高中通用技术粤科版（2019）必修 技术与设计2一 控制图片课件ppt

这是一份高中通用技术粤科版（2019）必修 技术与设计2一 控制图片课件ppt，共60页。PPT课件主要包含了流体内摩擦定律，流层接触面积，流层间相对速度，流层间距离，运动粘度，相对粘度，恩格勒粘度计，用木塞堵住锥形短管，将水箱中的水加热，粘度特性等内容，欢迎下载使用。
主要内容 流体的物理性质 流体静力学 流体动力学 液压系统的压力损失 孔口及缝隙的流量压力特性 液压冲击与气穴
第2章 流体力学基础
流体传动以液体或气体作为工作介质来传递能量和运动。因此，了解流体的主要物理性质，掌握流体平衡和运动的规律等主要力学特性，对于正确理解流体传动原理、气液压元件的工作原理，以及合理设计、调整、使用和维护液压系统都是十分重要的。
2.1 流体的物理性质
ρ ——液体的密度(kg/m3)；
ΔV——液体中所任取的微小体积(m3)
Δm——体积ΔV中的液体质量(kg)
　　密度的物理含义是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函数，即ρ=ρ(x，y，z，t)。
对于均质液体，其重度γ 是指其单位体积内所含液体的质量。
　　油液密度随着温度或压力的变化而变化，但变化不大，通常忽略，一般取ρ=900kg/m3。
　　体积为V的液体，当压力增大△p时，体积减小△V ，则液体在单位压力变化下体积的相对变化量，定义为体积压缩系数β
β——液体的体积压缩系数；一般取β =（5~7）x10-10 m2/NV——液体的体积；ΔV——体积变化量； Δp——压力增量。
流体受压力作用而发生体积缩小性质。
β的倒数称为液体的体积弹性模量
纯净液压油的体积弹性模量
K=（1.4～2.0）)×109Pa
液压油的弹性模量为钢的1/140～1/100。
　　流体在外力作用下流动时，由于流体分子间的内聚力作用, 导致流体分子间因相对运动而产生的内摩擦力，这种特性称为粘性。
内摩擦力（试验结果表明）
表示流体粘性的系数，称为动力粘度
动力粘度μ——流体在单位速度梯度下流动时，接触液层间单位面积上内摩擦力。运动粘度——μ太大，常用动力粘度与液体密度之比值 。 相对粘度——μ、不易直接测量，只用于理论计算，常用相对粘度。
液体在单位速度梯度下流动时，流动液层间单位面积上的内摩擦力。
动力粘度与该液体密度的比值
　　又叫条件粘度，它是采用特定的粘度计在规定的条件下测量出来的的粘度。由于测量条件不同，各国所用的相对粘度也不同。中国、德国和俄罗斯等一些国家采用恩氏粘度，美国用赛氏粘度，英国用雷氏粘度。
测量流体粘度的方法较多。工业上常用工业粘度计来测量油和其它液体的粘度。
一种间接测量方法，即用一定量的液体通过贮液罐底部细管流出的时间作为测量值，再根据哈根—伯肃叶公式修正的半经验公式计算出液体的运动粘性系数。
工业粘度计的种类较多，其结构大同小异。目前我国和苏联、德国等欧洲国家多采用恩格勒粘度计，恩格勒粘度计的结构如图所示。
将220cm2的被测液体注入贮液罐
(一般，水等液体要求保持在20℃，润滑油50℃，燃料油80℃)
迅速拔起塞杆，使被测液体从锥形短管流入长颈瓶
　　再用同样的步骤记下200cm2蒸馏水在同样温度下流经锥形短管所需的时间t0 (约51秒)
流出至200cm2为止，记下所需的时间t
求得了恩格勒粘度E后，可由下面的半经验公式求出被测液体的运动粘度：
　　被测液体在规定温度下的恩格勒粘度为：
液压油牌号，常用某一温度下的运动粘度平均值来表示，如N32号液压油，指40℃时运动粘度的平均值为32mm2/s（cSt）。旧牌号20号液压油是指这种液压油在50℃时的运动粘度平均值为20mm2/s（cSt）。
