液压技术中的流体力学

压力的单位 国际单位制单位 国际单位制单位为Pa（帕）、 N/m2（我国法定计量单位）或兆帕(MPa)， 1MPa=106Pa。 工程制单位 kgf/cm2。国外也有用bar(巴）， 1bar=105Pa。 标准大气压 1标准大气压=101325Pa。 液体柱高度 h=p/(ρg)，常用的有水柱、汞柱等， 如1个标准 大气压约等于10m水柱高。
液体静压力对固体壁面的作用力
当承受压力的固体壁面为平面时:则作用在其上的 总作用力等于压力与该壁面面积之积
Fp

4
D2
当承受压力的固体壁面是曲面时:曲面上总作用力 在某一方向上的分力等于曲面在与该方向垂直平面内 的投影面积与静压力的乘积。若已知曲面上总作用力 在三个坐标轴方向的分量分别为Fx、 Fy和Fz时，总作 用力的大小为：
1. 压力的表示方法
相对压力（表压力）: 以大气压力为基准，测 量所得的压力，是高于大气 压的部分 。 绝对压力: 以绝对零压为基 准测得的压力 绝对压力=相对压力 + 大气压力 真空度:如果液体中某点的绝对压力小于大气压力，则称该点出现真 空。此时相对压力为负值，常将这一负相对压力的绝对值称为该点 的真空度 真空度=|负的相对压力|=|绝对压力 - 大气压力|
平均流速
实际流体流动时，速度的分布规律很复杂。假设通流 截面上各点的流速均匀分布，平均流速为
4.层流、紊流和雷诺数
层流 紊流 液体流动时，液体质点间没有横向运动，且不混杂， 作线状或层状的流动。
液体流动时，液体质点有横向运动或产生小漩涡， 作杂乱无章的运动。
a
b
雷诺数判断
液体的流动状态是层流还是紊流，可以通过 无量纲值雷诺数来判断。实验证明，液体在 圆管中的流动状态可用下式来表示
许多流线组成的一束曲线。
流束
流管 通流截面
通过一条封闭曲线的密集流线束。 垂直于流动方向的截面，也称为过流截面。
流线、流束、流管和通流截面
3.流量和平均流速
流量
单位时间内流过某一通流截面的液体体积，流量以q表示，单 位为m3/s或L/min。
在通流截面A上取一微小流束的截面dA，则通过dA的微小流 量为 对上式积分，可得流经整个通流截面A的流量
1.薄壁小孔的流量压力特性
通过薄壁小孔的流量与液体粘度无关，因而流量受液体温度影 响较小.但流量与孔口前后压差的关系是非线性的。
2.细长小孔的流量压力特性
3.液体经小孔流动时流量压力的统一公式
二、流体力学在液压工程中的应用
液压技术中的流体力学
液压技术的发展与流体力学理论研究成果的发展有着密 切的关系, 从帕斯卡提出的在密闭静止液体中压力传播的帕 斯卡原理, 到牛顿揭示的戮性流体的内摩擦定律, 再到流体 力学两个重要方程——连续性方程和伯努利方程的建立,这 些成果都为液压技术的发展奠定了重要的理论基础，现在的 液压机械除了广泛应用于工业、农业、电力、运输业和建筑 业外, 还涉及到航空航天、海洋工程和生物医学工程等领域。 因此作为液压技术基础的流体力学的发展是推动液压技术进 步的关键，流体力学在液压中的应用比较广泛。
管路系统的总压力损失
整个管路系统的总压力损失是系统中所有直管中的沿程压力损 失和所有局部压力损失之和。
减小液压系统压力损失的措施： 减小流速 缩短管道长度 减小管道截面的突变 提高管道内壁的加工质量
孔口的流量
在液压元件特别是液压控制阀中，对液流压力、流量及方向 的控制通常是通过特定的孔口来实现的，它们对液流形成阻力， 使其产生压力降，其作用类似电阻，称其为液阻。“孔口流动” 主要介绍孔口的流量公式及液阻特性。
p p0 gh
可以看出：静止液体在自重作用下任何一点的压力随着液体 深度呈线性规律递增。液体中压力相等的液面叫等压面，静止液 体的等压面是一水平面。
由帕斯卡原理可知，由外力作用所产生的压力可以 等值地传递到液体内部所有各点，故在液体内部各点的 压力也就处处相等了。 液压传动是依据帕斯卡原理实现力的传递、放大和方 向变换的。 液压系统的压力完全决定于外负载。
2 F ( FX FY2 F ) 1 2 2 Z
1.理想液体和恒定流动
理想液体 假设的既无粘性又不可压缩的流体称为理想流体。 恒定流动 液体流动时，液体中任一点处的压力、速度和 密度都不随时间而变化的流动，亦称为定常流 动或非时变流动。
恒定流动与非恒定流动
流线、流束、流管和通流截面 流线
流体力学基础在液压系统中的应用
流体力学与流体传动
2015/09/19
一、流体力学知识要点回顾 二、流体力学在液压工程中的应用
一、流体力学知识要点回顾
1.液体的压力
作用在液体上的两种力：质量力和表面力 静压力：单位面积上所受的法向力。静压力在液体 传动中简称压力，在物理学中称为压强。本书以后只 用“压力”一词。 静止液体中某点处微小面积A上作用有法线力F， 则该点的压力定义为
某一瞬时液流中一条条标志其各处质点运动状态的 曲线。在流线上各点处的瞬时液流方向与该点的切 线方向重合，在恒定流动状态下流线的形状不随时 间而变化。对于非恒定流动来说，由于液流通过空 间点的速度随时间而变化，因而流线形状也随时间 变化而变化。液体中的某个质点在同一时刻只能有 一个速度，所以流线不能相交，不能转折，但可相 切，是一条条光滑的曲线 。
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常见管道的临界雷诺数
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v
沿程压力损失
液体在等截面直管中流动时因粘性摩擦而产生的压力损失称为沿 程压力损失。
l 2 p f d 2
百度文库
局部压力损失
局部压力损失，就是液体流经管道的弯头、接头、阀 口以及突然变化的截面等处时，因流速或流向发生急剧 变化而在局部区域产生流动阻力所造成的压力损失。由 于液流在这些局部阻碍处的流动状态相当复杂，影响因 素较多，因此除少数（比如液流流经突然扩大或突然缩 小的截面时）能在理论上作一定的分析外，其它情况都 必须通过实验来测定。
F p lim A 0 A
若法向作用力F均匀地作用在面积A上，则压 力可表示为
F p A
液体静压力的重要特性
（1）液体静压力的作用方向始终向作用面的内法线方向。 由于液体质点间内聚力很小，液体不能受拉只能受压。 （2）静止液体中，任何一点所受到各个方向的液体静压力 都相等。
静压力基本方程