第3節(jié) 液體相關(guān)基礎(chǔ)

    3.1 液體的靜壓力及其特性

  1）當(dāng)液體相對靜止時，液體單位面積上所受的法向力，稱為液體的靜壓力p。
（壓力、壓強）

       P=F/A

  單位：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）液體靜壓力的性質(zhì)

 a. 液體的壓力沿著內(nèi)法線作用于承壓面，即靜止液體只承受法向壓力，不承受剪切力和拉力。

 b. 靜止液體內(nèi)，任意點處所受到的靜壓力各個方向都相等。

    3.2 工作壓力的分級

     3.3. 液體靜力學(xué)基本方程

 1) 靜止液體內(nèi)任一點處的壓力由兩部分組成，一部分是液面上的壓力,另一部分是與該點離液面的深度h的乘積。

 2）同一容器（同一系統(tǒng)中）中，同一種液體內(nèi)的靜壓力隨液體深度h的增加而線性增加。

 3）連通器內(nèi)同一種液體中，深度相同處的壓力都相等。

     3.4. 帕斯卡原理

   在密閉容積中，由外力作用所產(chǎn)生的壓力可以等值地傳遞到液體內(nèi)部所有各點，這就是帕斯卡原理，或稱為靜壓力傳遞原理。

     3.5. 絕對壓力、相對壓力和真空度

   以絕對真空作為基準(zhǔn)所表示的壓力，稱為絕對壓力。

   以大氣壓力作為基準(zhǔn)所表示的壓力，稱為相對壓力。由于大多數(shù)測壓儀表所測的壓力都是相對壓力，所以相對壓力也稱為表壓力。

     3.6. 連續(xù)性方程、伯努利方程

  1）理想液體：無粘性和不可壓縮的理想狀態(tài)的液體。

     液體流動時，若液體中任一點處的壓力、流量和密度不隨時間變化而變化，則稱為恒定流動；反之，若液體中任一點處的壓力、流量和密度中有一個參數(shù)隨時間變化而變化，則稱為非恒定流動。
   2) 層流、紊流和雷諾數(shù)

　液體流動時，有兩種基本流態(tài)：層流和紊流。根據(jù)雷諾數(shù)判定。

    式中：--液體在管中的流速（m/s）

          d—管道的內(nèi)徑（m）

          --液體的運動粘度（）

                  （點擊此處，觀看“雷諾實驗”的動畫演示）

  2）連續(xù)性方程：理想液體在管道中作恒定流動時，流經(jīng)管道每一個截面的流量相等，這就是液流的連續(xù)性原理。

  3）理想液體的伯努利方程，也稱為理想液體的能量方程。其物理意義是：在密閉的管道中作恒定流動的理想液體具有三種形式的能量（動能、位能、壓力能），在沿管道流動的過程中，三種能量之間可以相互轉(zhuǎn)化，但是在管道任一斷面處三種能量總和是一常量。

    3.3 液壓沖擊和空穴現(xiàn)象

    3.3.1 液壓沖擊

  1）在液壓系統(tǒng)中，出現(xiàn)液體壓力突然急劇上升，形成很高的壓力峰值的現(xiàn)象，稱為液壓沖擊。

  2）產(chǎn)生的原因和危害

    液體在系統(tǒng)中的流動受阻或方向改變，由于液流的慣性作用，其能量發(fā)生轉(zhuǎn)換，因而產(chǎn)生壓力沖擊波；這種沖擊波的往復(fù)傳播，便在系統(tǒng)內(nèi)形成壓力振蕩。

   系統(tǒng)中出現(xiàn)液壓沖擊時，瞬時壓力峰值比正常壓力大幾倍。會損壞密封裝置、管道和液壓元件，引起振動，產(chǎn)生噪音。有時會造成元件誤動作，甚至造成設(shè)備事故。

  3) 減小液壓沖擊的措施

 a.延長閥門關(guān)閉時間和運動部件制動的時間。

 b. 限制液體的流速和運動部件的運動速度。

 c. 適當(dāng)加大管道直徑，縮短管路長度。

 d. 設(shè)置緩沖裝置，或采用軟管。

 e. 在液壓系統(tǒng)中設(shè)置蓄能器或安全閥。

     3.3.2 空穴現(xiàn)象

  1）空氣的分離壓：在一定溫度下，當(dāng)油的壓力低于某個值時，溶于油中的空氣就會迅速地從油中分離出來，產(chǎn)生大量氣泡。這個壓力稱為液壓油在該溫度下的空氣分離壓。

　   飽和蒸氣壓：當(dāng)液壓油在某溫度下的壓力低于一定數(shù)值時，油液本身迅速汽化，即油從液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)，產(chǎn)生大量油的蒸氣氣泡，這時的壓力稱為液壓油在該溫度下的飽和蒸汽壓。

　氣蝕：當(dāng)附著在金屬表面上的氣泡破滅時，所產(chǎn)生的局部高溫和高壓使金屬剝落，從而使表面粗糙或出現(xiàn)海綿狀小洞穴，這種現(xiàn)象稱為氣蝕。

　空穴現(xiàn)象：在液體流動中，某點處的壓力低于空氣分離壓而產(chǎn)生大量氣泡的現(xiàn)象，稱為空穴現(xiàn)象。
   空穴現(xiàn)象的本質(zhì)：
   當(dāng)液壓系統(tǒng)中出現(xiàn)空穴現(xiàn)象時，大量的氣泡波壞了液流的連續(xù)性。當(dāng)大量氣泡隨著液流到壓力較高的部位時，氣泡在高壓下迅速破裂，并又凝結(jié)成液體，使體積突然減小而形成真空，周圍高壓油迅速流過來補充。由于這一過程時間極短，液體質(zhì)點高速碰撞，產(chǎn)生局部高溫，溫度可達(dá)1149℃，沖擊壓力高達(dá)幾百兆帕，并產(chǎn)生強烈的振動和噪聲。在這樣的高溫高壓作用下，液壓油局部氧化,變黑，對金屬管壁產(chǎn)生化學(xué)腐蝕作用，使液壓元件表面受到侵蝕，剝落，長時間會形成麻點，海綿狀的小洞穴，這種現(xiàn)象稱為氣蝕。

  2) 減少空穴現(xiàn)象的措施

 a. 減小閥孔前后的壓差。

 b. 正確合理設(shè)計液壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)。