第2章液压流体力学-new.ppt

* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 2.4 流动液体的流量—压力特性 讨论液体在管道、孔口、缝隙中流动时，流量与压力之间的关系。 引言 ⑴ 液压功率计算式 ⑵ 两种功率损失形式 由压力损失引起的能量损失，称压力损失 由流量损失引起的能量损失 ，称流量（容积）损失。 ⑶ 产生能量损失的原因 ——粘性→内摩擦力→流动阻力——沿程压力损失； ——流速、方向突然改变，能量转换中的损失——局部压力损失。 ——缝隙泄漏、溢流、可压缩性等。 ⑷ 讨论什么？ 能量损失的规律？q—p关系？计算问题？如何减少损失？ 能量损失的利用，即q—p特性的应用。 压力损失 流量损失 * 压力损失：沿程压力损失 压力损失规律与流态有关，也与管道的形状有关。一般分为沿程压力损失和局部压力损失 ⒈层流下的沿程压力损失 ⑴ 流动时的运动微分方程 取研究对象：半径r、长度l的微元圆柱体 受力分析 代入内摩擦定律 （负号的含义，τ与轴正方向相反） 得运动微分方程为 * 二 压力损失：沿程压力损失 ⑵ 速度分布规律 对运动微分方程积分 当r=R时，u=0， → 二次抛物面方程 速度分布规律 管壁处r=R，u=0； 管轴上，r=0，有最大速度 * 二 压力损失：沿程压力损失 ⑶ 切应力分布规律 将运动微分方程du代入内摩擦定律 （线性分布） 管轴上，r=0，τ=0；管壁处r=R，有最大切应力 * 二 压力损失：沿程压力损失 ⑷ 流量—压力特性（流量公式） 在半径r处，有微小环形通流面积： 给出了流量与压力损失之间的线性关系。 已知通流截面上流速的分布规律，因此可以通过积分方法求得流量。 * 二 压力损失：沿程压力损失 (5) 压力损失计算 （用流量计算） （用平均流速计算） （用沿程阻力系数计算式） 沿程阻力系数 理论值 金属管 橡胶管 用比能的形式 * 压力损失：沿程压力损失 一般用经验公式计算λ ⒉紊流下的沿程压力损失 液体在直管中作紊流流动时，其沿程压力损失的计算公式与层流时相同 Re 进一步增大，进入阻力平方区 * 流动区域 雷诺数范围 λ计算公式 层流 Re2320 油)（水） 紊 流 水力光滑管 3000 Re 105 105≤Re≤108 水力粗糙管 阻力平方区 圆管的沿程阻力系数λ的计算公式 * 三 压力损失：局部压力损失 流速或方向发生突然变化的流动。由于紊动、旋涡等产生的压力损失。 比能形式 （以动能的形式损失能量） 局部阻力系数只有少数可以从理论上推导出来，大部分采用实验数据。 对于阀和过滤器等液压元件的局部压力损失，一般不采用上式进行计算，因为液流情况比较复杂，难以计算。它们的压力损失数值可从产品样本中直接查到。 但是产品样本提供的是元件在额定流量qn下的压力损失Δpn。当实际通过的流量q不等于额定流量qn时，可依据局部压力损失Δp与速度v2成正比的关系，来计算元件的实际压力损失Δpv 局部压力损失与液流的动能直接相关，一般它可以表达成如下的计算式 * 那么，如何减少压力损失？有那些方法？ 以压力损失形式表示的能量损失，转换为热能，影响油液的粘性。 问题 管路系统的总压力损失 液压系统的管路一般由若干段管道和一些阀、过滤器、管接头、弯头等组成，因此管路总的压力损失就等于所有直管中的沿程压力损失和所有这些元件的局部压力损失之总和. * 例: 某液压泵装在油箱油面以下，液压泵的流量q=25L/min，所用液压油的运动粘度为20mm2/s，油液密度为900kg/m3，吸油管为光滑圆管，管道直径为20mm，过滤器的压力损失为0.2×105Pa，试求油泵入口处的绝对压力。 解： 取泵吸油管的管轴为基准面，列出油箱液面１－１和泵吸油腔端面２－２的伯努利方程为： 其中两端面上的参数为： 流速为： 因油箱截面面积较大，所以：v1v2，因此可设v1＝０。 由端面１－１到２－２的总能量损失： * 为确定动能修正系数和沿程损失，需先判定流态。 由雷诺公式得 由此可知 ＝２，则沿程损失为 得油泵入口处的绝对压力为 层流 * 节流孔口的流量—压力特性 事物总是一分为二的。一方面我们希望减少压力损失，提高功率使用率，但是，另一方面，根据流动液体的流量—压力特性关系，可以用压力差来控制流量，或用流量来控制压力，即实现流量或压力控制。有一点应该指出，用于控制的是很小的能量信号，损失是可以接受的。 在液流通道上，通流截面有突然收缩处的流动，称为节流，它产生很大的局部压力损失。显然，能引起节流的装置称为节流装置。 节流的概念 节流的作用