第2章流体基础知识

《第2章流体基础知识》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第2章流体基础知识（48页珍藏版）》请在文档大全上搜索。

1、第第2章章 流体基础知识流体基础知识 2.1 流体的主要物理性质及存在状态流体的主要物理性质及存在状态 自然界中的所有物质，宏观上所呈现的都是固体、液体和气体，自然界中的所有物质，宏观上所呈现的都是固体、液体和气体，其中液体和气体统称为流体。其中液体和气体统称为流体。 流体最主要的特性是流动性，另外，流体还具有惯性、万有引流体最主要的特性是流动性，另外，流体还具有惯性、万有引力特性、黏滞性、可压缩性等一些最基本的物理学性质。力特性、黏滞性、可压缩性等一些最基本的物理学性质。 正因为流体具有流动性，所以流体没有固定的形状，流体的形正因为流体具有流动性，所以流体没有固定的形状，流体的形状取决限制它

2、的固体边界。流体在剪切力作用下会产生连续不断的状取决限制它的固体边界。流体在剪切力作用下会产生连续不断的变形，受切应力作用处于连续变形的流体称为运动流体，例如水管变形，受切应力作用处于连续变形的流体称为运动流体，例如水管和江河中的流水；不受切应力作用的流体将处于静止状态，称为静和江河中的流水；不受切应力作用的流体将处于静止状态，称为静止流体，例如容器中的水和风平浪静的湖水。所以，工程中都是通止流体，例如容器中的水和风平浪静的湖水。所以，工程中都是通过静止和运动两种状态来研究流体的力学特性。过静止和运动两种状态来研究流体的力学特性。 流体的流动性给流体的力学研究造成了很大的困难，为了简化流体的流

3、动性给流体的力学研究造成了很大的困难，为了简化流体的物质结构模型，流体的物质结构模型，1753年，瑞士力学家欧拉年，瑞士力学家欧拉(L.Euler.1707-1783)提出了流体的连续介质模型假说，即认为流体是由无数个彼提出了流体的连续介质模型假说，即认为流体是由无数个彼此间没有空隙，完全充满所占空间的质点所组成的连续体，其物理此间没有空隙，完全充满所占空间的质点所组成的连续体，其物理性质和运动要素也都是连续的。性质和运动要素也都是连续的。连续介质模型不仅给利用数学工具连续介质模型不仅给利用数学工具研究流体的宏观运动规律带来了极大的方便，而且连续介质模型虽研究流体的宏观运动规律带来了极大的方便

4、，而且连续介质模型虽然是一种假说，但几百年直到现在，经过长期时间检验，完全证明然是一种假说，但几百年直到现在，经过长期时间检验，完全证明该模型是合理的，正确的。该模型是合理的，正确的。 2.2 液体静力学基础液体静力学基础 2.2.1液体静压力液体静压力 1.液体静压力的基本慨念和特性液体静压力的基本慨念和特性 静止液体内各点单位面积上所受到的法向力称为静压力。静压静止液体内各点单位面积上所受到的法向力称为静压力。静压力在液压传动中简称压力力在液压传动中简称压力(在物理学中称为压强在物理学中称为压强)。 静止液体中若某点微小面积静止液体中若某点微小面积A上作用有法向力上作用有法向力F, 则该点

5、的则该点的压力定义为压力定义为 p = limAFA 0（2-1） 若法向作用力若法向作用力F均匀的作用在面积均匀的作用在面积A上，上， 则压力可表示为：则压力可表示为：p =AF（2-2） 我国采用法定计量单位我国采用法定计量单位Pa来计量静压力来计量静压力, 1 Pa=1N/m2 由于由于Pa的计量单位太小，所以在液压传动中通常用的计量单位太小，所以在液压传动中通常用MPa（N/mm2）表示液体的压力。）表示液体的压力。有些场合还采用有些场合还采用bar（kgf/cm2）作为）作为压力单位。压力单位。 1MPa=106Pa10 bar 由于液体质点间的内聚力很小，质点基本上不承受拉力，只承

