第1章流体力学基础课件.ppt

1、1.1 工作介质工作介质1.2 流体静力学流体静力学1.3 流体运动学和流体动力学流体运动学和流体动力学1.4 气体状态方程气体状态方程1.5 充、放气参数计算充、放气参数计算1.6 管道流动管道流动1.7 孔口流动孔口流动1.8 缝隙流动缝隙流动1.9 瞬变流动瞬变流动20222022年年4 4月月17 17日日10 10时时0606分分目的任务目的任务:了解与液压及气动技术有关的流体力学基本了解与液压及气动技术有关的流体力学基本内容。内容。 重点难点重点难点:流体经过薄壁小孔、短孔、细长孔等小孔的流体经过薄壁小孔、短孔、细长孔等小孔的流动情况，相应的流量公式。流动情况，相应的流量公式。流体

2、经过各种缝隙的流动特性及其流量公式。流体经过各种缝隙的流动特性及其流量公式。液压冲击和气穴现象及其减小措施。液压冲击和气穴现象及其减小措施。20222022年年4 4月月17 17日日10 10时时0606分分Part 1.1 工作介质工作介质 在传动及控制中起传递在传动及控制中起传递和和的作的作用。用。 流体传动及控制（包括液压与气动），在工作、性流体传动及控制（包括液压与气动），在工作、性能特点上和机械、电气传动之间的差异主要取决于能特点上和机械、电气传动之间的差异主要取决于的不同，前者采用工作介质。因此，掌握液压与气动技的不同，前者采用工作介质。因此，掌握液压与气动技术之前，必须先对其工

3、作介质有一清晰的了解术之前，必须先对其工作介质有一清晰的了解 。20222022年年4 4月月17 17日日10 10时时0606分分Part 1.1.1 液压传动介质液压传动介质与与应具备的应具备的把由把由所赋予的能量传递给所赋予的能量传递给；润滑润滑、等运动件等运动件 ；吸收并带出吸收并带出所产生的热量所产生的热量 ；带走工作中产生的带走工作中产生的和来自外界的和来自外界的 ；防止液压元件所用各种防止液压元件所用各种 。Part 1.1 工作介质工作介质 20222022年年4 4月月17 17日日10 10时时0606分分Part 1.1.1 液压传动介质液压传动介质Part 1.1 工

4、作介质工作介质 20222022年年4 4月月17 17日日10 10时时0606分分 1 1）尽可能小，响应性好；尽可能小，响应性好；2 2）具有适当的粘度，粘温特性好；具有适当的粘度，粘温特性好；3 3）对液压元件滑动部位充分润滑对液压元件滑动部位充分润滑 ；4 4）剪切稳定性好，使用寿命长；剪切稳定性好，使用寿命长；5 5）6 6）介质中的气泡容易逸出并消除介质中的气泡容易逸出并消除 ；Part 1.1.1 液压传动介质液压传动介质Part 1.1 工作介质工作介质 20222022年年4 4月月17 17日日10 10时时0606分分7 7）除含水液压液外的油液，油水分除含水液压液外的

5、油液，油水分离要容易离要容易 ；8 8）质地要纯净，尽可能不含污染物；质地要纯净，尽可能不含污染物；9 9）对金属、密封件等有良好相容性对金属、密封件等有良好相容性 ；1010）燃点高，挥发性小，具有阻燃性；燃点高，挥发性小，具有阻燃性； 1111）无毒性和臭味；比热容和热导率要大；无毒性和臭味；比热容和热导率要大；体胀系数要小等体胀系数要小等 。 Part 1.1.1 液压传动介质液压传动介质Part 1.1 工作介质工作介质 20222022年年4 4月月17 17日日10 10时时0606分分 液压传动工作介质的种类液压传动工作介质的种类 工工作作介介质质类类 别别组成与特性组成与特性代

6、代 号号石油基液压液石油基液压液无添加剂的石油基液压液无添加剂的石油基液压液HH+抗氧化剂、防锈剂抗氧化剂、防锈剂HL+抗磨剂抗磨剂HL+增粘剂增粘剂HM+增粘剂增粘剂HM+防爬剂防爬剂无特定难燃性的合成液（特殊性能）无特定难燃性的合成液（特殊性能）LHHLHLLHMLHRLHVLHGLHS难难燃燃液液压压液液含水液压液含水液压液高含水液压液高含水液压液水包油乳化液水包油乳化液水的化学溶液水的化学溶液 含水大于含水大于80%（休积分数）（休积分数）LHFALHFAELHFAS油包水乳化液油包水乳化液 含水小于含水小于80%（体积分数）（体积分数）LHFB含聚合物水溶液含聚合物水溶液/水乙二醇液

