第3节 液体相关基础

    3.1 液体的静压力及其特性

  1）当液体相对静止时，液体单位面积上所受的法向力，称为液体的静压力p。
（压力、压强）

       P=F/A

  单位：Pa（帕）或　N/m2（牛/平方米），MPa（兆帕），kPa（干帕）　      1MPa=kPa=Pa

     bar（巴），kgf/cm2  
     1bar=Pa=0.1MPa=1.02 kgf/cm2

  3）液体静压力的性质

 a. 液体的压力沿着内法线作用于承压面，即静止液体只承受法向压力，不承受剪切力和拉力。

 b. 静止液体内，任意点处所受到的静压力各个方向都相等。

    3.2 工作压力的分级

     3.3. 液体静力学基本方程

 1) 静止液体内任一点处的压力由两部分组成，一部分是液面上的压力,另一部分是与该点离液面的深度h的乘积。

 2）同一容器（同一系统中）中，同一种液体内的静压力随液体深度h的增加而线性增加。

 3）连通器内同一种液体中，深度相同处的压力都相等。

     3.4. 帕斯卡原理

   在密闭容积中，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，这就是帕斯卡原理，或称为静压力传递原理。

     3.5. 绝对压力、相对压力和真空度

   以绝对真空作为基准所表示的压力，称为绝对压力。

   以大气压力作为基准所表示的压力，称为相对压力。由于大多数测压仪表所测的压力都是相对压力，所以相对压力也称为表压力。

     3.6. 连续性方程、伯努利方程

  1）理想液体：无粘性和不可压缩的理想状态的液体。

     液体流动时，若液体中任一点处的压力、流量和密度不随时间变化而变化，则称为恒定流动；反之，若液体中任一点处的压力、流量和密度中有一个参数随时间变化而变化，则称为非恒定流动。
   2) 层流、紊流和雷诺数

　液体流动时，有两种基本流态：层流和紊流。根据雷诺数判定。

    式中：--液体在管中的流速（m/s）

          d—管道的内径（m）

          --液体的运动粘度（）

                  （点击此处，观看“雷诺实验”的动画演示）

  2）连续性方程：理想液体在管道中作恒定流动时，流经管道每一个截面的流量相等，这就是液流的连续性原理。

  3）理想液体的伯努利方程，也称为理想液体的能量方程。其物理意义是：在密闭的管道中作恒定流动的理想液体具有三种形式的能量（动能、位能、压力能），在沿管道流动的过程中，三种能量之间可以相互转化，但是在管道任一断面处三种能量总和是一常量。

    3.3 液压冲击和空穴现象

    3.3.1 液压冲击

  1）在液压系统中，出现液体压力突然急剧上升，形成很高的压力峰值的现象，称为液压冲击。

  2）产生的原因和危害

    液体在系统中的流动受阻或方向改变，由于液流的惯性作用，其能量发生转换，因而产生压力冲击波；这种冲击波的往复传播，便在系统内形成压力振荡。

   系统中出现液压冲击时，瞬时压力峰值比正常压力大几倍。会损坏密封装置、管道和液压元件，引起振动，产生噪音。有时会造成元件误动作，甚至造成设备事故。

  3) 减小液压冲击的措施

 a.延长阀门关闭时间和运动部件制动的时间。

 b. 限制液体的流速和运动部件的运动速度。

 c. 适当加大管道直径，缩短管路长度。

 d. 设置缓冲装置，或采用软管。

 e. 在液压系统中设置蓄能器或安全阀。

     3.3.2 空穴现象

  1）空气的分离压：在一定温度下，当油的压力低于某个值时，溶于油中的空气就会迅速地从油中分离出来，产生大量气泡。这个压力称为液压油在该温度下的空气分离压。

　   饱和蒸气压：当液压油在某温度下的压力低于一定数值时，油液本身迅速汽化，即油从液态变为气态，产生大量油的蒸气气泡，这时的压力称为液压油在该温度下的饱和蒸汽压。

　气蚀：当附着在金属表面上的气泡破灭时，所产生的局部高温和高压使金属剥落，从而使表面粗糙或出现海绵状小洞穴，这种现象称为气蚀。

　空穴现象：在液体流动中，某点处的压力低于空气分离压而产生大量气泡的现象，称为空穴现象。
   空穴现象的本质：
   当液压系统中出现空穴现象时，大量的气泡波坏了液流的连续性。当大量气泡随着液流到压力较高的部位时，气泡在高压下迅速破裂，并又凝结成液体，使体积突然减小而形成真空，周围高压油迅速流过来补充。由于这一过程时间极短，液体质点高速碰撞，产生局部高温，温度可达1149℃，冲击压力高达几百兆帕，并产生强烈的振动和噪声。在这样的高温高压作用下，液压油局部氧化,变黑，对金属管壁产生化学腐蚀作用，使液压元件表面受到侵蚀，剥落，长时间会形成麻点，海绵状的小洞穴，这种现象称为气蚀。

  2) 减少空穴现象的措施

 a. 减小阀孔前后的压差。

 b. 正确合理设计液压系统的结构参数。