流体力学与液压传动
第2章 液压流体力学基础
2018年11月9日
2018/11/9
第2章 液压油与液压流体力学基础
本章学习要点
1.掌握液压油两个重要物理性质：可压缩性和粘性。 2.掌握液体静力学基本方程、运动学方程、动力学方程，理解
方程的物理意义，能运用方程解决工程实际问题。
3.掌握液体的流态：层流、紊流以及它们的本质；掌握液体
如图两平板间充满液体，下板固定， 上板在外力F 作用下以速度 u0 向右平
移。由于液体与固体壁面间的附着力，
粘附于上平板的液层速度为 u0 ，粘附 于下平板的液层速度为零。
由于液体的粘性，中间各层液体速度随液层间距dy的变化而变 化。速度快的液层带动速度慢的，而速度慢的液层阻滞速度快的。
结论 不同速度的液层间相对滑动，必然在层与层之间产生内 摩擦力。其成对出现，大小相等、方向相反作用在相邻两液层上。
2.1 液体的物理性质
2.1 液体的主要物理性质
液体是液压传动传递能量和运动的工作介质，同时也起到润 滑、冷却和防锈的作用。因此液压油的物理、化学、力学性质对 液压系统的工作影响很大。
液体的密度 液体的可压缩性、体积弹性模量 液体的粘性
2.1 液体的物理性质
2.1.1 液体的密度
1. 液体密度的定义
（1）动力粘度（绝对粘度）μ Ff / A du / dy
动力粘度的物理意义： 液体在单位速度梯度下流动时，相接 触的液体层间单位面积上所产生的内摩擦力。
动力粘度的单位：Pa · s （1Pa· s = 1N· s/m2 ）
2.1 液体的物理性质
（2）运动粘度
液体的动力粘度μ与其密度ρ的比值称为运动粘度。即
2.1 液体的物理性质
（4）液层间的切应力
液层间的切应力 是单位面积上的内摩擦力。用符号τ表示。 可表示为
du A dy
或表示为
Ff
FF A (切应力） = = du dy du dy(切应变）
2.1 液体的物理性质
（5）液体粘性的物理意义
du A dy
Ff
在一定的切应力τ作用下，动力粘度 µ 越大，速度梯度du/dy越 小，液体发生剪切变形越小，则液体抵抗液层间发生剪切变形的 能力越强。
= m2 / s
γ ≈ 8.8×103 N/m3
2.1 液体的物理性质
2.1.2 液体的可压缩性、体积弹性模量
1. 液体的可压缩性
可压缩性 是指液体在容器中受压力作用时，其体积减小的性 质，其大小用体积压缩系数β表示。 β定义为：受压液体在发生单位压力变化时，液体体积的相对
变化量，即
1 V =p V
由于压力增大时液体的体 积减小，所以β 式中必须加 一负号，使β 为正值。
2.1 液体的物理性质
2.1.3 液体的粘性 1. 液体粘性的概念
液体粘性 液体在外力作用下流动时，分子间的内聚力阻止分
子间的相对运动，在液体内部产生一种内摩擦力。
粘性的作用 液体粘性可阻滞、
延缓液体内部液层的相互滑动过程， 即粘性反映了液体抵抗剪切流动的 能力。
2.1 液体的物理性质
（1）液层间的内摩擦力
流动产生压力损失的原因以及计算方法；了解液压系统产生液压
冲击、气穴现象的原因以及减小、预防方法。
第2章 液压油与液压流体力学基础
本章教学内容
2.1 液体的物理性质 2.2 液体静力学基础 2.3 流动液体力学基础 2.4 液体在管道内的压力损失计算 2.5 孔口和间隙的流量—压力特性 2.6 液压冲击和气穴现象
非均质液体的密度为：液体在某点处的微小质量Δm与其体积 ΔV 之比的极限值。用符号ρ 表示，即 m dm lim V o V dV 密度的物理含义：质量在空间某点处的密集程度。 密度是空
间点坐标和时间的连续函数。
均质液体的密度为：单位体积内所含的液体质量。即
ห้องสมุดไป่ตู้
m = (kg/m 3 ) V
液体粘性的物理意义：液体在流动时抵抗变形能力的一种度量。
（6）粘性特点：
在静止液体中，du/dy=0，故Ff =0。因此，静止液体不呈现粘 性，液体流动时才显示其粘性。
2.1 液体的物理性质
2. 液体粘性的度量——粘度
粘度是表示液体粘性大小的物理量，是液压系统选择液压油的
主要指标。粘度的表示方式有：动力粘度、运动粘度、相对粘度。
2.1 液体的物理性质
2. 密度与温度、压力的关系
液压油的密度ρ随温度的升高而减小，液压油的密度ρ随工 作压力p的升高而增大。 由于液压系统的工作压力变化不是太大，油液温度又在控制 范围内，所以油温和压力引起的密度变化甚微。 因此工程应用中，石油基液压油的密度取为ρ＝900 kg/m3 又因 G = mg，所以液体的重度为γ =ρg ，即
2.1 液体的物理性质
3. 可压缩性与体积模量的影响
① 油液中的含气量对液体压缩性的影响较大，一般工程计算
取Κ ＝700MPa。
② 讨论液压系统的静态性能时，可将液体看成是不可压缩。 ③ 研究液压系统的动态特性时，体积弹性模量是影响液体动 态特性的重要因素，必须考虑。 ④ 液体在机械中产生液压弹簧效应。 当考虑液体的可压缩性时，封闭容器内的 液体在外力作用下的受力变形犹如弹簧。液压 弹簧可造成液压传动装置产生低速爬行。
2.1 液体的物理性质
（2）流动液体的内摩擦定律
内摩擦定律 流动液体相邻液层间的内摩擦力Ff 与液层接触
面积A、液层间的速度梯度du/dy 成正比， 即
du F f A dy
（3）牛顿液体
μ 为粘度系 数或动力粘度。
牛顿液体 是指液体的动力粘度μ与液体的种类有关，与速度梯
度du/dy无关的液体。一般石油基液压油都是牛顿液体。
工程上常用体积弹性模量表示液体的可压缩性。
2.1 液体的物理性质
2. 体积弹性模量
体积弹性模量 为液体体积压缩系数的倒数，用Κ表示。即
V = =p V
◆ 体积弹性模量Κ越大，液体的可压缩性越小，其抗压性能 越强，反之越弱。 ◆ 温度升高，Κ 值减小，在油液正常工作范围内，Κ 值会
1
有5%～25%的变化。压力增大，Κ值增大，但当p≥3MPa时，Κ 值基本上不再增大。纯液压油的Κ=（1.4~2）×103 MPa，其数值 很大，一般被认为是不可压缩的。