6、由于液体质点间的内聚力很小，质点基本上不承受拉力，只承受压力，而且质点之间是相对静止的，所以液体的静压力具有两个受压力，而且质点之间是相对静止的，所以液体的静压力具有两个重要特性：重要特性： 液体静压力的作用方向与作用面的内法线方向一致。液体静压力的作用方向与作用面的内法线方向一致。 静止液体内任一点所受到的压力在各个方向上都相等。静止液体内任一点所受到的压力在各个方向上都相等。 特性特性描述了液体作用在外壁上的力的方向，从而为液压系统描述了液体作用在外壁上的力的方向，从而为液压系统提供了受力分析和压力计算的依据。提供了受力分析和压力计算的依据。 特性特性阐明了液压系统能够通过各种弯曲管路、向

7、各个方向传阐明了液压系统能够通过各种弯曲管路、向各个方向传递静压力的基本道理。递静压力的基本道理。 2.静压力基本方程静压力基本方程 静止液体内某点的静压力由两部分组成，一是作用在液面上外静止液体内某点的静压力由两部分组成，一是作用在液面上外加压力，二是液体本身的重力，其受力状情况如图加压力，二是液体本身的重力，其受力状情况如图2-1所示。所示。 图图2-1 离液面离液面h深处的压力深处的压力 在图中在图中2-1中，想象有一液面高度为中，想象有一液面高度为h，底面积为，底面积为A，表面受，表面受压为压为p0的小液柱。根据小液柱垂直方向上的合力为零，可得：的小液柱。根据小液柱垂直方向上的合力为零

8、，可得：pA=p0A+ghA 式中，式中，ghA为小液柱的重力，为小液柱的重力，为液体的密度，为液体的密度，g为重力加速为重力加速度，化简后得度，化简后得p=p0+gh（2-3） 然而，在实际液压系统中，系统的工作压力都在然而，在实际液压系统中，系统的工作压力都在MPa级以上。级以上。而构成液压系统各部件的总体布局，高低通常不会超过而构成液压系统各部件的总体布局，高低通常不会超过0.5m，即使，即使在在1m的情况下，考虑到液压油的密度基本为的情况下，考虑到液压油的密度基本为=900kg/m3，则因油，则因油液重力造成的压力为：液重力造成的压力为： gh =900 x10X1=9000Pa=0.

9、009（Mpa） 显然，因油液重力造成的显然，因油液重力造成的0.009Mpa的压力对于的压力对于MPa级的液压级的液压系统而言，影响微不足道系统而言，影响微不足道,完全可以忽略不计。完全可以忽略不计。所以，在后面分析和所以，在后面分析和计算液压系统的压力时，都不考虑液体的重量。计算液压系统的压力时，都不考虑液体的重量。 3.压力的测量和表示方法压力的测量和表示方法 1)压力的测量压力的测量 在液压与气动系统中，常用的测压仪表是压力表和真空表。在液压与气动系统中，常用的测压仪表是压力表和真空表。压压力表和真空表测出来的都是表压力，力表和真空表测出来的都是表压力，但是但是压力表测出来的是正值，压

10、力表测出来的是正值，即正表压力，真空表测出来的是负值，即负表压力。即正表压力，真空表测出来的是负值，即负表压力。压力表和真空压力表和真空表的测压方法如图表的测压方法如图2-2所示。所示。图图2-2压力表和压力表和真空表的测压真空表的测压方法方法 压力的表示方法一般有三种：表压力、绝对压力和真空度。压力的表示方法一般有三种：表压力、绝对压力和真空度。 由图由图2-2中可知，压力表和真空表标示的起始值都中可知，压力表和真空表标示的起始值都0MPa，也就，也就是说压力表和真空表都是以测量所在地的大气压为基准的测压表，是说压力表和真空表都是以测量所在地的大气压为基准的测压表，它们测出的正表压力和负表压

11、力都是相对于大气压力为基准所表示它们测出的正表压力和负表压力都是相对于大气压力为基准所表示的压力，的压力，所以，表压力也叫作相对压力。所以，表压力也叫作相对压力。 绝对压力是以零压力（或绝对真空）为基准表示的压力。绝对压力是以零压力（或绝对真空）为基准表示的压力。 由于大气压力也是以零压力为基准表示的压力由于大气压力也是以零压力为基准表示的压力, 所以绝对压力所以绝对压力是大气压力与表压力是大气压力与表压力(相对压力相对压力)之和之和 即：绝对压力表压力即：绝对压力表压力(相对压力相对压力) 大气压力大气压力 显然，当压力表为正值时，绝对压力大气压力；当压力表为显然，当压力表为正值时，绝对压力