态的曲线，在流线上各点的瞬时液流方向与该点的切线方向重合 机电工程学院液压与气压传动2.3 流体动力学流体动力学l由于液流中每一点在每一瞬间只能有一个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，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。它是一条条光滑的曲线。 l在流场内作一条封闭曲线，过该曲线的所有流线所构成的管状表面称为流管流管，流管内所有流线的集合称为流束流束。根据流线不能相交的性质，流管内外的流线均不能穿越流管表面。机电工程学院液压与气压传动2.3 流体动力

11、学流体动力学过流断面：过流断面：与液体流动方向相垂直的液体横截面。 3 流量：流量：单位时间内流过过流断面的液体体积称为流量。 推导：推导：单位时间内流过某微小断面的流量故总流量为udAdtudtdAdtdVdq AudAqAudAq机电工程学院液压与气压传动2.3 流体动力学流体动力学平均流速：平均流速：通常以断面上的平均速度来代替实际流速，即假想单位时间内按平均流速流过过流断面的液体体积等于按实际流速通过同一断面的液体体积。即平均流速AudAAAqAudAA 机电工程学院液压与气压传动2.3 流体动力学流体动力学l4、层流、紊流、雷诺数、层流、紊流、雷诺数l层流：层流：液流是分层的，层与层

12、之间互不干扰，液体的流动状态。无横向脉动无横向脉动l紊流：紊流：液流不分层，处于紊乱状态，有横向脉动有横向脉动l雷诺数：雷诺数：l式中的式中的DH为水力直径或等效直径为水力直径或等效直径l雷诺判据：当实际计算的雷诺数雷诺判据：当实际计算的雷诺数ReRer时，为紊流时，为紊流l 临界雷诺数临界雷诺数Rer可查表得到可查表得到HHDDRe机电工程学院液压与气压传动二、连续性方程二、连续性方程 液体以定常流流动通过管内任一截面的液体质量必然相等。如图所示管内两个流通截面面积为A1和A2，平均流速分别为V1和V2，则通过任一截面的流量Q如（219）式表示。Q=AV=A1V1=A2V2=常量（219）

13、即连续性方程，此式还得出另一个重要的基本概念，即运动速度取决于流量，而与流体的压力无关。2.3 流体动力学流体动力学机电工程学院液压与气压传动二、连续性方程二、连续性方程连续性方程连续性方程及帕斯卡原理应用：及帕斯卡原理应用：例例2-3 2-3 如如图所示为相互连通的两个液压缸，已知大缸内径D=100mm, 小缸内径d=20mm,大活塞上放上质量为5000kg的物体。问:1.在小活塞上所加的力F有多大才能使大活塞顶起重物？2.若小活塞下压速度为0.2m/s，试求大活塞上升速度？ 帕斯卡原理应用实例2.3 流体动力学流体动力学机电工程学院液压与气压传动二、连续性方程二、连续性方程解：解：1物体的

14、重力为G=mg=5000kg9.8m/s2=49000kgm/s2=49000N根据帕斯卡原理，由外力产生的压力在两缸中相等，即故为了顶起重物应在小活塞上加力为 = 49000N=1960N2.由连续定理：Q=AV=常数得出：故大活塞上升速度： 本例说明了液压千斤顶等液压起重机械的工作原理，体现了液压装置的力放大作用。 2.3 流体动力学流体动力学4422DGdFGDdF22222210020mmmm大小vDvd4422)/(008. 02 . 0100202222smvDdv小大机电工程学院液压与气压传动二、连续性方程二、连续性方程机电工程学院液压与气压传动2.3 流体动力学流体动力学三、伯

15、努利方程（能量方程）三、伯努利方程（能量方程）1、推导条件：推导条件：理想液体：无粘性，无剪切力 无压缩性，密度不变2、理想流体、理想流体微小流束的伯努利方程)222(2222221211hgugphgugp物理意义物理意义:定常流动的理想流体具有三种形式的能量：位能、 压力能和动能，任一截面上,三种能量可以互相转换，但总机械能守恒。机电工程学院液压与气压传动2.3 流体动力学流体动力学三、伯努利方程（能量方程）三、伯努利方程（能量方程）3、实际流体总流的伯努利方程、实际流体总流的伯努利方程以上推导的是理想流体某条流线上的能量方程，总能量守恒，但是，（1）对于具有粘性的液体，运动过程必然消耗机

