流量特性专项复习题.ppt

流量特性专项复习题•通通过实验发现液体在管道中流液体在管道中流动时存在两种流存在两种流动状状态–层流流——粘性力起主粘性力起主导作用作用–紊流紊流——惯性力起主性力起主导作用作用–液体的流液体的流动状状态用雷用雷诺数来判断数来判断•——Re = v d / υ ，，–v 为管内的平均流速管内的平均流速–d 为管道内径管道内径–υ为液体的运液体的运动粘度粘度–雷雷诺数数为无量无量纲数 如果液流的雷如果液流的雷诺数相同，它的流数相同，它的流动状状态亦相同•一般以液体由紊流一般以液体由紊流转变为层流的雷流的雷诺数作数作为判断液体判断液体流流态的依据，称的依据，称为临界雷界雷诺数，数，记为Recr 当当Re＜＜Recr，，为层流；当流；当Re＞＞Recr，，为紊流•常常见液流管道的液流管道的临界雷界雷诺数数见书中表格沿程沿程压力力损失失 液体在等直径管中流液体在等直径管中流动时因摩擦而因摩擦而产生的生的损失，称失，称为沿程沿程压力力损失。

因液体的流失因液体的流动状状态不同沿程不同沿程压力力损失的失的计算有所区算有所区别•层流流时的沿程的沿程压力力损失失 ：：–通流截面上的流速在半径方向按抛物通流截面上的流速在半径方向按抛物线规律分布律分布 –通通过管道的流量管道的流量 q =（（πd 4/128μl ））Δp–管道内的平均流速管道内的平均流速 v = (d 2/32μl )Δp –沿程沿程压力力损失失 Δpλ =（（64/Re)( l /d ) ρv 2 /2 =λ（（l /d ））ρv 2 /2 λ为沿程阻力系数，沿程阻力系数，实际计算算时对金属管取金属管取λ= 75 / Re•紊流紊流时的沿程的沿程压力力损失失 ：： – Δpλ =λ（（l /d））ρv 2 /2–λ除了与雷除了与雷诺数有关外，数有关外，还与管道的粗糙度有关与管道的粗糙度有关 λ= f（（Re，，Δ/ d ），），Δ为管壁的管壁的绝对粗糙度，粗糙度，Δ/d 为相相对粗糙粗糙度局部局部压力力损失失•液体流液体流经管道的弯管道的弯头、接、接头、、阀口等口等处时，液体流，液体流速的大小和方向速的大小和方向发生生变化，会化，会产生漩生漩涡并并发生紊生紊动现象，由此造成的象，由此造成的压力力损失称失称为局部局部压力力损失。

失–Δpξ= ξρv 2 / 2ξ为局部阻力系数，具体数局部阻力系数，具体数值可可查有关手册有关手册•液流流液流流过各种各种阀的局部的局部压力力损失可由失可由阀在在额定定压力力下的下的压力力损失失Δps来来换算：算：–Δpξ= Δps（（q / qs ））2•整个液整个液压系系统的的总压力力损失失应为所有沿程所有沿程压力力损失失和所有的局部和所有的局部压力力损失之和–∑Δp = ∑Δpλ + ∑Δpξ孔口流孔口流动•在液在液压元件特元件特别是液是液压控制控制阀中，中，对液流液流压力、流量及力、流量及方向的控制通常是通方向的控制通常是通过特定的孔口来特定的孔口来实现的，它的，它们对液液流形成阻力，使其流形成阻力，使其产生生压力降，其作用力降，其作用类似似电阻，称其阻，称其为液阻孔口流孔口流动”主要介主要介绍孔口的流量公式及液阻孔口的流量公式及液阻特性•薄壁小孔薄壁小孔 当当长径比径比 l / d ≤ 0.5 时称称为薄壁小孔，薄壁小孔，一般孔口一般孔口边缘都做成刃口形式都做成刃口形式§ 当液流当液流经过管道由小孔流出管道由小孔流出时，由于液体，由于液体惯性作用，使通性作用，使通过小孔后的液流形成一个收小孔后的液流形成一个收缩断面，然后再断面，然后再扩散，散，这一收一收缩和和扩散散过程程产生很大的能量生很大的能量损失。