7、水乙二醇液LHFC合成液压液合成液压液磷酸酯无水合成液磷酸酯无水合成液LHFDLHFDR氯化烃无水合成液氯化烃无水合成液LHFDSHFDR和和HFDS液混合的无水合成液液混合的无水合成液LHFDT其他成分的无水合成液其他成分的无水合成液LHFDUPart 1.1 工作介质工作介质 20222022年年4 4月月17 17日日10 10时时0606分分 单位体积液体所具有的质量称为该液体的密单位体积液体所具有的质量称为该液体的密度。即：度。即：Vm= Part 1.1 工作介质工作介质 Part 1.1.1 Part 1.1.1 液压传动介质液压传动介质液体因所受压力增高而发生体积缩小的性质液体

8、因所受压力增高而发生体积缩小的性质称为可压缩性。称为可压缩性。01VVpk =01VVpkK=20222022年年4 4月月17 17日日10 10时时0606分分工作介质工作介质密度密度工作介质工作介质密度密度抗磨液压液抗磨液压液LHM32抗磨液压液抗磨液压液LHM46油包水乳化液油包水乳化液LHFB水包油乳化液水包油乳化液LHFAE0.81030.88751030.9321030.9977103水乙二醇液压液水乙二醇液压液LHFC通用磷酸脂液压液通用磷酸脂液压液LHFDR飞机用磷酸酯液压液飞机用磷酸酯液压液LHFDR10号航空液压油号航空液压油1.061031.151031.051030.

9、 85103表表1-2 常用液压传动工作介质的密度（常用液压传动工作介质的密度（20） （kgm3） 液体的密度随着压力或温度的变化而发生变液体的密度随着压力或温度的变化而发生变化，但其变化量一般很小，工程计算中可以化，但其变化量一般很小，工程计算中可以。Part 1.1 工作介质工作介质 20222022年年4 4月月17 17日日10 10时时0606分分工作介质工作介质体积模量体积模量K/MPa工作介质工作介质体积模量体积模量K/MPa石油基液压油石油基液压油水包油乳化液水包油乳化液油包水乳化液油包水乳化液（1.42）1031.951032.3103水乙二醇液压液水乙二醇液压液磷酸酯液压

10、液磷酸酯液压液3.451032.65103表表1-3 各种工作介质的体积模量（各种工作介质的体积模量（20，大气压），大气压） ，工作介质的，工作介质的，但，但或或，则，则 。Part 1.1 工作介质工作介质 20222022年年4 4月月17 17日日10 10时时0606分分液体在外力作用下流动时，分子间内聚力的存液体在外力作用下流动时，分子间内聚力的存在使其流动受到牵制从而沿其界面产生内摩擦在使其流动受到牵制从而沿其界面产生内摩擦力，这一特性称为液体的力，这一特性称为液体的粘性粘性。用。用粘度粘度度量度量. .图图1-11-1 液体粘性示意图液体粘性示意图 hydyu0yxOPart

11、1.1 工作介质工作介质 Part 1.1.1 Part 1.1.1 液压传动介质液压传动介质已规定统一已规定统一 采用采用来表示油的粘度。来表示油的粘度。20222022年年4 4月月17 17日日10 10时时0606分分Part 1.1 工作介质工作介质 20222022年年4 4月月17 17日日10 10时时0606分分粘度对温度的变化十分敏粘度对温度的变化十分敏感：感：。这一特性称为液体的。这一特性称为液体的。，液体分子间距，液体分子间距离缩小，内聚力增加，离缩小，内聚力增加，。液体混入直径为液体混入直径为0.25-0.5mm0.25-0.5mm悬浮状态气泡时，悬浮状态气泡时，。P

12、art 1.1 工作介质工作介质 粘度的影响因素粘度的影响因素: Part 1.1.1 Part 1.1.1 液压传动介质液压传动介质 正确而合理地正确而合理地和和工作介质对于工作介质对于液压系统达到液压系统达到、等方面都有重要影响。等方面都有重要影响。Part 1.1 工作介质工作介质 20222022年年4 4月月17 17日日10 10时时0606分分和和。考虑方面考虑方面内内 容容系统工作环境系统工作环境是否阻燃（闪点、燃点）是否阻燃（闪点、燃点） 抑制嗓声的能力（空气溶解度、消泡性）抑制嗓声的能力（空气溶解度、消泡性）废液再生处理及环保要求废液再生处理及环保要求系统工作条件系统工作条