16、械能，沿流动方向液体的总机械能将逐渐减少。（2）对于实际流体，总是在有限大小的体积中流动，要包括所有流线，要进行积分得到总流能量方程。这样，得到重力场中实际不可压缩液体定常流动的总流伯努利方程：重力场中实际不可压缩液体定常流动的总流伯努利方程：式中的式中的是动能修正系数，和流速分布有关。是动能修正系数，和流速分布有关。fhgzpzp2gg2g2222221111机电工程学院液压与气压传动机电工程学院液压与气压传动2.3 流体动力学流体动力学三、伯努利方程（能量方程）三、伯努利方程（能量方程）例例2-4 泵从油箱吸油（见图2-15），泵的流量为25L/min，吸油管直径d=30，设滤网及管道内总

17、的压降为0.03MPa，油液的密度=880/m3。要保证泵的进口真空度不大于0.0336MPa,试求泵的安装高度h。机电工程学院液压与气压传动解 由油箱液面0-0至泵进口1-1建立伯努利方程:式中，pa为大气压力；p1为泵进口处绝对压力。因为油箱截面远大于管道过流断面，所以00。取11。吸油管流速（计算时注意单位问题计算时注意单位问题）泵的安装高度2.3 流体动力学流体动力学pgh2p2p2111200asmsmdq/589.0/60)1030(1025442332 mmgpggppha4.0)8.98801003.08.92589.08.9880100336.0(2626211 机电工程学院

18、液压与气压传动2.3 流体动力学流体动力学四、动量方程四、动量方程作用于物体的外力等于该物体在力的作用方向上的动量改变率，这就是刚体力学的动量定理。由连续性可知，流量q=q=q，对不可压缩液体，密度=，于是 d(m)=qdt(-)根据动量定理，外力作用在液体控制体积上的全部外力之和等于单位时间内流出与流入控制体的动量之差。）(qdtdmF机电工程学院液压与气压传动2.3 流体动力学流体动力学求滑阀阀芯所受的轴向稳态液动力。 cos, 1coscos90cos22222211qvFqqF得液动力取机电工程学院液压与气压传动动量方程机电工程学院液压与气压传动2.4 液体流动时的压力损失液体流动时的

19、压力损失讨论压力损失的讨论压力损失的目的目的：计算液压系统的压力损失；找出：计算液压系统的压力损失；找出减少流动阻力的途径；利用压力损失。减少流动阻力的途径；利用压力损失。压力损失可分为压力损失可分为两类两类： 沿程压力损失（粘滞力）沿程压力损失（粘滞力） 局部压力损失（流体微团的碰撞、漩涡的局部压力损失（流体微团的碰撞、漩涡的 产生等）产生等） 两类压力损失都和液体的流动状态有关。两类压力损失都和液体的流动状态有关。机电工程学院液压与气压传动2.4 液体流动时的压力损失液体流动时的压力损失二、沿程压力损失二、沿程压力损失 液体在等断面直管内，沿流动方向各流层之间的内摩擦液体在等断面直管内，沿

20、流动方向各流层之间的内摩擦而产生的压力损失，称为沿程压力损失。而产生的压力损失，称为沿程压力损失。通过量纲分析和实验得到计算沿程压力损失的公式如下：通过量纲分析和实验得到计算沿程压力损失的公式如下：或或压力损失和哪些因素有关？压力损失和哪些因素有关？gdlhf22 22 dlp机电工程学院液压与气压传动2.4 液体流动时的压力损失液体流动时的压力损失如图如图2-202-20所示所示, ,管道两端压力分别为管道两端压力分别为p p1 1和和p p2 2, ,圆管半径为圆管半径为r r0 0。在。在管流中取一微圆柱状液体，长管流中取一微圆柱状液体，长d dx x，半径为，半径为r r。受力分析受力

