第二章液压油与流体力学基础(4)

2018年6月24日流体力学与液压传动2.4管道内压力损失的计算2.5孔口间隙的流量-压力特性2.6液压冲击和气穴现象2.4管道内压力损失的计算实际液体具有粘性，为了克服粘性摩擦阻力，液体流动时要消耗一部分能量。由于管道中流量不变，因此，能量损耗 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 现为压力损失，损耗的能量转变为热量，使液压系统温度升高。两种压力损失①沿程压力损失液体在等径直管中流动时，由于粘性摩擦而产生的压力损失。②局部压力损失管道的截面突然变化、液流方向突然改变而引起的压力损失。压力损失产生的内因是液体的粘性，外因是管道结构。第2章液压流体力学基础2.4.1液体的流动状态⒈层流和紊流（1）层流液体质点互不干扰，其流动呈线性或层状，且平行于管道轴线的流动状态。2.4管道内压力损失的计算（2）紊流液体质点的运动杂乱无章，除了平行于管道轴线的运动外，还存在着抖动和剧烈的横向运动。2.4管道内压力损失的计算一般液压系统采用矿物油，其粘度较大，管中流速不大，液体流动状态多属层流。当液流流经阀口或弯头时才形成紊流。⒉雷诺数一种可判断液体流动状态的无量纲组合数雷诺数Re反映了液体流动时，所受到的惯性力与粘性力之比。临界雷诺数Recr——液体由紊流转变为层流时的雷诺数。当实际Re<Recr时液体为层流；当Re>Recr时液体为紊流。Recr的取值可见教材“液流管道的临界雷诺数表”。流动状态的判断方法2.4管道内压力损失的计算3.圆管层流根据力的平衡有则（1）速度及其分布规律如图，油液在半径为R的等径水平圆管中作恒定层流流动，在管内取出一段半径为r，长度为l，与管轴相重合的微小圆柱体。作用在两端面上的压力为p1和p2，作用在侧面上的摩擦力为Ff。2.4管道内压力损失的计算将上式积分得常数C由边界条件确定，当r=R时，u=0，得速度分布表达式为结论：管内流速u沿半径方向呈抛物线规律分布。管内最大流速在轴线上，即r=0处，其值为2.4管道内压力损失的计算（2）流量与压力差积分得结论：液体在圆管中作层流流动时，其流量q与d4成正比，压差Δp与d4成反比。故d对q或Δp的影响很大。如图，在半径r处取一层厚度为dr的微小圆环面积，通过此环形面积的流量为2.4管道内压力损失的计算根据实际速度动能与平均速度动能之比求得α为（3）平均速度v和动能修正系数α由前面的求解得出圆管层流的平均流速为即圆管通流截面上的平均流速为最大流速的一半。2.4管道内压力损失的计算⒋圆管紊流液体作紊流流动时，任一处液体质点速度的大小和方向都随时间变化，其本质是非恒定流动。通过理论 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 得出最大流速为得出动能修正系数α≈1.05，近似取α=1。2.4管道内压力损失的计算2.4管道内压力损失的计算2.4.2沿程压力损失⒈层流状态的沿程压力损失2.4管道内压力损失的计算式中λ——沿程阻力系数，理论值λ=64/Re。实际流动存在温度变化、管道变形，实际应用中光滑金属管取λ=75/Re，橡胶管取λ=80/Re。结论①层流状态时，液体流经直管的压力损失Δp与粘度、管长、流速成正比，与管径平方成反比。②液体在管道中流动的能量损失表现为液体的压力损失，压力差值用来克服流动中的摩擦阻力。⒉紊流状态的沿程压力损失这时阻力系数λ不仅与Re有关，当Re较大时，还与管壁的相对粗糙度Δ/d，即λ=f（Re,Δ/d）。