常用液压油的牌号和粘度
选择合适粘度的液压油，对液压系统的工作性能起着重要的作用。当能得到的液压油的粘度不合要求时，可把两种不同粘度的液压油按适当的比例混合起来使用，－调合油。
调合油的粘度经验公式：
ºE1、ºE2 ——混合前两种油液的粘度，取ºE1＞ºE2； ºE ——混合后的调合油粘度； a、b——参与调合的两种油液所占的百分数（a+ b=100） c——实验系数。
温度是影响粘度的主要因素。当温度升高时，液体的粘度减小，气体的粘度增加。
影响液体粘度的主要因素是温度和压力
粘度一般随压力变化不大，一般可忽略不计。
液体：分子内聚力是产生粘度的主要因素。温度↑→分子间距↑→分子吸引力↓→内摩擦力↓→粘度↓
气体：分子热运动引起的动量交换是产生粘度的主要因素。温度↑→分子热运动↑→动量交换↑→内摩擦力↑→粘度↑
液压油粘度对温度的变化十分敏感，温度升高，粘度下降，液压油的粘度随温度变化的性质称为粘温特性。
一般高温应选择粘度大的液压油，以减少泄漏；低温应选择粘度小的液压油，以减小摩擦。
液压油其他物理化学性质
抗燃性：指有较高的闪点、着火点和自燃点抗凝性：指有较低的凝点抗氧化性：油液不易与空气中氧发生化学反应使油变质酸化抗泡沫性：油中气泡容易逸出并消除抗乳化性：油水分离要容易防锈性：对铁及非金属的腐蚀小润滑性：能对液压元件滑动部分充分润滑导热性：比热容和导热率大相容性：对金属、密封件、橡胶软管、涂料有良好的相容性纯净性：质地纯净，尽可能不含污染物
——对液压油液的选择要求
粘温特性好 有良好的润滑性 成分要纯净 对热、氧化水解都有良好的化学稳定性，使用寿命长 比热和传热系数大，体积膨胀系数小，闪点和燃点高，流 动点和凝固点低。 （凝点—油液完全失去其流动性的最高温度） 抗泡沫性和抗乳化性好，防锈性好 材料相容性好，腐蚀性小 对人体无害，对环境污染小，价格便宜无毒
液压泵用油粘度范围及推荐用油表
液压油牌号L-HM32的含义是：L表示润滑剂，H表示液压油，M表示抗磨型，粘度等级为VG32。
液压油液的种类及其性质
主要是研究液体处于静止状态下的力学规律及其应用。
液体静压力及其特性静压力基本方程式帕斯卡原理静压力对固体壁面的作用力
流体处于静止状态时，其单位面积上所受的法向作用力
图示为一团处于平衡状态的流体，若用AB平面把它分成Ⅰ 和Ⅱ两部分，将Ⅰ取走，为保持Ⅱ 的平衡，必须有作用力F来代替Ⅰ对Ⅱ部分的作用。设被AB所截的流体截面面积为A，则流体所受到的平均静压力为
若A面上各点压力不等，则A面上任意点D处的静压力为
液体静压力有两个重要特性：
1. 静止流体表面应力只能是压应力或压强，且静压强方向与作用面的内法线方向重合。
2. 作用于静止流体同一点压强的大小各向相等，与作用面的方位无关。
　　根据度量基准的不同，液体压力分为绝对压力和相对压力两种。
绝对压力—以绝对零压为基准所测相对压力—以大气压力为基准所测
如果液体中某点的绝对压力小于大气压力，这时，比大气压力小的那部分数值叫做真空度
国际单位Pa(帕，N/m2)1bar=1*105Pa=1.01972工程大气压（kgf/cm2）=1.01972*104mm水柱=7.50062*102mm汞柱
液压传动系统中所测压力均为相对压力即表压力
各种压力单位的换算关系
1—弯管 2—指针 3—刻度盘 4—杠杆 5—齿扇 6—小齿轮
当弹簧管内受到介质压力时，它的活动端就向外伸张，经传动机构带动指针转动，由刻度盘上指示出介质的压力。
反映了在重力作用下静止液体中的压力分布规律
压力由两部分组成：液面压力P0 ，自重形成的压力ρgh。
重力作用下静止液体压力分布特征：
