第三章液压流体力学基础报告.ppt

第三节 管道中液流的特性 由于流动液体具有粘性，以及流动时突然转弯或通过阀口会产生撞击和旋涡，因此液体流动时必然会产生阻力。为了克服阻力，流动液体会损耗一部分能量，这种能量损失可用液体的压力损失来表示。压力损失即是伯努利方程中的hw项。 压力损失由沿程压力损失和局部压力损失两部分组成。液流在管道中流动时的压力损失和液流运动状态有关。 流态、雷诺数 沿程压力损失 局部压力损失 总压力损失 例题：阀芯打开时受力分析 1.液体受力 Fx=ρq(β2v2cos90°－β1v1cosθ) 取β1=1 ， 则： Fx=－ρqβ1v1cosθ 2.阀芯受力 Fx=－ Fx=ρqβ1v1cosθ 指向使阀芯关闭的方向 通过实验发现液体在管道中流动时存在两种流动状态： 层流——粘性力起主导作用 紊流——惯性力起主导作用 液体的流动状态用雷诺数来判断。 如果液流的雷诺数相同，它的流动状态也相同。 一般以液体由紊流转变为层流的雷诺数作为判断液体流态的依据，称为临界雷诺数，记为Rec。 当Re＜Rec，为层流；当Re＞Rec，为湍流。 常见液流管道的临界雷诺数见书中表格３-１。 流态，雷诺数 雷诺实验装置 物理意义：液流的惯性力对粘性力的量纲为1的比值 Re 无量纲 非圆管截面 液体在圆管中流动状态与平均流速v、管道内径d、液体的运动粘度ν有关。 二、圆管层流 液体等速流动时，小圆柱体受力平衡，有 内摩擦力 代入上式,得 (3-32) 结论：管内流速随半径按抛物线规律分布，最大流速发生在轴线上，最小流速在管壁上，为零。 . 2.管道内液体的平均流速 结论：式（3-33）是泊肃叶公式，流量与管径的四次方成正比，压差与管径的四次方成反比。 式（3-35）可知，平均流速为最大流速的一半。 （3-33） （3-35） 三、圆管湍流 湍流的时均流速： 光滑圆管流速分布 （一）沿程压力损失 液体在等直径管中流动时因摩擦而产生的损失，称为沿程压力损失。因液体的流动状态不同沿程压力损失的计算有所区别。 四、压力损失 （3-38） 沿程压力损失系数λ 对于层流 理论值λ=64/Re 金属管λ=75/Re 橡胶管λ=80/Re 对于湍流 光滑管λ=0.3164Re－0.25 粗糙管Re和Δ/d从手册上查取 液体流经管道的弯头、接头、阀口等处时，液体流速的大小和方向发生变化，会产生漩涡并发生紊动现象，由此造成的压力损失称为局部压力损失。 Δpξ= ξρv 2 / 2 (3-39) ξ为局部阻力系数，具体数值可查有关手册。 液流流过各种阀的局部压力损失可由阀在额定压力下的压力损失Δpr来换算： （二）局部压力损失 例3-6 对图中1-1和2-2截面，列出伯努利方程 另将截面1-1 和2-2间的液体取为控制体，根据动量方程： （3-40） 对于湍流，式3-40变成 （3-41） （三）波纹管中的压力损失 由式3-41可知，每节波纹管的局部阻力系数为： 实验表明，K=0.219S 因此波纹数为n的波纹直管的局部压力损失为： （3-43） （四）总压力损失 整个液压系统的总压力损失应为所有沿程压力损失和所有的局部压力损失之和（通过所有阀、直管、弯管所产生的压力损失之和） + + 第四节 孔口和缝隙液流 一、液体流过小孔的流量 小孔：薄壁孔(l/d≤0.5); 细长孔 (l/d4）； 短孔（0.5l/d≤4) 1、薄壁孔 (l/d≤0.5) 水平放置h1=h2;管径变化大v1vc; 湍流α2=1 则： 在液压传动中常利用小孔或缝隙来对液体的压力、流量进行控制。液压元件的泄漏也属于缝隙流动。 流量系数Cd Cv称为速度系数 ；Cc称为截面收缩系数。流量系数Cd的大小一般由实验确定，在液流完全收缩(d1/d≥7)的情况下，可以认为是不变的常数，计算时按Cd=0.60~0.61 选取；不完全收缩(d1/d7)，Cd=0.7~0.8。 薄壁小孔因沿程阻力损失小，q 对油温变化不敏感，因此多被用作调节流量的节流器（流量不恒定）. 2、细长孔 (l/d4） 液流经过细长孔的流量和孔前后压差成正比，和液体粘度成反比，流量受液体温度影响较大 (3-33) 4、小孔流量通用公式