管道流动、孔口流动与缝隙流动

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1、管道流动孔口流动缝隙流动管道流动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流态，雷诺数雷诺实验装置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。雷诺数——Re=vd/υ，v为管内

2、的平均流速d为管道内径υ为液体的运动粘度雷诺数为无量纲数。如果液流的雷诺数相同，它的流动状态亦相同。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Recr。当Re＜Recr，为层流；当Re＞Recr，为紊流。常见液流管道的临界雷诺数见书中表格。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。层流时的沿程压力损失：通流截面上的流速在半径方向按抛物线规律分布。通过管道的流量q=（πd4/128μl）Δp管道内的平均流速v=(d2/32μl)Δp沿程压力损

3、失Δpλ=（64/Re)(l/d)ρv2/2=λ（l/d）ρv2/2λ为沿程阻力系数，实际计算时对金属管取λ=75/Re。紊流时的沿程压力损失：Δpλ=λ（l/d）ρv2/2λ除了与雷诺数有关外，还与管道的粗糙度有关。λ=f（Re，Δ/d），Δ为管壁的绝对粗糙度，Δ/d为相对粗糙度。局部压力损失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=ξρv2/2ξ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Δps来换算：Δ

4、pξ=Δps（q/qs）2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。∑Δp=∑Δpλ+∑Δpξ孔口流动在液压元件特别是液压控制阀中，对液流压力、流量及方向的控制通常是通过特定的孔口来实现的，它们对液流形成阻力，使其产生压力降，其作用类似电阻，称其为液阻。“孔口流动”主要介绍孔口的流量公式及液阻特性。薄壁小孔当长径比l/d≤0.5时称为薄壁小孔，一般孔口边缘都做成刃口形式。当液流经过管道由小孔流出时，由于液体惯性作用，使通过小孔后的液流形成一个收缩断面，然后再扩散，这一收缩和扩散过程产生很大的能量损失。对孔前、孔后通道断面1－

5、1、2－2列伯努利方程，其中的压力损失包括突然收缩和突然扩大两项损失。薄壁小孔液流经整理得到流经薄壁小孔流量q=CdAo（2Δp/ρ）1/2A0—小孔截面积；Cd—流量系数，Cd=CvCcCv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，在液流完全收缩的情况下，当Re>105时，可以认为是不变的常数，计算时按Cd=0.60~0.61选取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。滑阀阀口滑阀阀口可视为薄壁小孔，流经阀口的流量为q＝CdπDxv(2Δp/ρ)1/2式中Cd－流量系数，根据雷诺数查图1

6、－20D－滑阀阀芯台肩直径xv－阀口开度，xv＝2～4mm锥阀阀口锥阀阀口与薄壁小孔类似，流经阀口的流量为q＝Cdπdmxvsinα(2Δp/ρ)1/2式中Cd－流量系数，根据雷诺数查图1－22dm－阀座孔直径xv－阀芯抬起高度α－阀芯半锥角短孔和细长孔当长径比0.5＜l/d≤4时，称为短孔。流经短孔的流量q=CdA0(2Δp/ρ)1/2Cd应按曲线查得，雷诺数较大时，Cd基本稳定在0.8左右。短管常用作固定节流器。当长径比l/d＞4时，称为细长孔。流经细长孔的流量q=（πd4/128μl）Δp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。

7、流量受液体温度影响较大。液阻定义孔口前后压力降与稳态流量的比值为液阻，即在稳态下，它与流量变化所需要的压差变化成正比。R=d(Δp)/dq=Δp1-m/KLAm液阻的特性：R与通流面积A成反比，A=0，R为无限大；A足够大时，R＝0。Δp一定，调节A，可以改变R，从而调节流经孔口的流量。A一定，改变q，Δp随之改变，这种液阻的阻力特性用于压力控制阀的内部控制。多个孔口串联或并联，总液阻类似电阻的计算。缝隙流动通过平板缝隙的流量q=bh3Δp/12μl±uobh/2在压差作用下，流量q与缝隙值h的三次方成正比，这说明液压元件内缝隙的大小对泄漏量的影响非常

8、大。平板缝隙两平行平板缝隙间充满液体时，压差作用会使液体产生流动（压差流动）；两平板相对运动也