13、件压力范围（润滑性、承载能力）压力范围（润滑性、承载能力）温度范围（粘度、粘温特性、剪切损失、热稳定性、挥发度、低温流动性）温度范围（粘度、粘温特性、剪切损失、热稳定性、挥发度、低温流动性）转速（气蚀、对支承面浸润能力）转速（气蚀、对支承面浸润能力）工作介质的品质工作介质的品质物理化学指标物理化学指标 对金属和密封件等的相容性对金属和密封件等的相容性 过滤性能、吸气情况、去垢能力过滤性能、吸气情况、去垢能力锈蚀性锈蚀性 抗氧化稳定性抗氧化稳定性 剪切稳定性剪切稳定性经济性经济性价格及使用寿命价格及使用寿命 货源情况货源情况 维护、更换的难易程度维护、更换的难易程度 选择工作介质时考虑的因素选择

14、工作介质时考虑的因素 Part 1.1 工作介质工作介质 20222022年年4 4月月17 17日日10 10时时0606分分 工作介质的维护关键是工作介质的维护关键是。必须对工作。必须对工作介质进行介质进行和和。 Part 1.1 工作介质工作介质 20222022年年4 4月月17 17日日10 10时时0606分分外界侵入的污染物外界侵入的污染物工作过程中产生的污染物工作过程中产生的污染物工作介质运输工作介质运输过程中带来的过程中带来的污染物污染物液压装置组装液压装置组装时残留下来的时残留下来的污染物污染物从周围环境从周围环境混入的污染混入的污染物物液压装置中相对液压装置中相对运动件磨

15、损时产运动件磨损时产的污染物的污染物工作介质物理化工作介质物理化学学性能变化时产生性能变化时产生的的污染物污染物 工作介质中的污染物工作介质中的污染物Part 1.1 工作介质工作介质 液压元件类型液压元件类型优等品优等品一等品一等品合格品合格品液压元件类型液压元件类型优等品优等品一等品一等品合格品合格品各种类型液压泵各种类型液压泵一般液压阀一般液压阀伺服阀伺服阀比例控制阀比例控制阀液压马达液压马达16/1316/1313/1014/1116/1318/1518/1514/1115/1218/1519/1619/1615/1216/1319/16液压缸液压缸摆动液压缸摆动液压缸蓄能器蓄能器过滤

16、器壳体过滤器壳体16/1317/1416/1315/1218/1519/1618/1515/1219/1620/1719/1617/14 典型液压无件清洁度等级典型液压无件清洁度等级20222022年年4 4月月17 17日日10 10时时0606分分常用的控制工作介质污染的常用的控制工作介质污染的措施措施有有 ：Part 1.1 工作介质工作介质 20222022年年4 4月月17 17日日10 10时时0606分分是气压传动及控制的工作介质是气压传动及控制的工作介质 。 自然界的空气是由若干种气体混合组成的，其自然界的空气是由若干种气体混合组成的，其主要成分是主要成分是（）和）和（），其他

17、气体所占比），其他气体所占比例很小。此外，空气中常含有一定量的水蒸气。例很小。此外，空气中常含有一定量的水蒸气。 含有水蒸气的空气称为含有水蒸气的空气称为。所含水蒸气达。所含水蒸气达到最大可含量时，这种空气称为到最大可含量时，这种空气称为。不含不含有水蒸气的空气称为有水蒸气的空气称为。 Part 1.1 工作介质工作介质 20222022年年4 4月月17 17日日10 10时时0606分分成分成分氮（氮（N2）氧（氧（O2）氩（氩（Ar）二氧化碳（二氧化碳（CO2）其他气体其他气体体积分数（体积分数（%）质量分数（质量分数（%）78037550209523.100.9321.280.030.

18、0450.0780.075 干空气的组成干空气的组成Part 1.1 工作介质工作介质 20222022年年4 4月月17 17日日10 10时时0606分分Part 1.1 工作介质工作介质 20222022年年4 4月月17 17日日10 10时时0606分分 每一立方米的湿空气中所含水蒸气的质量称为每一立方米的湿空气中所含水蒸气的质量称为湿空气的绝对湿度，常用湿空气的绝对湿度，常用 （单位为（单位为kg/m3）表示，）表示，即：即： Vms = Part 1.1 工作介质工作介质 20222022年年4 4月月17 17日日10 10时时0606分分 在一定温度下，在一定温度下，1m3饱