21、分析：除了前后表面分别作用有：除了前后表面分别作用有p p和和p pdpdp的压力，环形表的压力，环形表面有切应力（实际流体具有粘性）。面有切应力（实际流体具有粘性）。推导过程：推导过程：受力平衡方程和牛顿内摩擦定律联立，得受力平衡方程和牛顿内摩擦定律联立，得1、圆管层流运动的、圆管层流运动的压力损失压力损失drdu)rl2(r)pp(22121ppprl2pdrdu机电工程学院液压与气压传动2.4 液体流动时的压力损失液体流动时的压力损失1、圆管层流运动的压力损失、圆管层流运动的压力损失故故积分（对积分（对哪个变量积分哪个变量积分），并确定积分常数，得），并确定积分常数，得速度分布表达式为速

22、度分布表达式为流量流量故沿程压力损失故沿程压力损失rdrl2pdu)rR(l4pu22l128pdd4Aq422dl64dl32p2d2l机电工程学院液压与气压传动2.4 液体流动时的压力损失液体流动时的压力损失以上两式比较，可得以上两式比较，可得 =64/Re=64/Re由此可见，液体作层流运动时，沿程损失系数由此可见，液体作层流运动时，沿程损失系数仅与雷诺数仅与雷诺数Re 有关，与管道内壁的表面粗糙度无关。有关，与管道内壁的表面粗糙度无关。 22dlp2dl64dl32p2d2l机电工程学院液压与气压传动2.4 液体流动时的压力损失液体流动时的压力损失2、圆管紊流运动的压力损失、圆管紊流运

23、动的压力损失由于紊流的横向脉动，这样不仅有液层间内摩擦，还有由于紊流的横向脉动，这样不仅有液层间内摩擦，还有横向的紊流摩擦，而且后者的损失远大于前者。所以横向的紊流摩擦，而且后者的损失远大于前者。所以紊流压力损失比层流大很多。紊流压力损失比层流大很多。紊流状态下，压力损失不仅与雷诺数有关，也和管道内紊流状态下，压力损失不仅与雷诺数有关，也和管道内壁粗糙度有关。壁粗糙度有关。紊流光滑管紊流光滑管紊流粗糙管紊流粗糙管机电工程学院液压与气压传动2.4 液体流动时的压力损失液体流动时的压力损失三、局部压力损失三、局部压力损失液体在流动中，由于遇到局部障碍而产生的阻力损失，称液体在流动中，由于遇到局部障

24、碍而产生的阻力损失，称为局部压力损失。在液压传动中，局部障碍包括：流道为局部压力损失。在液压传动中，局部障碍包括：流道发生弯曲；断面突然扩大或缩小；流道中装置有各种液发生弯曲；断面突然扩大或缩小；流道中装置有各种液压元件及附件。压元件及附件。局部压力损失计算公式为局部压力损失计算公式为或或式中的局部压力损失系数式中的局部压力损失系数可查液压手册或其他资料得到可查液压手册或其他资料得到22 mPghm22 机电工程学院液压与气压传动2.4 液体流动时的压力损失液体流动时的压力损失四、管路系统总压力损失四、管路系统总压力损失管路系统中总压力损失等于所有支管的沿程压力损失和所有局部地区管路系统中总压

25、力损失等于所有支管的沿程压力损失和所有局部地区产生的局部压力损失之和。即产生的局部压力损失之和。即或或用式（用式（2-51）和式（）和式（2-52）计算时必须注意：在两个局部压力损失）计算时必须注意：在两个局部压力损失地区之间的直管长度要大于地区之间的直管长度要大于1020倍直径。倍直径。从式（从式（2-51）和式（）和式（2-52）两式可以看出，管路系统总压力损失与）两式可以看出，管路系统总压力损失与管长、管道断面尺寸、液体粘度、平均流速等因素有关管长、管道断面尺寸、液体粘度、平均流速等因素有关2222dlpppml总 ggdhhhmif2222 机电工程学院液压与气压传动2.4 液体流动时

