流体传动与控制第2章.ppt

2.4 液体在管道中的流动状态 和压力损失 2.4.1 液体的流态及其判别 液流状态：层流与紊流 层流 － 液体分层流动，各层互不干扰 － 粘性力起主导作用 紊流 － 液体流动杂乱无章 － 惯性力起主导作用 雷诺实验装置 1－溢流管；2－进水管；3－水杯；4－开关； 5－细导管；6－水箱；7－波管；8－阀门 雷诺实验 雷诺实验 层流状态 临界状态 紊流状态 临界状态 雷诺数 Re 雷诺实验结论： 液体在管中的流动状态与液流的平均流速v、液体的运动粘度ν、管道内径d有关。 －雷诺数是无量纲数。 －如果液流雷诺数相同，它的流动状态也相同。 雷诺数的物理意义： － Re是液流的惯性力与粘性力的无因次比。 － Re较小时粘性力起主要作用，Re较大是惯性 力起主要作用。 临界雷诺数Recr －液流由紊流转变为层流时的雷诺数。 流动状态的判别 －当实际Re＜ Recr时，为层流； －当实际Re ＞ Recr时，为紊流。 管道的形状 Recr 管道的形状 Recr 光滑的金属圆管 2000~2320 带环槽的同心环状缝隙 700 橡胶软管 1600~2000 带环槽的偏心环状缝隙 400 光滑的同心环状缝隙 1100 圆柱形滑阀阀口 260 光滑的偏心环状缝隙 1000 锥阀阀口 20~100 2.4.2 液体在管中流动的压力损失 －液体在管中流动时，将产生能量，这种损失可以用压力损失来表示。 压力损失分为两类： 沿程压力损失 －液体在等直径管中流动时因粘性摩擦阻力引起的损失； －沿程压力损失与液流流动状态有关。 局部压力损失 液体流经管道的弯头、接头、阀口等处时产生的损失。 层流时的沿程压力损失计算 受力平衡方程： 对上式积分，边界条件：r＝d / 2时，u＝0 由牛顿内摩擦定律： 得： 层流时的沿程压力损失计算 λ －称为沿程阻力系数。 λ 的理论值为64/Re。 实际中，金属圆管λ＝75/Re，橡胶管λ ＝80/Re。 沿程压力损失 紊流时的沿程阻力系数 λ 除了与雷诺数有关，还与管道的粗糙度有关，一般用经验公式计算。 紊流时的沿程压力损失计算－公式与层流时的相同 局部压力损失计算 ξ称为局部压力损失系数 管路系统总的压力损失 压力损失的危害 Δp大部分转变为热能，造成系统温度 ，泄漏 ，系统工作性能 。 影响Δp 的因素 v ，l ，ξ ，（Δ / d） Δp 2.5 液体流经孔口及缝隙的特性 2.5.1 液体流经孔口的流量－压差特性1．薄壁小孔（L/d ≤ 0.5） 薄壁小孔流量公式 上式表明，通过薄壁小孔的流量与液体粘度无关，因而流量受液体温度影响较小。但流量与孔口前后压差的关系是非线性的。 Cc——截面收缩系数，Cc=Ac/A0； Cd——小孔流量系数 Cd=CcCr 完全收缩时，Cd＝0.61～0.62； 不完全收缩时， Cd≈0.7～0.8。 2．细长小孔（L/d ＞4） 是细长小孔的通流截面积。 液体流经细长小孔的流量将随液体温度的变化而变化。但细长小孔的流量与孔前后的压差关系是线性的。 小孔流量通用公式 将上两式统一写成： 系数，由孔口形状、尺寸和液体性质决定 孔口过流断面面积 小孔两端压力差 指数，由孔的长径比决定 薄壁小孔 ? =0.5 细长小孔 ? =1 小孔的流量特性曲线 零件配合存在间隙 泄漏:当流体流经这些间隙时就会发生从压力高处经过间隙流到系统中压力低处或直接进入大气的现象(前者称为内泄漏，后者称为外泄漏)。 油液在间隙中的流动状态一般是层流。 流动状况： 压差流动－由两端压力差造成的流动。 剪切流动－由缝隙两壁面相对运动造成流动。 2.5.2 液体流经缝隙的流量 1. 液体流经平行平板缝隙的流量 固定平行平板间隙流动流量（压差流动） 在压差作用下，q与h的三次方成正比。说明液压元件内缝隙的大小对泄漏影响很大。 缝隙尺寸： 厚度h，宽度b，长度l 两端压力p1、p2 两平行平板有相对运动时的间隙流动流量(剪切流动) 2. 液流流过同心环状缝隙的流量 3. 液流流经偏心环状缝隙的流量 ε 是相对偏心率，ε ＝e /h0 2.6.1 液压冲击 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。 2.6 液压冲击和空穴现象 液压冲击产生的原因 －液流的惯性 －阀门突然关闭或液压缸快速制动 －某些液压元件动作不灵敏，使系统压力升高引起液压冲击。 危害 －瞬间压力冲击