19、和湿空气中所含水蒸气饱和湿空气中所含水蒸气的质量，称为该温度下的饱和绝对湿度，用的质量，称为该温度下的饱和绝对湿度，用 表表示，即示，即 ：TRpsbbb=b Part 1.1 工作介质工作介质 20222022年年4 4月月17 17日日10 10时时0606分分 在一定温度和压力下，湿空气的绝对湿度和饱在一定温度和压力下，湿空气的绝对湿度和饱和绝对湿度之比称为该温度下的相对温度，用和绝对湿度之比称为该温度下的相对温度，用表表示，即示，即 ：%100%100%100bsbsb=pp 当当，即，即时，则时，则； 当当，即，即时，则时，则 。Part 1.1 工作介质工作介质 20222022年

20、年4 4月月17 17日日10 10时时0606分分含湿量分为质量含湿量和容积含湿量。含湿量分为质量含湿量和容积含湿量。 在含有在含有中所混合的中所混合的质量，称为该湿空气质量，称为该湿空气，用，用d表示。表示。bbgspppmmd-622=Part 1.1 工作介质工作介质 20222022年年4 4月月17 17日日10 10时时0606分分，降低，降低，使其，使其称为称为（简称（简称）。）。 实际上，实际上，也就是与也就是与。因此，。因此，湿空气的温度冷却到露点温度以下，就会有水滴析湿空气的温度冷却到露点温度以下，就会有水滴析出。采用降温法去除湿空气中的水分即是根据这个出。采用降温法去除

21、湿空气中的水分即是根据这个原理原理 。Part 1.1 工作介质工作介质 20222022年年4 4月月17 17日日10 10时时0606分分气动系统中的工作介质，是由空气压缩机输气动系统中的工作介质，是由空气压缩机输出的出的。，、都增加，当此都增加，当此，其，其增加，增加，便有水，便有水滴析出。滴析出。称为称为。Part 1.1 工作介质工作介质 20222022年年4 4月月17 17日日10 10时时0606分分 将将的空气压缩至的空气压缩至（绝对压力），压缩后（绝对压力），压缩后的空气温度为的空气温度为，已知压缩空气机吸入空气流量为，已知压缩空气机吸入空气流量为，空气相对湿度为，空气

22、相对湿度为，试求每小时的，试求每小时的 。 已知：已知：， 由由查出：查出： ， ； ， ；再根据式（再根据式（）计算。）计算。 Part 1.1 工作介质工作介质 20222022年年4 4月月17 17日日10 10时时0606分分等级等级最大粒子最大粒子露点温度露点温度/最大含油量最大含油量/（mg/m3）尺寸尺寸/m浓度浓度/（mg/m3）1234560.11515400.115810704020+3+7+100.010.11.0525 空气质量等级空气质量等级Part 1.1 工作介质工作介质 20222022年年4 4月月17 17日日10 10时时0606分分 空气的密度极小，因

23、此静止空气重力的作用甚空气的密度极小，因此静止空气重力的作用甚微。微。 本节主要介绍本节主要介绍。液体静力学是研究。液体静力学是研究的力学规律以及这些规律的应用。的力学规律以及这些规律的应用。 这里所说的这里所说的是指是指而言，至于盛装液体的容器，不论它是静止或而言，至于盛装液体的容器，不论它是静止或是运动的，都没有关系。是运动的，都没有关系。20222022年年4 4月月17 17日日10 10时时0606分分 在在所受的所受的称为称为。静压力在液压传动中简称。静压力在液压传动中简称，在物理学中则称，在物理学中则称为为 。AFpAlim0=AFp = 20222022年年4 4月月17 17

24、日日10 10时时0606分分 液体静压力有液体静压力有：，其方向和该面，其方向和该面的内法线方向一致。的内法线方向一致。 20222022年年4 4月月17 17日日10 10时时0606分分 图图1-3 重力作用下的静止液体重力作用下的静止液体 hppg0+=pA = pA+ghA20222022年年4 4月月17 17日日10 10时时0606分分说明液体静压力分布有如下说明液体静压力分布有如下： 1）静止液体内任一点的压力由）静止液体内任一点的压力由，当当，则：，则： hppga+=2）静止液体内的压力随液体深度呈）静止液体内的压力随液体深度呈递增。递增。3），。在重力作用下静止液体中

25、的等压面是一在重力作用下静止液体中的等压面是一个水平面。个水平面。 20222022年年4 4月月17 17日日10 10时时0606分分 静压力基本方程的静压力基本方程的 物理意义物理意义 常数=+=+00zgpzgp p/(g)表示了单位重力液体的压力表示了单位重力液体的压力能（能（；z表示了单位重力表示了单位重力液体的位能（液体的位能（。物理意义物理意义是：静止液体内任何一点具有是：静止液体内任何一点具有和和两种能量形式，且其两种能量形式，且其，即，即。但是。但是 。20222022年年4 4月月17 17日日10 10时时0606分分以绝对零压力作为基准所表示的压力，称为以绝对零压力作