26、的压力损失液体流动时的压力损失l压力损失小结压力损失小结l压力损失压力损失：由于液体具有由于液体具有粘性粘性，在管路中流动时又不可避免地存，在管路中流动时又不可避免地存在着摩擦力，所以液体在流动过程中必然要损耗一部分能量。这在着摩擦力，所以液体在流动过程中必然要损耗一部分能量。这部分能量损耗主要表现为部分能量损耗主要表现为压力损失压力损失。 压力损失有沿程损失和局部损失压力损失有沿程损失和局部损失两种。两种。沿程损失沿程损失是当液体在是当液体在直径不变的直管中流过一段距离时，因摩擦而产生的压力损失。直径不变的直管中流过一段距离时，因摩擦而产生的压力损失。局部损失局部损失是由于管子截面形状突然变

27、化、液流方向改变或其它形是由于管子截面形状突然变化、液流方向改变或其它形式的液流阻力而引起的压力损失。总的压力损失等于沿程损失和式的液流阻力而引起的压力损失。总的压力损失等于沿程损失和局部损失之和。局部损失之和。 由于压力损失的必然存在，所以泵的额定压力要略大于系统由于压力损失的必然存在，所以泵的额定压力要略大于系统工作时所需的最大工作压力，工作时所需的最大工作压力，一般可将系统工作所需的最大工作一般可将系统工作所需的最大工作压力乘以一个压力乘以一个1.31.31.51.5的系数来估算的系数来估算。机电工程学院液压与气压传动机电工程学院液压与气压传动2.5 孔口和缝隙流动孔口和缝隙流动一、液体

28、流经小孔的普遍规律一、液体流经小孔的普遍规律淹没孔口出流淹没孔口出流: :1-11-1为孔口前参考断面为孔口前参考断面, ,c-cc-c为液流收缩断面，为液流收缩断面，2-22-2为液流出口断面为液流出口断面, ,各处参数如图所示。各处参数如图所示。设孔口处流速均匀，且两断面中心线在设孔口处流速均匀，且两断面中心线在同一水平面，列出断面同一水平面，列出断面1-11-1和和2-22-2的伯努利的伯努利方程，便有方程，便有自断面自断面1-11-1到断面到断面2-22-2总压力损失为总压力损失为fghpp 22222211 gdlhf2)(220 机电工程学院液压与气压传动2.5 孔口和缝隙流动孔口

29、和缝隙流动代入上述伯努利方程并经整理得代入上述伯努利方程并经整理得c c为流速系数。为流速系数。c c是实际流速是实际流速r r与理想流速与理想流速t t之比值，即之比值，即流经小孔的流量流经小孔的流量式中，式中，c cq q为流量系数，它是实际流量为流量系数，它是实际流量q qr r与理想流量与理想流量q qt t之比值之比值式（式（2-542-54）为液体流经孔口的流量表达式，它适用于一切孔口，只是）为液体流经孔口的流量表达式，它适用于一切孔口，只是不同的孔口有不同的不同的孔口有不同的c cc c、c c及及c cq q值。值。 /2)(2)/(112102pcppdl )/(110dlc

30、tr /pAC/PACCACAqqcc22000222机电工程学院液压与气压传动2.5 孔口和缝隙流动孔口和缝隙流动掌握孔口出流的要点：掌握孔口出流的要点： 1、断面、断面11、断面、断面22、断面、断面c-c2、孔口出流的理想速度和理想流量、孔口出流的理想速度和理想流量理想液体没有粘性，无压力损失，则伯努力方程为理想液体没有粘性，无压力损失，则伯努力方程为理想流量理想流量2pp2221p22tp2AAq0t0t机电工程学院液压与气压传动2.5 孔口和缝隙流动孔口和缝隙流动1 1、薄壁孔口、薄壁孔口一般而言一般而言, ,孔口的长径比孔口的长径比l l/ /d do o0.50.5时时, ,称为