圆管的沿程阻力系数λ计算式和粗糙度Δ值见教材。液体在直管中作紊流流动时，能量损失比层流大，沿程能量损失或压力损失的计算式与层流的形式相同，即2.4管道内压力损失的计算ρ—液体的密度；v—液流的平均流速，一般指局部阻力下游处的流速；ζ—局部阻力系数，具体数值可查阅液压工程手册。2.4.3局部压力损失当液体流经阀口、弯管、突然变化的通流截面等处时，由于流速或方向急剧变化，而造成的局部压力损失。局部压力损失与液流的动能直接相关，计算式为采用比能形式为2.4管道内压力损失的计算1.通流截面突然扩大处的局部损失如图示，假设理想流体作恒定流动，紊流状态，动能修正系数α=1，列截面1-1和2-2的伯努利方程式中hζ——单位重量液体的局部压力损失（因路程短，不计沿程损失）。2.4管道内压力损失的计算经推导得出流通截面突然扩大处的局部损失为ζk——突然扩大时的局部损失系数，仅与截面A1与A2有关v1——流通截面1-1处的平均流速。小结2.4管道内压力损失的计算2.4.4管路中的总压力损失液压系统管路的总能量损失等于所有直管中沿程损失和与局部能量损失的总和1.表达式注意上式仅在两相邻局部损失间的距离大于管道内径10倍以上才是正确的。否则导致算出的压力损失比实际值小。通常液压系统的管路不长，所以hλ损失较小；但液压控制阀的hζ较大，故管路的总hw一般以hζ为主。2.4管道内压力损失的计算2. 总结 初级经济法重点总结下载党员个人总结TXt高中句型全总结.doc高中句型全总结.doc理论力学知识点总结pdf ①因hλ和hζ均与v的平方成正比，故管道中液体的流速v不宜过高，设计时应合理选择，并适当增大管径。②管道内壁应光滑，尽量避免管道内径d的突然变化，少用弯头。③合理选择油液的粘度μ。2.4管道内压力损失的计算例2-8某液压泵从油箱吸油，其吸油金属管直径d=60mm，流量q=150L/min，油液的运动粘度ν=30×10-6m2/s，ρ=900kg/m3，弯头处的局部损失系数ζ1=0.2，吸油口粗滤油网上的压力损失Δp=0.178×105Pa， 要求 对教师党员的评价套管和固井爆破片与爆破装置仓库管理基本要求三甲医院都需要复审吗 泵吸油口处的真空度不大于0.4×105Pa，试求管路中的流速；管路中油液的流动状态；泵的安装高度。解：（1）吸油管油液的流速流动液体及管道液体压力损失综合习题（2）判断吸油管油液的流动状态（3）求液压泵安装高度取油箱油液表面为1-1截面，也为零势能基准面；泵吸油口处为2-2截面。列伯努利方程流动液体及管道液体压力损失综合习题式中p1=pa，v1≈0，z1=0，z2=h，α1=α2=2，v2=v。则有其中流动液体及管道液体压力损失综合习题2.5孔口和间隙的流量—压力特性液体流经孔口或间隙的现象普遍存在于液压元件中。节流——液体在通流截面有突然收缩处的流动称为节流。如：利用液压阀口截面突然收缩形成节流，控制液流的压力、流量或形成阻力，调节执行件的运动速度。液体在液压元件的配合间隙中流动，造成泄漏而影响效率。2.5.1孔口的流量—压力特性孔口形式与液压控制阀的功能密切关联。阀口一般分为三种：薄壁孔、厚壁孔、细长孔。第2章液压流体力学基础2.5孔口和间隙的流量-压力特性⒈薄壁孔薄壁孔的孔口边缘一般呈刃口形式，液流流经此孔时多为紊流，主要形成局部损失。（1）结构和流动状态（2）流量公式设薄壁孔直径为d0，在小孔前约d0/2处，液体质点加速从四周流向小孔。因流线不能转折，故贴近管壁的液体逐渐向中心收缩，使液体在出口后约d0/2处形成最小收缩断面，随后再扩大。