26、为基准所表示的压力，称为；以当地大气压力为基准所表示的压力，称为以当地大气压力为基准所表示的压力，称为。 如果如果，这时该点的，这时该点的绝对压力比大气压力小的那部分压力值，称为绝对压力比大气压力小的那部分压力值，称为。 真空度真空度=大气压力绝对压力大气压力绝对压力 20222022年年4 4月月17 17日日10 10时时0606分分 所示为一充满油液的容器，如作用在活塞所示为一充满油液的容器，如作用在活塞上的力为上的力为，活塞面积，活塞面积，忽略活，忽略活塞的质量。试问活塞下方深度为塞的质量。试问活塞下方深度为处的压力等于处的压力等于多少？油液的密度多少？油液的密度。 依据依据，活塞和液

27、面接触处的压，活塞和液面接触处的压力力，因此，深度，因此，深度为为处的液体压力为：处的液体压力为： =（106+9009.80.5）N/m2 =1.0044106N/m2106Pa=1MPa 由这个例子可以看到，由这个例子可以看到，其，其，并认为并认为。 20222022年年4 4月月17 17日日10 10时时0606分分 按按，盛放在密闭容器内的液体，其，盛放在密闭容器内的液体，其，。 也就是说，也就是说，。这就是。这就是。帕斯卡原理是液压传。帕斯卡原理是液压传动的一个基本原理动的一个基本原理 。 20222022年年4 4月月17 17日日10 10时时0606分分 20222022年年

28、4 4月月17 17日日10 10时时0606分分 pAF = 静止液体和固体壁面相接触时，固体壁面将受静止液体和固体壁面相接触时，固体壁面将受到由液体静压所产生的作用力。到由液体静压所产生的作用力。 xxpAF = 静压力作用在静压力作用在液压缸内壁面上的力液压缸内壁面上的力20222022年年4 4月月17 17日日10 10时时0606分分 某安全阀如某安全阀如所示。阀心为圆锥形，阀座孔径所示。阀心为圆锥形，阀座孔径，阀心最大直径，阀心最大直径。，压力油克服弹簧力顶开阀心而溢油，出油腔有背压，压力油克服弹簧力顶开阀心而溢油，出油腔有背压求阀内弹簧的预紧力求阀内弹簧的预紧力 。 安全阀安全

29、阀 1）压力）压力、向上作用在阀心锥面上的投向上作用在阀心锥面上的投影面积分别为影面积分别为 和和,故阀心故阀心受到的向上的作用力为：受到的向上的作用力为：222121)-(44pdDpdF+=2）压力）压力2向下作用在阀心平面上的面积为向下作用在阀心平面上的面积为 ，则阀心受到的向下作用力为：，则阀心受到的向下作用力为：2224pDF= 20222022年年4 4月月17 17日日10 10时时0606分分3）阀心受力平衡方程式）阀心受力平衡方程式 s21FFF+=式中式中 弹簧预紧力弹簧预紧力。 将将、代入上式得：代入上式得： s22222124)-(44FpDpdDpd+=+整理后有：整

30、理后有： N597N10)4 . 08(4)01. 0()-(462212s=ppdF 20222022年年4 4月月17 17日日10 10时时0606分分 研究研究研究研究。u流体的流体的、和和是是流体运动学和流体动力学的三个基本方程。流体运动学和流体动力学的三个基本方程。u当当，气体，气体和液体的这三个基本方程和液体的这三个基本方程。20222022年年4 4月月17 17日日10 10时时0606分分 。分析时分析时，然后进行补充修正。，然后进行补充修正。一般把一般把称为称为 。恒定流动恒定流动非恒定流动非恒定流动： 或或20222022年年4 4月月17 17日日10 10时时060

31、6分分 是是，它表示在同一瞬，它表示在同一瞬时流场中各质点的运动状态。时流场中各质点的运动状态。l由流线组成的表面称为由流线组成的表面称为。l流管内的流线群流管内的流线群称为称为。 流线、流管、流束流线、流管、流束20222022年年4 4月月17 17日日10 10时时0606分分n流束中流束中称为称为。n通流截面上每点处的流动速度都通流截面上每点处的流动速度都于这个面。于这个面。，常用，常用 表示表示 ，即：，即：tVq= n假想的假想的Aqv =20222022年年4 4月月17 17日日10 10时时0606分分 20222022年年4 4月月17 17日日10 10时时0606分分