失 对孔前、孔后通道断面孔前、孔后通道断面1－－1、、2－－2列伯努利方程，其中的列伯努利方程，其中的压力力损失包括突然收失包括突然收缩和突然和突然扩大大两两项损失§ 薄壁小孔液流薄壁小孔液流 • 经整理得到流整理得到流经薄壁小孔流量薄壁小孔流量 q = CdAo（（2Δp /ρ））1/2– A0—小孔截面小孔截面积；；–Cd—流量系数，流量系数，Cd=CvCc Cv称称为速度系数速度系数 ；；Cc称称为截面收截面收缩系数流量系系数流量系数数Cd的大小一般由的大小一般由实验确定，在液流完全收确定，在液流完全收缩的的情况下，当情况下，当Re>10 5时，可以，可以认为是不是不变的常数，的常数，计算算时按按Cd=0.60~0.61 选取取§ 薄壁小孔因沿程阻力薄壁小孔因沿程阻力损失小，失小，q 对油温油温变化不敏感，化不敏感，因此多被用作因此多被用作调节流量的流量的节流器•滑滑阀阀口口–滑滑阀阀口可口可视为薄壁小孔，流薄壁小孔，流经阀口的流量口的流量为 q＝＝CdπDxv(2Δp/ρ)1/2•式中式中 Cd－流量系数，根据雷－流量系数，根据雷诺数数查图1－－20 D－滑－滑阀阀芯台肩直径芯台肩直径 xv－－阀口开度，口开度， xv＝＝2～～4mmn 锥阀阀口口n 锥阀阀口与薄壁小孔口与薄壁小孔类似，流似，流经阀口的流量口的流量为 q＝＝Cdπdmxvsinα(2Δp/ρ)1/2n 式中式中Cd－流量系数，根据雷－流量系数，根据雷诺数数查图1－－22 dm－－阀座孔直径座孔直径 xv－－阀芯抬起高度芯抬起高度 α－－阀芯半芯半锥角角•短孔和短孔和细长孔孔–当当长径比径比 0.5＜＜ l / d ≤ 4 时，称，称为短孔。

短孔•流流经短孔的流量短孔的流量 q = CdA0(2Δp/ρ)1/2•Cd 应按曲按曲线查得，雷得，雷诺数数较大大时，，Cd基本基本稳定在定在0.8 左右短管左右短管常用作固定常用作固定节流器–当当长径比径比 l / d ＞＞4 时，称，称为细长孔•流流经细长孔的流量孔的流量 q =（（πd 4 / 128μl ））Δp 液流液流经过细长孔的流量和孔前后孔的流量和孔前后压差成正比，和液体粘度成反比差成正比，和液体粘度成反比•流量受液体温度影响流量受液体温度影响较大•液阻液阻–定定义孔口前后孔口前后压力降与力降与稳态流量的比流量的比值为液阻，即在液阻，即在稳态下，下，它与流量它与流量变化所需要的化所需要的压差差变化成正比化成正比R=d(Δp)/dq=Δp1-m/KLAm–液阻的特性：液阻的特性：•R与通流面与通流面积A成反比，成反比，A=0，，R为无限大；无限大；A足足够大大时，，R＝＝0•Δp一一定，定，调节A，可以改，可以改变R，从而，从而调节流流经孔口的流量孔口的流量•A一定，改一定，改变q，， Δp 随之改随之改变，，这种液阻的阻力特性用于种液阻的阻力特性用于压力控力控制制阀的内部控制。