这一收缩和扩大将产生局部能量损失。∑hζ为液体流过小孔时的总局部损失，包括通流截面突然缩小时的局部损失和突然扩大时的局部损失。2.5孔口与间隙的流量-压力特性设最小收缩断面面积为Ae，小孔面积为A0，则截面收缩系数为Ce=Ae/A0。影响Ce的因素有雷诺数Re、孔口及边缘形式、管道直径d与孔口直径d0之比。选择管道轴线为参考基准，列截面1-1、2-2伯努利方程：其中z1=z2=0，v1=v2，α1=α2=1，故2.5孔口与间隙的流量-压力特性（3）薄壁孔的特点及应用①流量系数Cd值由实验确定，一般随Re的变化而变化，见薄壁孔关系图。②流经薄壁小孔的流量q与小孔前后压差Δp的平方根成正比。③薄壁孔的过流长度很短，摩擦阻力作用很小。小孔不易堵塞，常用于液压节流装置的节流孔。2.5孔口与间隙的流量-压力特性液体流经薄壁孔的流量为2.5孔口和间隙的流量-压力特性⒉厚壁孔（2）特点和应用液体流经厚壁孔口处有沿程损失，故比薄壁孔口处的能量损失大；但厚壁孔比薄壁孔更容易加工，适用于固定节流孔。（1）流量公式2.5孔口和间隙的流量-压力特性3．细长孔（1）流量公式由于液体的粘性作用，液流流过细长孔时多呈层流，因此流量可按圆管层流公式计算，即（2）特点及应用①油液流经细长小孔的流量q与小孔前后压差Δp成正比，与油液粘度μ成反比，因此流量受粘性影响大，受温度影响也大。②细长小孔较易堵塞。　　③细长小孔常用做液压装置中的阻力孔。2.5孔口和间隙的流量-压力特性⒋滑阀阀口的流量—压力特性阀开口量（开度）阀芯相对阀体移动时，阀芯台肩控制边与阀体沉割槽槽口边的距离xv。当滑阀阀口的开口量xv较小时，液体在滑阀阀口的流动特性与薄壁孔相近，只是通流截面积A0有所不同。（1）流量—压力特性公式③对于调速阀当控制阀口前后压力差恒定不变时，改变阀口开口量xv，可调节流量q的大小并恒定流量不变。2.5孔口和间隙的流量-压力特性（2）流量—压力特性公式分析滑阀阀口的流量—压力特性公式，是理解液压控制阀工作原理的理论基础。①对于减压阀当通过阀口的流量q不变时，可以通过改变阀口开口量来控制液流的压力。②对于溢流阀当阀口开口量xv能随通过阀口的流量q变化时，可以设法控制液流的压力基本恒定不变。2.5孔口和间隙的流量-压力特性2.5.2液体流经间隙的流量液压传动常见间隙形式：①由两个平面形成的平面间隙，如柱塞泵的缸体与配流盘。②由内、外圆柱表面形成的环状间隙，如柱塞泵的柱塞和柱塞孔。液流经过这些细小间隙时，所受到的摩擦阻力很大，能通过的流量很小，实际上是泄漏问题。液压元件的间隙作用：①保持正常的相对运动；②起到间隙密封作用；③增加润滑，减轻摩擦和表面磨损。结论：间隙h愈小，泄漏功率损失愈小。但h减小会使液压元件的摩擦功率损失增大，因此，间隙h的最佳取值是能使功率损失之和达到最小。2.5孔口和间隙的流量-压力特性⒈平行平板间隙得出：通过平板间隙的q与h3成正比，即元件间隙的大小对其泄漏量影响很大。泄漏所造成的功率损失为间隙中的液流状态为层流。2.6液压冲击和气穴现象液压冲击和气穴现象影响液压系统的工作性能和液压元件的使用寿命。这节主要了解它们的物理本质，产生原因及其危害。2.6.1液压冲击1．概念、产生原因和影响（1）概念在液压系统工作过程中，由于某种原因导致系统或系统中某处局部压力瞬时急剧上升，形成压力峰值的现象称之液压冲击。第2章液压流体力学基础（3）造成的影响瞬时峰值压力大于正常工作压力的几倍，会损坏密封装置、管道和液压元件；产生很大的噪音和振动，甚至使某些压力控制元件产生误动作。