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(duì)靜止時(shí)，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(qiáng)）

       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(diǎn)處所受到的靜壓力各個(gè)方向都相等。

    3.2 工作壓力的分級(jí)

     3.3. 液體靜力學(xué)基本方程

 1) 靜止液體內(nèi)任一點(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)，這就是帕斯卡原理，或稱為靜壓力傳遞原理。

     3.5. 絕對(duì)壓力、相對(duì)壓力和真空度

   以絕對(duì)真空作為基準(zhǔn)所表示的壓力，稱為絕對(duì)壓力。

   以大氣壓力作為基準(zhǔn)所表示的壓力，稱為相對(duì)壓力。由于大多數(shù)測(cè)壓儀表所測(cè)的壓力都是相對(duì)壓力，所以相對(duì)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(wú)粘性和不可壓縮的理想狀態(tài)的液體。

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

　液體流動(dòng)時(shí)，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(yùn)動(dòng)粘度（）

                  （點(diǎn)擊此處，觀看“雷諾實(shí)驗(yàn)”的動(dòng)畫演示）

  2）連續(xù)性方程：理想液體在管道中作恒定流動(dòng)時(shí)，流經(jīng)管道每一個(gè)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(dòng)的理想液體具有三種形式的能量（動(dòng)能、位能、壓力能），在沿管道流動(dòng)的過(guò)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(dòng)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(shí)，瞬時(shí)壓力峰值比正常壓力大幾倍。會(huì)損壞密封裝置、管道和液壓元件，引起振動(dòng)，產(chǎn)生噪音。有時(shí)會(huì)造成元件誤動(dòng)作，甚至造成設(shè)備事故。

  3) 減小液壓沖擊的措施

 a.延長(zhǎng)閥門關(guān)閉時(shí)間和運(yùn)動(dòng)部件制動(dòng)的時(shí)間。

 b. 限制液體的流速和運(yùn)動(dòng)部件的運(yùn)動(dòng)速度。

 c. 適當(dāng)加大管道直徑，縮短管路長(zhǎng)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(gè)值時(shí)，溶于油中的空氣就會(huì)迅速地從油中分離出來(lái)，產(chǎn)生大量氣泡。這個(gè)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(shí)，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(shí)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(shí)，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(dòng)中，某點(diǎn)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(shí)，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(shí)，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(guò)來(lái)補(bǔ)充。由于這一過(guò)程時(shí)間極短，液體質(zhì)點(diǎn)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(qiáng)烈的振動(dòng)和噪聲。在這樣的高溫高壓作用下，液壓油局部氧化,變黑，對(duì)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(zhǎng)時(shí)間會(huì)形成麻點(diǎn)，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(jì)液壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)。