第1章 流体力学基础

第1章 流体力学基础

一、选择题

1. 油液的粘度增加，会使流动管路的沿程阻力损失（ A ）。

A、增大B、减少C、基本不变D、可能增大也可能减少

2. 流量连续性方程是( C )在流体力学中的表达形式，而伯努利方程是( A )在流体力学中的表达形式。 A.能量守恒定律 B.动量定理C.质量守恒定律 D.帕斯卡原理

3．按照国家标准代号GB／Tl4039—1993，固体颗粒污染等级代号由斜线隔开的两个标号组成：第一个标号表示

lmL工作介质中大于( A )的颗粒数，第二个标号表示lmL 工作介质中大于( C )的颗粒数。 A.5μm B.10μm C.15μm D.20μm

4. 在应用实际流体的伯努利方程时，当流体为层流流动，其动能修正系数a等于( B )。 A.1 B.2 C.0．5 D.4

5．牌号L-HL-46的国产液压油，数字46表示在( C )下该牌号液压油的运动粘度为46cst。 A.20C B.50C C.40C D.0C

6.在密闭容器中，施加于静止液体内任一点的压力能等值地传递到液体中的所有地方，这称为（ D ） A.能量守恒原理B.动量守恒定律C.质量守恒原理D.帕斯卡原理

7.（ ）粘性，（ ）压缩的液体通常被称为理想的液体。（ B ） A.无，可 B.无，不可 C.有，可 D.有，不可 二、简答题

1. 何谓液压冲击？液压冲击的产生原因有哪些？

答：在液压系统中，由于某种原因，液体压力在一瞬间会突然升高，产生很高的压力峰值，这种现象称为液压冲击。液压冲击产生的原因：（1）液流通道迅速关闭或液流迅速换向使液流速度的大小或方向突然变化时，由于液流的惯力引起的液压冲击。（2）运动着的工作部件突然制动或换向时，因工作部件的惯性引起的液压冲击。（3）某些液压元件动作失灵或不灵敏，使系统压力升高而引起的液压冲击。

2. 何谓气穴现象？它有哪些危害？通常采取哪些措施防止气穴及气蚀？

答：在液压系统中（或液压元件中）因局部压力降低而有气泡形成的现象称为气穴现象。 危害：引起气蚀，产生振动噪声；形成气塞破坏系统正常工作。

措施：尽力减少油液中空气的含量，防止气体混入系统；防止系统局部压力过低；在易发生气穴部位采用耐蚀材料及保护镀层。

3. 液体静压力具有两个基本特性是什么?

答：1) 液体静压力始终垂直于作用面，其方向总是指向作用面的内法向。 2)在平衡液体中，静止液体内任意点处的压力在各个方向上都相等。 4．什么叫困油现象？困油现象有哪些危害？有何解决措施？

答：为了使齿轮泵的齿轮平稳地啮合运转，吸压油腔密封和均匀、连续供油，时必须使齿轮啮合的重叠系数??1（??1.05~1.3）。这样，就会出现前一对轮齿尚未脱开啮合前，后一对轮齿又进入啮合，在这两对啮合的轮齿间形成封闭的容积，称之为闭死容积。闭死容积从最大到最小，再到最大，这种现象叫困油现象。

为了消除困油现象，可在齿轮泵的侧板上开卸荷槽,一对矩形卸荷槽相对齿轮中心线对称布置，左边矩形卸荷槽与吸油腔相通，右边矩形卸荷槽与压油腔相通。使闭死容积从小到大时，始终与吸油腔相通；使闭死容积从大到小时，始终

0

0

0

0

与压油腔相通。 5.什么是油液的粘性？

答：液体在外力作用下流动时，分子间的内聚力要阻止分子间的相对运动而产生一种内摩擦力，流体的这种特性成为粘性 三、计算题

1、在圆柱形容器中某可压缩流体，当压力26×106N/m2时体积为995×106m2，当压力16×106N/m2时体积为1000 m2 ,问它的压缩系数为多少? 1、答：

