接下來看一下液壓油，作為最常用的一種工作介質，它有什麼樣的物理性質。這裡大家要了解這三個性質：密度、黏性和壓縮性。

2.1 密度

先看一下密度。密度，單位體積液體的質量：ρ=M/V。

關于我們液壓傳動裡邊這個跟密度相關的一些基本概念大家要了解的有這幾個：

·礦物油型液壓油的密度随溫度的上升而有所減小；

·随着壓力的提高而稍有增大；

·上述變動值很小，可以認為是常值。

·我國采用20℃時的密度作為油液的标準密度。

·石油基液壓油的密度0.85-0.875*10^3(kg/m^3)

·抗燃液壓液的密度0.93-1.15*10^3(kg/m^3)

石油基的液壓油，它的密度一般有這樣一個特性，它是會随着溫度的上升有略微的減小，随着壓力的提高有略微地增大，但是，這種随着溫度或者壓力的變化，它的密度發生變化的變動值，非常的小，所以一般來講，我們在液壓系統裡邊，絕大多數情況下把這個密度認為是一個常值，這點可以記住。

我們國家的标準裡邊，是采用20攝氏度時候的密度作為油液的标準密度。因為溫度如果變化，同樣的液壓油，它的密度稍微會有些變化，那一般我們提到的這個密度是多少呢？以後約定成俗，是指20攝氏度時候的這個密度作為它的标準密度。

那麼下面結合我們講的這個工作介質的種類，看看具體的液壓油的密度。

石油基的液壓油它的密度大概是多少呢？它的密度大概是在0.85到0.875乘10的3次方每立方米公斤，這個範圍裡邊，大家馬上就有一個基本概念了，就是液壓的密度要比水的密度稍小一點。

抗燃液壓油，它的密度大概是多少呢？大概是在0.93到1.15乘10的3次方公斤每立方米，這個範圍裡面，顯然要比石油基的液壓油的密度要高一些，原因是抗燃液壓油是水基的，它裡面的水占得成分比較大，這是關于密度的概念比較簡單，就這樣兒說一下。

2.2 黏性

第二個是比較重要的一個物理特性，就是黏性。黏性，是液體特有的一種物理現象，它是指什麼呢？是指液體在外力的作用下，這個液層之間有相對運動的時候，它會産生内摩擦力，那麼這樣一種性質被稱為黏性。

黏性，實際上我們可以這樣來理解，就是當液體在流動的時候，液體的内部會阻礙這種流動。黏性它還有一個很奇特的特征，就是隻有在液體流動的時候或者它有流動趨勢的時候，它才能夠呈現出來，而當這個液體處于靜止狀态的時候，它是不呈現黏性的，但是，我們不能說靜止的液體沒有黏性，這是不對的。所以，黏性本身它是液體固有的物理特性，但是它隻是在流動的時候呈現出來。

2.2.1 牛頓内摩擦定律

在學習黏性的時候，不得不學習牛頓内摩擦定律。

看上圖，想象一下這樣一個場景：這是兩塊平闆，下面的平闆的是固定不動的，上面的平闆被拽着以速度v往前走，這兩個平闆之間充滿了液壓油，那麼這個油呢，它運動的時候是分層的，一層一層，非常薄的層，每一層的高度是dz。

那我們知道，由于下面這塊闆是固定的，那麼和下面這塊闆接觸的那層油，它的速度是多少？一定是零。上面這個闆是以速度v向右側被拉動，那麼貼着上面這層闆的最薄的油膜，它的速度是多少呢？一定是v。那麼從零到v，它的速度分布一定是這樣一個梯度變化，就是一層比一層速度有一個差，這個速度差下一層是u，它的上一層就是u du。那麼這個速度差是如何産生的呢？就是因為當油液在流動的時候，實際上它是分層的，層和層之間存在着一種内摩擦力，這個内摩擦力就導緻了流動慢的層對流動快的層會有阻礙作用，流動快的層對流動慢的層有一個拉扯的作用。這是液體一個很重要的特性，那麼這是誰發現的呢？大名鼎鼎的牛頓，所以這個被稱之為牛頓内摩擦定律。它是指，液體在流動的時候，在流動截面上各點的流速是不同的，各層之間有相互的牽制作用，這種相互牽制的力就稱之為液體的内摩擦力，或者叫做黏性力。

同時呢，牛頓給出了内摩擦力的計算公式：

T=μA du/dz （N） 或者 τ=μ du/dz （N/m^2 ）

牛頓内摩擦定律非常清楚地告訴我們，産生内摩擦力的原因就是因為油裡面有黏性，而這個黏性大小的度量靠什麼呢？就是這個μ。

2.2.2 黏性的度量

黏性的度量就是度量一個液體裡面黏性的大小，我們一共有三種方式來度量黏性：

第一個，動力黏度，它來自于牛頓内摩擦定律的導出公式，它也被叫做絕對黏度，是指液體在單位速度梯度下，流動的時候單位面積上所産生的内摩擦力。

第二種稱之為叫做運動黏度，用ν來表示：ν=μ/ρ（m^2/s）。這個運動黏度沒有明确的物理含義，為什麼會出來這麼一個東西呢？是因為我們在研究流體力學的時候，在很多的公式裡邊會出現這樣一個μ/ρ，我們把它組合在一起，就把它定義成運動黏度。它是一個導出的因子。