31、薄壁孔口称为薄壁孔口, , 其主要特点：其主要特点：无沿程损失无沿程损失, ,只有进口处的局部损失（进口局部损失系数为只有进口处的局部损失（进口局部损失系数为i i),),此时此时2 2、厚壁孔口、厚壁孔口当小孔长径比当小孔长径比0.50.544时，称为细长孔。液流通过细长孔的时，称为细长孔。液流通过细长孔的流动实为层流运动，此时流量流动实为层流运动，此时流量平均流速应为？平均流速应为？/pc22/pACqq20lpdq 12840 机电工程学院液压与气压传动2.5 孔口和缝隙流动孔口和缝隙流动 例例2-8 一液压缸旁路节流调速一液压缸旁路节流调速系统如图系统如图2-26所示。液压缸直所示。液

32、压缸直径径D=100，负载，负载F=4000N，活塞移动速度活塞移动速度=0.05m/s，泵流量泵流量q=50L/min。试求节。试求节流阀开口面积为多大？设节流流阀开口面积为多大？设节流阀口流量系数阀口流量系数cq=0.62，不计，不计管路损失，液体密度管路损失，液体密度=900/m3。机电工程学院液压与气压传动2.5 孔口和缝隙流动孔口和缝隙流动解解 液压缸要求的流量为液压缸要求的流量为通过节流阀的流量为通过节流阀的流量为（注意单位换算）（注意单位换算）负载要求左腔的压力为负载要求左腔的压力为smsmDAq/10925. 3/)10100(405. 043432321 smsmqqqT/1

33、0408. 4/10925. 3601050343431 PaPaDFAFp62321051.0)10100(400044 机电工程学院液压与气压传动2.5 孔口和缝隙流动孔口和缝隙流动因为管路损失不计，因为管路损失不计，p=0.51MPap=0.51MPa即为泵压力，通过节流阀的即为泵压力，通过节流阀的流量为流量为所以节流阀开口面积为所以节流阀开口面积为26264qT0m101 .21m900/1051. 0262. 010408. 4/p2CqA/p2ACq0qT机电工程学院液压与气压传动2.5 孔口和缝隙流动孔口和缝隙流动 二、缝隙流动二、缝隙流动 1、平行平板缝隙流、平行平板缝隙流 （

34、1）压差流）压差流 如图所示如图所示2-27所示的两固所示的两固定平行平板缝隙中，定平行平板缝隙中，和和l分分别表示缝隙的高度和长度，别表示缝隙的高度和长度，垂直纸面方向上为缝隙宽度垂直纸面方向上为缝隙宽度b。缝隙两端压力分别为。缝隙两端压力分别为p1和和p2，液体在压力差，液体在压力差p=p1-p2作用下产生流动，作用下产生流动，称为压差流。称为压差流。机电工程学院液压与气压传动2.5 孔口和缝隙流动孔口和缝隙流动列微元液体在列微元液体在x方向的力平衡方程方向的力平衡方程整理得整理得又根据牛顿内摩擦定律又根据牛顿内摩擦定律 ，得，得即有即有0bdx)d(bdxbdz)dpp(pbdzdxdp

35、dzddzdu1212dzuddzd212dzuddxdp机电工程学院液压与气压传动2.5 孔口和缝隙流动孔口和缝隙流动经两次积分得经两次积分得故缝隙中流速表达式为故缝隙中流速表达式为流量为流量为即即212121czczdxdpu zzlpu)(21dzbzzlpdzbuq )(20011 plbq 1231机电工程学院液压与气压传动2.5 孔口和缝隙流动孔口和缝隙流动（2 2）剪切流）剪切流 缝隙两端无压差，假设上平板以速缝隙两端无压差，假设上平板以速度度沿正向沿正向x x运动，下平板不动。缝运动，下平板不动。缝隙中液体在上平板带动下层层移动隙中液体在上平板带动下层层移动，称这种流动为剪切流

36、。如图，称这种流动为剪切流。如图2-282-28所示，液流速度近似呈线性规律分所示，液流速度近似呈线性规律分布。布。 在缝隙在缝隙z z处流速处流速 u2=(/)z 流量流量 2022bdzbuq 机电工程学院液压与气压传动2.5 孔口和缝隙流动孔口和缝隙流动2 2、圆柱环状缝隙流、圆柱环状缝隙流（1 1）同心环状缝隙流）同心环状缝隙流当两同心圆柱固定，如图当两同心圆柱固定，如图2-30a2-30a所示，其所示，其流量为流量为如图如图2-302-30所示，由内外圆柱面围成所示，由内外圆柱面围成的的缝隙，称为圆柱环状缝隙流。缝隙，称为圆柱环状缝隙流。当两圆柱有相对运动，运动速度为当两圆柱有相对运