的内部控制•多个孔口串多个孔口串联或并或并联，，总液阻液阻类似似电阻的阻的计算缝隙流隙流动§通通过平板平板缝隙的流量隙的流量 q = b h 3Δp / 12μl ± u ob h / 2§在在压差作用下，流量差作用下，流量q 与与 缝隙隙值h 的三次方成正比，的三次方成正比，这说明液明液压元件内元件内缝隙的大小隙的大小对泄漏量的影响非常大泄漏量的影响非常大§ 平板平板缝隙隙 两平行平板两平行平板缝隙隙间充充满液体液体时，，压差作用会使液体差作用会使液体产生生流流动（（压差流差流动）；两平板）；两平板相相对运运动也会使液体也会使液体产生流生流动（剪切流（剪切流动））环形形缝隙隙•通通过同心同心圆柱柱环形形缝隙的流量公式：隙的流量公式： q = （（πd h 3 / 12μl ））Δp ± πd h uo / 2 当当圆柱体移柱体移动方向和方向和压差方向相同差方向相同时取正号，取正号，方向相反方向相反时取取负号。

号§ 相相对运运动的的圆柱柱体体与与孔孔之之间的的间隙隙为圆柱柱环形形间隙隙根根据据两两者者是是否否同同心心又又分分为同同心心圆柱柱环形形间隙隙和和偏偏心心环形形间隙隙通通过其其间的的流流量量也也包包括括压差差流流动流流量量和和剪剪切切流流动流流量量设圆柱柱体体直直径径为d，，缝隙隙值为h，，缝隙隙长度度为 l  §设内外内外圆的偏心量的偏心量为 e，流，流经偏心偏心圆柱柱环形形缝隙隙的流量公式：的流量公式： q = （（πd ho3 / 12μl ））Δp（（1 + 1.5 ε2））式中式中 ho为内外内外圆同心同心时半径方向的半径方向的缝隙隙值 ε为相相对偏心率，偏心率，ε＝＝ e / ho§ 当偏心量当偏心量e=ho，， 即即ε＝＝1 时（最大偏心状（最大偏心状态）），其通，其通过的流量是同心的流量是同心环形形间隙流量的隙流量的2.5 倍 因此在液因此在液压元件中元件中应尽量尽量使配合零件同心使配合零件同心圆锥环形形缝隙的流量隙的流量 及液及液压卡卡紧现象象•当柱塞或柱塞孔，当柱塞或柱塞孔，阀芯或芯或阀体孔体孔带有一定有一定锥度度时，，两相两相对运运动零件之零件之间的的间隙隙为圆锥环形形间隙，隙，间隙隙大小沿大小沿轴线方向方向变化。

化•阀芯大端芯大端为高高压，液流由，液流由大端流向小端，称大端流向小端，称为倒倒锥，，阀芯小端芯小端为高高压，液流由，液流由小端流向大端，称小端流向大端，称为顺锥n 阀芯存在芯存在锥度不度不仅影响流影响流经间隙的流量，而且影响隙的流量，而且影响缝隙中的隙中的压力分布n 如果如果阀芯在芯在阀体孔内出体孔内出现偏心，作用在偏心，作用在阀芯一芯一侧的的压力将大力将大于另一于另一侧的的压力，使力，使阀芯受到一个液芯受到一个液压侧向力的作用向力的作用§液液压卡卡紧现象象§倒倒锥的液的液压侧向力使偏心距加大，当液向力使偏心距加大，当液压侧向力向力足足够大大时，，阀芯将芯将紧贴孔的壁面，孔的壁面，产生所生所谓液液压卡卡紧现象；而象；而顺锥的液的液压侧向力向力则力力图使偏心距使偏心距减小，不会出减小，不会出现液液压卡卡紧现象§为减少液减少液压侧向力，一般在向力，一般在阀芯或柱塞的芯或柱塞的圆柱面柱面开径向均开径向均压槽，使槽内液体槽，使槽内液体压力在力在圆周方向周方向处处相等，槽深和相等，槽深和宽为0.3～～1.0mm液液压冲冲击•液液压冲冲击——因某些原因液体因某些原因液体压力在一瞬力在一瞬间会会突然升高，突然升高，产生很高的生很高的压力峰力峰值 ，，这种种现象象称称为液液压冲冲击。