32、是是的简称，的简称，它是它是，其实质是，其实质是的另一种表示形式，即将的另一种表示形式，即将。 20222022年年4 4月月17 17日日10 10时时0606分分图图1-11 连续方程推导筒图连续方程推导筒图222111ddAuAu= 2211AvAv=21qq =或或20222022年年4 4月月17 17日日10 10时时0606分分常量常量=vAq 这就是液流的这就是液流的，它，它：，。 换句话说，换句话说，；而；而与与。 又常称又常称，它实际上，它实际上是流动液体的能量守恒定律。是流动液体的能量守恒定律。 由于流动液体的能量问题比较复杂，所由于流动液体的能量问题比较复杂，所以在讨论

33、时先从以在讨论时先从的流动情况着手，的流动情况着手，然后再展开到实际液体的流动上去然后再展开到实际液体的流动上去 。 20222022年年4 4月月17 17日日10 10时时0606分分 理想液体理想液体的一维流动的一维流动 suuszgsp120222022年年4 4月月17 17日日10 10时时0606分分guzgpguzgp2222211122 常数常数guzgp22 理想液体理想液体的一维流动的一维流动理想液体能量方程的理想液体能量方程的是：是：理想液体作理想液体作时具有时具有、和和三种能量形成，在任一三种能量形成，在任一截面上这三种能量形式之间可以相截面上这三种能量形式之间可以相

34、互转换，但互转换，但，即，即 。20222022年年4 4月月17 17日日10 10时时0606分分w2222211122hguzgpguzgp 20222022年年4 4月月17 17日日10 10时时0606分分 是动量定理在流体力学中的具体应是动量定理在流体力学中的具体应用。用动量方程来计算液流作用在固体壁面上的用。用动量方程来计算液流作用在固体壁面上的力，比较方便。力，比较方便。 动量定理指出：动量定理指出： ,即：即：tmvtIFd)(ddd= 20222022年年4 4月月17 17日日10 10时时0606分分 气体的气体的、和和这三个参数表征这三个参数表征气体处于某种状态气体

35、处于某种状态。 气体气体从一种状态变化到另一种状态称为从一种状态变化到另一种状态称为。 气体气体状态方程描述气体在状态变化以后状态方程描述气体在状态变化以后或在变化过程中，当处于平衡时，这些参数之或在变化过程中，当处于平衡时，这些参数之间的关系。间的关系。20222022年年4 4月月17 17日日10 10时时0606分分 不计不计粘性粘性的气体称为理想气体。的气体称为理想气体。空气空气可近似视为可近似视为理想气体理想气体。 一定一定质量的理想质量的理想气体在状态变化的气体在状态变化的某某一一稳定稳定 瞬时瞬时，其，其状态状态方程方程为：为： 常数=TpVRTp=RTpv = 2022202

36、2年年4 4月月17 17日日10 10时时0606分分 在气体的在气体的、保持不变（保持不变（）的条件）的条件下，所进行的状态变化过程，称为下，所进行的状态变化过程，称为。等容过。等容过程状态方程程状态方程 为：为：常数=Tp2211TpTp=或或 在等容过程中，气体对外不做功。因此，气体随在等容过程中，气体对外不做功。因此，气体随温度升高，其压力和热力学能（即内能）均增加温度升高，其压力和热力学能（即内能）均增加 。 20222022年年4 4月月17 17日日10 10时时0606分分20222022年年4 4月月17 17日日10 10时时0606分分 在气体压力保持不变（在气体压力保

37、持不变（）的条件下，一定）的条件下，一定质量气体所进行的状态变化过程，称为质量气体所进行的状态变化过程，称为。等。等压过程状态方程为：压过程状态方程为： 常数=Tv2211TvTv=或或 在等压过程中，气体的热力学能发生变化；气在等压过程中，气体的热力学能发生变化；气体温度升高，体积膨胀，对外做功体温度升高，体积膨胀，对外做功 。 20222022年年4 4月月17 17日日10 10时时0606分分20222022年年4 4月月17 17日日10 10时时0606分分 在气体温度保持不变（在气体温度保持不变（）的条件下，一定）的条件下，一定质量气体所进行的状态变化过程，称为质量气体所进行的状

38、态变化过程，称为。当气体状态变化很慢时，可视为等温变化过程，如当气体状态变化很慢时，可视为等温变化过程，如气动系统中的气动系统中的、等等 。常数=pv2211vpvp=或或 在等温过程中，气体的热力学能不发生变化，加在等温过程中，气体的热力学能不发生变化，加入气体的热量全部变作膨胀功。入气体的热量全部变作膨胀功。 20222022年年4 4月月17 17日日10 10时时0606分分20222022年年4 4月月17 17日日10 10时时0606分分 在在条件下，一定质量气条件下，一定质量气体所进行的状态变化过程，称为体所进行的状态变化过程，称为。当气体。当气体状态变化很快，可视为绝热变化过