37、动，运动速度为时，时，如图如图2-30b2-30b所示，其流量为所示，其流量为式中，式中，号的选取与前述相同。号的选取与前述相同。pldq 123 2123dpldq 机电工程学院液压与气压传动8 8、液压冲击和气蚀现象、液压冲击和气蚀现象 （1 1）液压冲击：）液压冲击：在液压系统中在液压系统中, ,当油路突然关闭或换向时当油路突然关闭或换向时, ,会产会产生急剧的压力升高生急剧的压力升高, ,这种现象称为液压冲击。这种现象称为液压冲击。 造成液压冲击的主要原因造成液压冲击的主要原因是液压速度的急剧变化、高速运动工是液压速度的急剧变化、高速运动工作部件的作部件的惯性力惯性力和和某些液压元件反

38、应动作不够灵敏某些液压元件反应动作不够灵敏. . 产生液压冲击时产生液压冲击时, ,系统中的压力瞬间就要比正常压力大好几倍系统中的压力瞬间就要比正常压力大好几倍, ,特别是在压力高、流量大的情况下特别是在压力高、流量大的情况下, ,极易引起极易引起系统的振动、噪音甚至系统的振动、噪音甚至导管或某些液压元件的损坏导管或某些液压元件的损坏, ,既影响系统的工作质量又会缩短其使用既影响系统的工作质量又会缩短其使用寿命。寿命。还要注意的是由于压力冲击产生的高压力可能使某些液压元还要注意的是由于压力冲击产生的高压力可能使某些液压元件（如压力继电器）产生误动作件（如压力继电器）产生误动作, ,而损坏设备。

39、而损坏设备。 避免液压冲击的主要办法避免液压冲击的主要办法是避免液流速度的急剧变化。延缓速是避免液流速度的急剧变化。延缓速度变化的时间能有效地防止液压冲击。度变化的时间能有效地防止液压冲击。2.5 液压冲击和气蚀现象液压冲击和气蚀现象机电工程学院液压与气压传动8 8、液压冲击和气蚀现象、液压冲击和气蚀现象 （2 2）气蚀现象：）气蚀现象： 如果液压系统中发生了空穴现象如果液压系统中发生了空穴现象, ,液体中的气泡随着液流运动到液体中的气泡随着液流运动到压力较高的区域时压力较高的区域时, ,气泡在较高压力作用下将迅速破裂气泡在较高压力作用下将迅速破裂, ,从而引起局从而引起局部液压冲击部液压冲击

40、, ,造成噪音和振动造成噪音和振动, ,另一方面另一方面, ,由于气泡破坏了液流的连续由于气泡破坏了液流的连续性性, ,降低了油管的通油能力降低了油管的通油能力, ,造成流量和压力的波动造成流量和压力的波动, ,使液压元件承受使液压元件承受冲击载荷冲击载荷, ,影响其使用寿命。影响其使用寿命。同时气泡中的氧也会腐蚀金属元件的表同时气泡中的氧也会腐蚀金属元件的表面面, ,我们把这种因发生空穴现象而造成的腐蚀叫汽蚀我们把这种因发生空穴现象而造成的腐蚀叫汽蚀。 在液压传动装置中在液压传动装置中, ,汽蚀现象可能发生在油泵、管路以及其它具汽蚀现象可能发生在油泵、管路以及其它具有节流装置的地方有节流装置的地方, ,特别是油泵装置特别是油泵装置, ,这种现象最为常见这种现象最为常见。 汽蚀现象是液压系统产生各种故障的原因之一汽蚀现象是液压系统产生各种故障的原因之一, ,特别在高速、高特别在高速、高压的液压设备中更应注意。压的液压设备中更应注意。 2.5 液压冲击和气蚀现象液压冲击和气蚀现象机电工程学院液压与气压传动机电工程学院液压与气压传动Take a Break机电工程学院液压与气压传动