瞬瞬间压力冲力冲击不不仅引起振引起振动和噪声，而且会和噪声，而且会损坏密封装置、管道、元件，坏密封装置、管道、元件，造成造成设备事故•液液压冲冲击的的类型型 –管道管道阀门突然关突然关闭时的液的液压冲冲击–运运动部件制部件制动时产生的液生的液压冲冲击•减少液减少液压冲冲击的措施：的措施：–延延长阀门关关闭和运和运动部件制部件制动换向的向的时间–限制管道流速及运限制管道流速及运动部件的速度部件的速度–适当增大管径，以减小冲适当增大管径，以减小冲击波的波的传播速度–尽量尽量缩短管道短管道长度，减小度，减小压力波的力波的传播播时间–用橡胶用橡胶软管或管或设置蓄能器吸收冲置蓄能器吸收冲击的能量气穴气穴现象象§ 气穴气穴现象象——液液压系系统中，某点中，某点压力低于液力低于液压油液所在温油液所在温度下的空气分离度下的空气分离压时，原先溶于液体中的空气会分离出来，，原先溶于液体中的空气会分离出来，使液体使液体产生大量的气泡，生大量的气泡，这种种现象称象称为气穴气穴现象当压力力进一步减小低于液体的一步减小低于液体的饱和蒸汽和蒸汽压时，液体将迅速汽化，，液体将迅速汽化，产生大量蒸汽气泡使气穴生大量蒸汽气泡使气穴现象更加象更加严重。

气穴重气穴现象多象多发生生在在阀口和口和泵的吸油口的吸油口§ 气穴气穴现象的危害象的危害 大量气泡使液流的流大量气泡使液流的流动特性特性变坏，造坏，造成流量和成流量和压力不力不稳定；气泡定；气泡进入高入高压区，高区，高压会使气泡迅会使气泡迅速崩速崩溃，使局部，使局部产生非常高的温度和冲生非常高的温度和冲击压力，引起振力，引起振动和噪声；当附着在金属表面的气泡破和噪声；当附着在金属表面的气泡破灭时，局部，局部产生的高生的高温和高温和高压会使金属表面疲会使金属表面疲劳，，时间一一长会造成金属表面的会造成金属表面的侵侵蚀、剥落，甚至出、剥落，甚至出现海海绵状的小洞穴，状的小洞穴，这种气种气蚀作用会作用会缩短元件的使用寿命，短元件的使用寿命，严重重时会造成故障会造成故障§ 减少气穴减少气穴现象的措施象的措施 1、、 减小减小阀孔前后的孔前后的压力降，一般使力降，一般使压力比力比p1/p2＜＜3.5 2、尽量降低、尽量降低泵的吸油高度，减少吸油管道阻力的吸油高度，减少吸油管道阻力 3、各元件、各元件联接接处要密封可靠，防止空气要密封可靠，防止空气进入 4、增、增强容易容易产生气生气蚀的元件的机械的元件的机械强度。

度•7.根据液流连续性原理，同一管道中各个截面的平均流速与过流断面面积成反比，管子细的地方流速（ ），管子粗的地方流速（ ） •8.液压传动是以（ ）为工作介质，依靠液体的（ ）来实现运动和动力传递的一种传动方式•9.液压系统的压力大小取决于（ ）的大小，执行元件的运动速度取决于（ ）的大小 •1.液体传动有哪两种形式？它们的主要区别是什么？•2.液压传动系统由哪几部分组成？各组成部分的作用是什么？•3.液压油的选用应考虑几个方面？•4 .解释下述概念：理想流体、定常流动、通流截面、流量、平均流速、层流、紊流和雷•诺数•5. 说明伯努利方程的物理意义并指出理想液体伯努利方程和实际液体伯努利方程有什么区别？。