39、程，如气动系统状态变化很快，可视为绝热变化过程，如气动系统的的、 。常数=pv2211vpvp=常数=p 20222022年年4 4月月17 17日日10 10时时0606分分 在没有在没有任任何条件何条件下，一定质量气体所进行下，一定质量气体所进行的状态变化过程，称为的状态变化过程，称为。严格地讲，气体。严格地讲，气体状态变化过程大多属于多变过程；状态变化过程大多属于多变过程；、四四种变化种变化过程是过程是多变过程的特例而已多变过程的特例而已 。pvn=常数常数p1v1n= p2v2n或或12111212)()(nnnvvppTT= 20222022年年4 4月月17 17日日10 10时时

40、0606分分 由空气压缩机向气罐充气，使罐内绝对压力由由空气压缩机向气罐充气，使罐内绝对压力由升高到升高到，罐内空气温度从室温，罐内空气温度从室温上升为上升为 。充气结束后，罐内温度又渐渐降至室。充气结束后，罐内温度又渐渐降至室温。空气压力变成温。空气压力变成。已知气源温度。已知气源温度，试求，试求 和和值值 。此此为一个复杂的状态变化过程，解题时可先视为为一个复杂的状态变化过程，解题时可先视为，再看作，再看作 。1）由绝热过程状态方程）由绝热过程状态方程得得 所以所以 2）充气结束后为等容降温过程）充气结束后为等容降温过程,则有则有MPa2 . 0MPa5 .38027315265. 012

41、12=+=TTpp20222022年年4 4月月17 17日日10 10时时0606分分 当当气体流速较低时，流体运动学和动气体流速较低时，流体运动学和动力学的三个基本方程，对于气体和流体是力学的三个基本方程，对于气体和流体是完全相同的完全相同的。 但但当气体流速较高（当气体流速较高（）时，气）时，气体的体的将对流体运动产生较大影将对流体运动产生较大影响。响。 20222022年年4 4月月17 17日日10 10时时0606分分 、 在气压传动系统中，如何正确合理地在气压传动系统中，如何正确合理地向向、及及充气或由其排气，充气或由其排气，是是、的重要技术问的重要技术问题题。 介绍介绍、气气和

42、和的计算方的计算方法法 。20222022年年4 4月月17 17日日10 10时时0606分分 本本节讨论液体流经圆管及各种管道接头节讨论液体流经圆管及各种管道接头时的时的，进而分析流动时所产生的，进而分析流动时所产生的能量损失，即能量损失，即液体液体在管中的流动状态直接影响液流在管中的流动状态直接影响液流的各种特性，所以先要介绍液流的的各种特性，所以先要介绍液流的。20222022年年4 4月月17 17日日10 10时时0606分分Part 1.6.1Part 1.6.1 19世纪末，英国物理学家世纪末，英国物理学家首先通过实验观首先通过实验观察了水在圆管内的流动情况，发现液体有两种流动

43、察了水在圆管内的流动情况，发现液体有两种流动状态：状态：和和。 。20222022年年4 4月月17 17日日10 10时时0606分分和和是两种不同性质的流态。层流时，液体是两种不同性质的流态。层流时，液体流速较低，质点受粘性制约，不能随意运动，流速较低，质点受粘性制约，不能随意运动，；湍流时，液体流速较高，粘性的制约作用减；湍流时，液体流速较高，粘性的制约作用减弱，弱，。层流层流湍流湍流 液体的流动状态可用液体的流动状态可用来判别来判别。的的vvdRe=，记作，记作Recr当当雷诺数雷诺数Re小于临界雷诺数小于临界雷诺数Recr时，液流为层流时，液流为层流；反之反之，液流大多为湍流。，液流

44、大多为湍流。Part 1.6.1Part 1.6.1 20222022年年4 4月月17 17日日10 10时时0606分分表表117 几种常用管道的水力直径几种常用管道的水力直径dH和临界雷诺数和临界雷诺数Recr管道截管道截面形状面形状图图 示示水力直径水力直径dH临界雷诺临界雷诺数数Recr管道截管道截面形状面形状图图 示示水力直径水力直径dH临界雷诺临界雷诺数数Recr圆圆D2000同心同心圆环圆环21100正方形正方形b2100滑阀滑阀阀口阀口2x260长方形长方形1500圆圆（橡胶）（橡胶）d1600长方形长方形缝缝 隙隙1400Part 1.6.2Part 1.6.2 液体液体在