离液面深度相同各点组成的等压面，为水平面
液体内的压力与液体深度成正比；
由于两缸互相连通，构成一个密闭连通容器，按帕斯卡原理，液压缸内压力处处相等，
　　在平衡液体中，作用在液体部分边界面上的外力所产生的压力将等值地传递给液体中的每一点。－－帕斯卡定律。
传动必须在密封容器内进行
系统内压力大小取决于外负载的大小
流体传动可以将力放大，放大倍数等于活塞面积之比
　在工程上很多流体机械(如液压传动等)都是根据流体的压力传递原理而设计的，而且在多数场合都是p0>>ρgh的情况。工程计算中常将ρgh 项忽略不计，这样则可认为容器中的压力处处相等。
如果垂直液压缸的活塞上没有载荷，则不计活塞重量及其他阻力时，不论怎样推动水平液压缸的活塞，都不能在液体中形成压力，说明液压系统中的压力是由外载荷决定的，这是液压传动中的一个基本概念。
最简单的情况: 水平面上的总压力。
图示，设容器的底面积为A，所盛液体的密度为ρ，液深为h，液面上的压力为p0，则作用在底面上的总压力是否相同？
４液体对固体壁面的作用力
仅由液体重量引起的总压力为
水平壁面上的压力只与液体的密度ρ ，液深 h 及受力面积 A有关。
形状不同而底面积均为 A 的四个容器，虽然所盛液体数量不等，但是上述三项ρ 、A 及 h 均相同，故底面积所受总压力均相同，这就是水力学中所谓的“静水奇象”。它说明液体作用在容器底面的总压力不应同容器所盛液重相混淆。
如：液压缸，若设活塞直径为D,则
作用在平面上的总作用力
结论：曲面在某一方向上所受的作用力，等于液体压力与曲面在该方向的垂直投影面积之乘积。
作用在曲面上的总作用力
2.3　液体动力学基础
2.3 流体动力学基础
主要讨论流体动力学的基本概念，三个基本方程——连续性方程、伯努利方程和动量方程。
1) 理想液体、恒定流动
理想流体：一种假想的既无粘性又不可压缩的液体
恒定流动：流体流动时，流体中任一点处的压力、速度和密度等参数都不随时间而变化。 （或称定常流动、非时变流动）
2.3 液体动力学基础
2) 过流断面 流量 流速
在流束或总流中与所有流线都相垂直的横断面称为过流断面或有效断面。
过流断面可能是平面也可能是曲面。
单位时间内流过过流断面的流体量称为流量。流量可以用体积、重量和质量来表示，分别称为体积流量、重量流量和质量流量。
流过微元面积 d A 的体积流量为
流经整个过流断面 A 的流量
平均流速—通流截面上各点均匀分布假想流速
v = q/A q = 0 v = 0 q↑ v ↑ q↓ v ↓结论：液压缸的运动速度取决于进入液压缸的流量，并且随着流量的变化而变化。
3 ) 层流、紊流、雷诺数
层流：流体呈层状流动，流线与圆管轴线平行，质点只有沿管 道轴线的纵向运动，无垂直于管道轴线的横向运动。
紊流：流体质点相互碰撞、混杂，质点除了管道轴线的纵向运 动，还有垂直管道轴线的剧烈的横向运动。
流体有两种流动状态，其流动阻力与流动状态有关。
D 反向试验，关闭阀门，则色流逐渐恢复到图c所示的过渡状态，再关小阀门，则恢复到图b 所示的层流状态。
（2）实验观察到的现象
A 试验时微微打开阀门，管内水的流速较小，色水成一鲜明的细流，非常平稳，并与管的中心线平行（图a）。
B 逐渐打开阀门到一定程度，色水细流出现波动（图b）。
C 继续打开阀门，色水细流波动剧烈，开始出现断裂，最后形成与周围清水混杂、穿插的紊乱流动（图c）。
雷诺数Re：雷诺根据大量试验归纳出的一个用于判别流态的无因次的综合量。
液流的惯性力对粘性力的无因次比 Re较大，液体的惯性力起主导作用，液体处于紊流状态 Re较小，粘性力起主导作用，液体处于层流状态
Re>2000（或2320）为层流Re