第三個，叫做相對黏度。相對黏度和前兩種黏度區别在哪裡，第一種我們說動力黏度是公式裡邊定義出來得，第二個它是沒有什麼物理含義，它隻是一個導出的因子，而第三個相對黏度，這個黏度，我們是可以通過實驗的方式來實際測量的，我們要測一個液體的黏度到底是多少，我們所能測出來的隻能是它的相對黏度，怎麼測呢？其實非常簡單，有一個标準的容器，一般是一個玻璃球狀的，它的容積是固定的，一般是二百毫升，然後在玻璃容器的底部開了一個标準直徑的小孔。先在這個玻璃容器裡邊放進去二百毫升的水，讓它從那個小孔裡面流出來，我們用秒表來計時，記下時間，之後同樣的200毫升的容器裡面，放入你要測的液體，就是你要測得液壓油，也是讓它從這個标準的小孔裡面流出來，然後計時，油流出來的時間和水流出來的時間一比，就是它的相對黏度值。

從相對黏度到這個動力黏度，我們有一個經驗公式可以把它計算過去，知道了動力黏度之後，除上這個密度，可以求出它的運動黏度。所以呢，黏度的度量，我們可以采用這三種方式來度量。

2.2.3 油液的黏性與壓力、溫度的關系

黏度，它有一個非常重要的物理特性，就是它和壓力以及溫度都有關系。

第一，它和壓力的關系，就是油液所受的壓力，如果增大的話，這個黏度就會變大，但是它是有條件的，一般在高壓的情況下，這個壓力對黏性的影響表現是比較明顯的，在中低壓的時候它的表現是不明顯的。那麼在這裡邊就有一個概念，就是什麼叫高壓，什麼叫中壓，一般的來講，在液壓傳動技術裡邊，我們對高壓低壓大緻的有一個約定成俗的認知：高壓是指這個系統裡邊的壓力大概二十幾到三十幾兆帕。1兆帕它的這個壓力到底有多大呢？一帕就是每平方米一牛頓，一兆帕就是十的六次方帕，之前有個單位叫公斤力每平方厘米(kg•f/cm^2)，一個平方厘米有多大，大概是我們大拇指加蓋這麼大，上面作用了1000公斤的力，這大家比較有感性的認知，一個兆帕大概是多少，和這個公斤力每平方厘米大緻是十倍的關系，這個力是相當大的。

第二個，和溫度的關系。這個是比較明顯的一個影響因素，就是黏性對溫度非常的敏感，當油液的溫度升高的時候黏性會下降，這個大家在生活裡邊都會有這種感性的認知，那個炒菜用得植物油，溫度低了之後就會變稠了，是吧？溫度一高，油就變稀了，所以我們說油液的黏性它對溫度非常的敏感。所以在液壓系統裡面，我們要想辦法去控制它的油溫，不能夠過高也不能太低。低的話呢，流動性就很差了，高的話呢，它的黏度變得很小，它就容易洩漏。

2.3 壓縮性

壓縮性，顧名思義，就是當液體它受到壓力變化的時候，或者說作用在液體上的壓力發生變化的時候，那麼這個液體的體積有可能會随之變化，這樣的一個性能叫做液體的壓縮性。那麼，我們如何來度量這個液體壓縮性的大小呢？我們用壓縮系數β：β=-(dV/V)/dp.

它有非常明确的物理含義，它的物理含義是什麼呢？就是當作用在液體上的壓力變化一個單位的時候，這個體積的相對變化量dV/V。這裡面，大家需要注意的一點，公式裡面有一個負号，它告訴我們什麼意思呢？就是壓力的變化和體積的變化是相反的，也就是說，壓力增大的時候，它的體積會縮小，另外呢，這樣就使得這個壓縮系數β出來的數值是一個正數。

在液壓傳動裡邊，經常還有另外一種方式來定義：K=1/β=-dp/(dV/V)。就是用這個β的倒數，把它稱之為體積彈性系數K，或者叫做體積彈性模量。大家在看其它的參考書的時候，可能會發現有這樣一個符号βe，它就叫做體積彈性模量，被我們稱之為叫做體積彈性模量，那麼它跟K是一個意思。

在一般的情況下，液體的可壓縮性是有限的，它不是很大，但是在有些情況下，液體的可壓縮性就變得比較明顯，什麼情況呢，就是當液體裡頭混入空氣之後，或者說液體裡混入了其他氣體，那麼這個時候它的可壓縮性就會變得很明顯。前面說過，流體包含兩種：一種叫液體，一種叫氣體。大家都知道，氣體的可壓縮性是非常明顯，而我們液體，尤其是純的液體，它的可壓縮性，實際上是非常小的。

在液壓傳動裡面，這個壓縮性的事情，我們什麼時候需要來讨論它呢？一般情況下，我們認為液體是不可壓縮的，也就是說，為了方便起見，為了簡化問題，我們認為這個液體裡面是不會有空氣的，這樣的話呢它的可壓縮性就非常小。當系統在高壓的情況下，就是壓力特别高的時候，這個時候可能會對液體的體積産生比較明顯的影響；第二種情況呢，就是當我們需要研究系統的動态性能的時候，所謂動态性能是指什麼呢？實際上它是指，我們的研究對象，它從一種狀态變化到另外一種狀态的中間過渡過程，它是怎麼樣過渡過去的？舉個例子，我們有一個飛輪，它的速度從每分鐘1000轉變到每分鐘2000轉，如果我僅僅考慮它的靜态性能，那就隻關注這兩個速度就可以了，這個低速是每分鐘1000轉，然後高速是每分鐘2000轉；那我如果要關心它的動态性能呢，那就是關心它，如何從1000轉變化到2000轉，這個過渡過程是怎麼樣變化上去的，它是在一秒鐘裡面完成的，還是在0.1秒鐘裡面完成的，那麼在完成的過程中間，它是突然的速度升高，還是緩慢的變化呢，我們隻關注它的過渡過程，這種就叫做動态特性。所以在液壓技術裡邊，當我們需要研究液體動态性能的時候，我們可能會對液體的壓縮性就要考慮。

好，這是學習的第二部分内容。

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