?V(995?1000)?10?6?1021000?10?6???V???5?10mN 66?p26?10?16?10

2、如图2?3所示，用文氏流量计测定水平管中的流量，假定管中液体是水，截面l的直径d1=0.2m，截面2的直径d2=0.1m，而两截面压力差p=p1-p2=13730Pa(假设水理想流体作稳定流动，ρ= 1000kg／m3)，试确定管中流量q。

解：对1-2两截面列写伯努力方程：

2p1v12p2v2 ?z1???z2?r2gr2g假设流体紊流流动，动能修正系数与流量q的关系?1??2?1,Z1?Z2?0。 流体在1-2两截面的流速与流量q的关系分别为

v1?所以

4q4q， v?222?d2?d1?p???v222?v12??1?2?1?? q?244????d2d1?8?将已知参数代人上式，可求得管中流量： q=0.0425m3/s(2.55m3/min)

3、 液压泵的流量qp=5×10-4m3/s全部经进油管进入液压缸，液压缸的大腔面积A1=20×10-4m2，小腔面积A2=10×10-4m2，

进、回油管直径dl=d2=10mm。试用流量连续性方程求活塞运动速度及进、回油管的流速（不考虑液压缸的泄漏损失及液压油的压缩性）。

解：

首先对阀芯钢球进行受力分析：作用在钢球下端顶开钢球向上的液压力= p1A。作用在钢球上端向下的力除弹簧力Fk外。还有由压力p2产生的液压力p2A。所以，钢球所受力平衡方程为

p1A?Fk?p2A

式中 A是钢球在受力方向(垂直方向)的投影面积(也即阀座孔的面积)，即

A??d2/4?3.14?0.012/4?0.785?10?4m2

将相关参数代人力平衡方程可求得 图2—4

p1?Fk?p2?500/(0.785?10?4)?3?105?66.69?105Pa?6.7MPa A结论：当阀芯钢球下端的液压力p1=6.7MPa时，钢球开始被顶开，油液在压力差的作用下由P1口流向P2 口。 4、如图所示，作用在活塞上的外力F?3000N,活塞直径D?50mm,若使油液从液压缸底部的锐缘孔口流出，孔口直径d =10mm，流量系数Cd?0.61,油液密度??900kg/m3,不计摩擦，试求作用在液压缸缸底壁面上的力。

解：

(1)取缸内液体为控制体，活塞及液压缸缸底壁面对液体的总(轴向)作用力为F?R?(R?为液压缸缸底壁面对液体的轴向作用力)，则由动量方程得

F?R???q(vo?v)

(2)作用在活塞上的外力F使液压缸内油液产生的压力为

p?F3000?45??15.28?10Pa 2A3.14?0.05流经液压缸底部锐缘孔口的流量：

q?CdA03.14?0.012?p?0.61?4?22?15.28?105 900?2.79?10?3m3/s

(3)根据流量连续性方程。 孔口液流速度：

vo?q活塞运动速度：

?d24?2.79?10?3??35.55m/s 243.1?0.01v?q?D24?2.79?10?3??1.42m/s 243.1?0.05(4)将q、v0、v代入动量方程，可求得液压缸底部对油液的作用力：

R??F??q(vo?v)?3000?900?2.79?10?3?(35.55?1.42)

?2914.3N

根据牛顿第三定律，液体作用在缸底壁面的力

R??R??2914.3N(方向向右)

5、有两薄壁小孔并联在执行元件的回油路上(其出口压力为大气压)，其通流面积分别为A1?0.05cm2和A2?0.1cm。设油液密度??900kg/m3,流量系数Cd1?Cd2?Cd?0.62,已知总流量q?0.3?10?3m3/s，试求小孔的进口压力及两孔的流量q1,q2。 解：