45、圆管中的在圆管中的是液压传动中的最是液压传动中的最常见现象，在设计和使用液压系统时，就希望管常见现象，在设计和使用液压系统时，就希望管道中的液流保持这种状态道中的液流保持这种状态。 圆管中的层流圆管中的层流fFrpp=221 ）（Part 1.6.3Part 1.6.3 湍流时的流速湍流时的流速 湍流时圆管中的流速分布湍流时圆管中的流速分布20222022年年4 4月月17 17日日10 10时时0606分分Part 1.6.4Part 1.6.4 实际液体是有粘性的，所以流动时粘性阻力要实际液体是有粘性的，所以流动时粘性阻力要损耗一定能量，这种能量损耗表现为损耗一定能量，这种能量损耗表现为。

46、损。损耗的能量转变为热量，使液压系统温度升高，甚至耗的能量转变为热量，使液压系统温度升高，甚至性能变差。因此在设计液压系统时，应考虑性能变差。因此在设计液压系统时，应考虑。液体在等径直管内流动时因摩擦而液体在等径直管内流动时因摩擦而产生的压力损失。产生的压力损失。液体流经管道的弯头、接头、阀口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。变化而在局部区域产生流动阻力所造成的压力损失。 小孔在液压与气压传动中的应用十分广泛。本小孔在液压与气压传动中的应用十分广泛。本节将分析流

47、体经过薄壁小孔、短孔和细长孔等小孔节将分析流体经过薄壁小孔、短孔和细长孔等小孔的流动情况，并推导出相应的流量公式，这些是以的流动情况，并推导出相应的流量公式，这些是以后学习节流调速和伺服系统工作原理的理论基础。后学习节流调速和伺服系统工作原理的理论基础。20222022年年4 4月月17 17日日10 10时时0606分分Part 1.7.1Part 1.7.1 是指小孔的长度和直径之比是指小孔的长度和直径之比l/d0.5的的孔，一般孔口边缘做成刃口形式如孔，一般孔口边缘做成刃口形式如所示。所示。各种结构形式的各种结构形式的就是薄壁小孔的实际例子。就是薄壁小孔的实际例子。 通过薄壁小孔的流体通

48、过薄壁小孔的流体 pACpACCvAqdvccc=2200Part 1.7.2Part 1.7.2 当孔的长度和直径之比当孔的长度和直径之比0.5l/d4时，称为时，称为，短孔加工比薄壁小孔容易，因此特别适合于作短孔加工比薄壁小孔容易，因此特别适合于作使用。使用。 当孔的长度和直径之比当孔的长度和直径之比l/d4时，称为时，称为。流经细长孔的液流一般都是流经细长孔的液流一般都是，所以细长孔的流量，所以细长孔的流量公式即公式即:pldq1284= pACpACCvAqdvccc=2200 在液压与气动元件的各组成零件间总存在着某在液压与气动元件的各组成零件间总存在着某种配合间隙，不论它们是静止的

49、还是变动的，都种配合间隙，不论它们是静止的还是变动的，都。 本节介绍流体经过各种缝隙的流动特性及其流本节介绍流体经过各种缝隙的流动特性及其流量公式，作为分析和计算元件泄漏的依据。量公式，作为分析和计算元件泄漏的依据。 与空气相比液体的泄漏引起的功率损失和对环与空气相比液体的泄漏引起的功率损失和对环境的污染危害更大，所以下面阐述境的污染危害更大，所以下面阐述，即液体的泄漏问题。，即液体的泄漏问题。Part 1.8.1Part 1.8.1 平行平板缝隙间的液流平行平板缝隙间的液流 Part 1.8.2Part 1.8.2 同心环形缝隙间的液流同心环形缝隙间的液流a a）缝隙较小）缝隙较小 b b）

50、缝隙较大）缝隙较大 偏心环形偏心环形缝隙间的液流缝隙间的液流 20222022年年4 4月月17 17日日10 10时时0606分分 圆环平面缝隙间的液流圆环平面缝隙间的液流Part 1.8.2Part 1.8.2 在液压与气动系统中有时会出现流体的流速在在液压与气动系统中有时会出现流体的流速在极短的瞬间发生很大变化的现象，从而导致压力的极短的瞬间发生很大变化的现象，从而导致压力的急剧变化，这就是所谓急剧变化，这就是所谓。瞬变流动会给系。瞬变流动会给系统带来很大的危害，应尽量予以避免。统带来很大的危害，应尽量予以避免。 本节主要介绍本节主要介绍和和以及它们的以及它们的减小措施。减小措施。Par