2.6液压冲击和气穴现象①当液流通道突然关闭或液流迅速换向时，如阀门突然关闭。液流速度或方向会发生突然的变化，由于液体的惯性将其动能转变为压力能，迅速形成压力波导致液压冲击。②运动部件突然停止或换向，如机床工作台换向。由于运动部件的惯性，使液压缸和管道内的压力发生急剧变化而形成压力波，产生液压冲击。（2）产生的原因（流动的液体具有惯性）②液压冲击是多种能量瞬时相互转化而产生的一种振动，其根本原因在于液体的可压缩性和管道的弹性变形。2.6液压冲击和气穴现象2.液压冲击的物理本质①液压冲击的实质是液流的动能瞬时被转变为压力能，压力能又瞬时被转变为动能而产生的液体的振动现象。2.6液压冲击和气穴现象3.减小液压冲击的措施从影响冲击压力Δp的因素考虑：（1）适当加大管径，限制管道流速v，一般取v<4.5m/s，Δprmax<5MPa。（2）延长阀门关闭和运动部件制动换向的时间，采用时间可调的换向阀。（3）尽可能缩短管长，减小压力冲击波的传播时间，变直接冲击为间接冲击。（4）在易发生液压冲击处采用橡胶软管或设置蓄能器，吸收冲击压力；设置安全阀，限制压力升高。2.6液压冲击和气穴现象2.6.2气穴现象何谓气穴现象液压系统中，当流动液体某处的压力低于空气分离压时，原先溶解在液体中的空气游离出来，使液体中产生大量气泡，称为气穴现象。空气分离压和饱和蒸气压液体中总是含有一定量的空气。空气可溶解在液压油中，也可以气泡的形式混合在液压油中。空气的溶解度和液压油的绝对压力成正比。1.基本概念结论液体中的气泡，会导致其体积弹性模量明显减小。要使液压油不产生大量气泡，其压力最低不得低于液压油所在温度下的空气分离压。2.6液压冲击和气穴现象在一定温度下，当液体压力低于某值时，溶解在油液中的空气突然地迅速从油中分离出来，产生大量的气泡，这时的压力称为液体在该温度下的空气分离压。①空气分离压②饱和蒸气压当液体在某一温度下的压力继续下降，低于一定数值时，油液将迅速汽化，产生大量蒸气气泡。这时的压力称为液体在该温度下的饱和蒸气压。2.6液压冲击和气穴现象2.产生气穴现象的机理（1）过流断面狭窄处（节流口处）由伯努利方程可知：流量一定时，过流断面越小，其流速越高，该处液压力越低，则越易导致气穴现象。如控制阀的孔口。（2）液压泵的吸油管口处当液压泵吸油管道较细、吸油管道阻力较大、滤油网堵塞、吸油面过低或泵转速过高时，液压泵吸油腔不能完全被油液充满，产生真空而导致气穴现象。2.6液压冲击和气穴现象①轻微气穴现象以混入油液中的微细气泡为核心，其体积膨胀并相互聚合而形一定体积的气泡。②严重气穴现象压力继续下降，低于液体工作温度下的空气分离压，除混入油液中的气泡膨胀聚合外，溶解于油液中的空气将突然从油液中分离而产生大量气泡。③强烈气穴现象压力降低到液体工作温度下的饱和蒸气压以下，除溶解于油液中的空气析出形成气泡外，油液自身将汽化沸腾产生大量气泡。气穴现象的类型2.6液压冲击和气穴现象（1）液体中的气泡随液流到高压区时，因承受不住高压作用而造成瞬间破灭，引起局部液压冲击、温度升高，使液压装置产生噪声和振动。3.气穴现象的危害（2）因从液体分离出来的空气中，所含的氧气具有较强的酸化作用，使零件表面易受腐蚀（气蚀），降低液压元件的工作寿命。2.6液压冲击和气穴现象4．预防措施重点是避免液压系统中的压力过分降低。第二章液压油与液压流体力学基础课外练习2-11，2-12简答题1.液压油的粘性及其物理意义是什么？2.液体的流动状态有哪两种？其物理本质是什么？3.管道中压力损失的形式有哪两种？它们产生的原因是什么？第二章结束液压流体力学基础