由于两薄壁小孔并联在执行元件的回油路上，出口压力均为零(表压)，因此两孔的前后压力差相同，等于进口压力

2p1。

根据薄壁小孔的压力流量公式及流量连续性方程，有

q1?CdAI将上式联立求解得

2?p1, q2?CdA22?p1, q1?q2?q

q1?A1?A?q2, ?1?1?q2?q A2?A2?所以，流经小孔2的流量：

?A?q2?q/?1?1??0.3?10?3/(0.05/0.1?1)?0.2?10?3m3/s

?A2?流经小孔l的流量：

q1?q?q2?0.1?10?3m3/s

小孔的进口压力：

2?0.1?10?3?9002?p1?(q1/CdA1)????4.68?105Pa ?4??2?0.62?0.05?10?2?第二章 绪论

一、选择题

1. 液压传动的工作原理是基于( D )。

A.能量守恒定律 B.动量定理 C.质量守恒定律 D.帕斯卡原理

2. 液压传动是利用液体的( B )进行能量传递、转换和控制的一种传动形式。 A.位能 B.压力能 C.动能 D.热能

3. 液压的（ A ）具有明确的物理意义，它表示了液体在以单位速度梯度流动时，单位面积上的内摩擦力。 A.动力粘度 B.恩氏度 C.巴氏度 D.赛氏秒

4、流量连续性方程是（C ）在流体力学中的表达形式，而伯努力方程是（A ）在流体力学中的表达形式。

（A）能量守恒定律 （B）动量定理 （C）质量守恒定律 （D）其他 5、液体流经薄壁小孔的流量与孔口面积的（ A）和小孔前后压力差的（ B ）成正比。 （A）一次方 （B）1/2次方 （C）二次方 （D）三次方 二、写出名称

O型机能三位四通电液换向阀\\两位三通电磁换向阀\\柱塞式液压缸\\调速阀\\双向变量液压马达\\O型机能三位四通手动换向阀\\双液控单向阀\\单向节流阀\\压力继电器 三、名词解释

1． 帕斯卡原理（静压传递原理）： 在密闭容器内，施加于静止液体上的压力将以等值同时传到液体各点。 2． 运动粘度 ：动力粘度μ和该液体密度ρ之比值。

3． 液动力：流动液体作用在使其流速发生变化的固体壁面上的力

4． 层流 ：粘性力起主导作用，液体质点受粘性的约束，不能随意运动，层次分明的流动状态。 5． 紊流 ： 惯性力起主导作用，高速流动时液体质点间的粘性不再约束质点，完全紊乱的流动状态 。 6． 沿程压力损失 ： 液体在管中流动时因粘性摩擦而产生的损失。 7． 局部压力损失 ：液体流经管道的弯头、接头、突然变化的截面以及阀口等处时，液体流速的大小和方向急剧发生

变化，产生漩涡并出现强烈的紊动现象，由此造成的压力损失。

8． 液压卡紧现象 ： 当液体流经圆锥环形间隙时，若阀芯在阀体孔内出现偏心，阀芯可能受到一个液压侧向力的作用。

当液压侧向力足够大时，阀芯将紧贴在阀孔壁面上，产生卡紧现象

9. 液压冲击 ：在液压系统中，因某些原因液体压力在一瞬间突然升高，产生很高的压力峰值，这种现象称为液压冲击 四、简答题

1. 简述在液力传动中存在哪些能量损失？答案：沿程压力损失、局部压力损失 2. 液压油黏度的选择与系统工作压力，环境温度及工作部件的运动速度有何关系？

答案：系统工作压力越大选取的液压油黏度越大，环境温度越高选取的液压油黏度越大，液压油黏度越大则工作部件的运动速度越低。

3. 试述液压传动的定义。答案液压是借助于密封容积的变化，利用液体的压力能与机械能之间的转换来传递能量的 4. 液压传动系统由哪几部分组成部分?各组成部分的作用是什么? 液压传动系统主要有以下五部分组成：

动力元件：液压泵，其功能是将原动机输入的机械能转换成液体的压力能，为系统提供动力。

执行元件：液压缸、液压马达，它们的功能是将流体的压力能转换成机械能，输出力和速度（或转矩和转速），以带动负载进行直线运动或旋转运动。

控制元件：压力、流量和方向控制阀，它们的作用是控制和调节系统中液体的压力、流量和流动方向，以保证执

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