第二章 流體力學(xué)基礎(chǔ)(1-6)

1、1第二章第二章 液壓傳動(dòng)流體力學(xué)基礎(chǔ)液壓傳動(dòng)流體力學(xué)基礎(chǔ) 本章是學(xué)習(xí)液壓傳動(dòng)理論基礎(chǔ)的章節(jié)，集中了學(xué)習(xí)本章是學(xué)習(xí)液壓傳動(dòng)理論基礎(chǔ)的章節(jié)，集中了學(xué)習(xí)本課程的基本概念、基本原理和基本定律（方程）。本課程的基本概念、基本原理和基本定律（方程）。2.1 液壓油液壓油2.2 液體靜力學(xué)液體靜力學(xué)2.3 液體動(dòng)力學(xué)液體動(dòng)力學(xué)2.4 流動(dòng)阻力和能量損失流動(dòng)阻力和能量損失2.5 孔口和縫隙流量孔口和縫隙流量2.6 空穴現(xiàn)象和液壓沖擊空穴現(xiàn)象和液壓沖擊22.1 2.1 液壓油液壓油 液壓傳動(dòng)使用流體作為工作介質(zhì)傳遞能量。在液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中，液壓傳動(dòng)使用流體作為工作介質(zhì)傳遞能量。在液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中，工作介質(zhì)用來(lái)傳遞動(dòng)

2、力和信號(hào)的，同時(shí)對(duì)于液壓傳動(dòng)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)液壓油工作介質(zhì)用來(lái)傳遞動(dòng)力和信號(hào)的，同時(shí)對(duì)于液壓傳動(dòng)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)液壓油還起到潤(rùn)滑、冷卻和防銹等作用。還起到潤(rùn)滑、冷卻和防銹等作用。 2.1.1 液壓油的種類液壓油的種類 3液液壓壓工工作作介介質(zhì)質(zhì)石石油油基基液液壓壓液液 無(wú)添加劑的石油基液壓液（無(wú)添加劑的石油基液壓液（L-HH） HH + 抗氧化劑、防銹劑（抗氧化劑、防銹劑（L-HL） HL + 抗磨劑（抗磨劑（L-HM） HL + 增粘劑（增粘劑（L-HR） HM + 增粘劑（增粘劑（L-HV） HM + 防爬劑（防爬劑（L-HG）難難燃燃液液壓壓液液 含含水水液壓液液壓液 高含水液壓液高含水液壓液（L-HF

3、A） 水包油乳化液水包油乳化液 （L-HFAE） 水的化學(xué)溶液水的化學(xué)溶液 （L-HFAS） 合成合成液壓液液壓液 油包水乳化液（油包水乳化液（L-HFB） 水水-乙二醇（乙二醇（L-HFC）磷酸酯液磷酸酯液(（L-HFAE）) 氯化氫（氯化氫（L-HFAE）HFDR + HFDS（L-HFDT）其它合成液壓液（其它合成液壓液（L-HFDU）舉例：舉例：液壓油：液壓油： L- HL- 68L： 代表潤(rùn)滑劑類，代表潤(rùn)滑劑類，H：代表液壓油，代表液壓油，L：代表防銹、抗氧代表防銹、抗氧化型，化型，最后的數(shù)字：最后的數(shù)字：代表運(yùn)代表運(yùn)動(dòng)粘度。動(dòng)粘度。 2.1 2.1 液壓油液壓油 42.1.2 液壓

4、油液壓油的性質(zhì)的性質(zhì)1 .密度密度密度密度單位體積液體的質(zhì)量。單位體積液體的質(zhì)量。 =m/v kg/m3 密度隨著溫度或壓力的變化而變化，但變化不大，密度隨著溫度或壓力的變化而變化，但變化不大，通常忽略，一般取通常忽略，一般取=900kg/m3的大?。ǖ拇笮。?5OC）。）。重度重度：rG/v=g 其中：其中：Gmg2.1 2.1 液壓油液壓油 52. 可壓縮性和膨脹性可壓縮性和膨脹性液體受液體受壓力作用壓力作用而發(fā)生體積縮小性質(zhì)稱為而發(fā)生體積縮小性質(zhì)稱為液體的可壓縮性液體的可壓縮性?？捎每捎皿w積壓縮系數(shù)體積壓縮系數(shù)或或體積彈性模量體積彈性模量K表示表示 。液體受液體受溫度的影響溫度的影響而使

5、體積發(fā)生變化的性質(zhì)稱為而使體積發(fā)生變化的性質(zhì)稱為液體的膨脹性液體的膨脹性。液體的液體的體積壓縮系數(shù)體積壓縮系數(shù)定義定義定義：定義： 體積為體積為v的液體，當(dāng)壓力增大的液體，當(dāng)壓力增大p時(shí)，體積減小時(shí)，體積減小v,則液體則液體在單位壓力變化下體積的在單位壓力變化下體積的相對(duì)變化量相對(duì)變化量。為：為：液體的體積壓縮系數(shù)。液體的體積壓縮系數(shù)。單位壓力所引起液體體積的變單位壓力所引起液體體積的變化，化， p v， 為保證為保證為正值為正值，式中須加，式中須加負(fù)號(hào)負(fù)號(hào)。式中式中 V：液體加壓前的體積（：液體加壓前的體積（m3）；）； V：加壓后液體體積變化量（：加壓后液體體積變化量（m3）；）； p：液

6、體壓力變化量（：液體壓力變化量（N/ m2）；）；2.1 2.1 液壓油液壓油 6液體的體積彈性模數(shù)定義：液體的體積彈性模數(shù)定義：液體壓縮系數(shù)的倒數(shù)液體壓縮系數(shù)的倒數(shù)液體的體積彈性模數(shù)公式：液體的體積彈性模數(shù)公式：k = 1/= - p v /v液壓油液的液壓油液的體積彈性模量體積彈性模量K與溫度與溫度T、壓力、壓力P的的關(guān)系關(guān)系：（1）溫度增大時(shí)，溫度增大時(shí)，K值減小值減小，在液壓油液正常的工作溫度范圍內(nèi)，在液壓油液正常的工作溫度范圍內(nèi)，K值會(huì)有值會(huì)有5%25%的變化。的變化。（2）壓力增大時(shí)，壓力增大時(shí)，K值增大；反之則減小值增大；反之則減小，但這種變化不呈線性關(guān)，但這種變化不呈線性關(guān)系。

7、當(dāng)壓力大于系。當(dāng)壓力大于3MPa時(shí)，時(shí)，K值基本上不再增大。值基本上不再增大。2.1 2.1 液壓油液壓油 液體的體積彈性模數(shù)液體的體積彈性模數(shù)物理意義物理意義表示單位體積相對(duì)變化量所需要的壓力增量，也即表示單位體積相對(duì)變化量所需要的壓力增量，也即液體抵抗壓縮能力液體抵抗壓縮能力的大小。的大小。 一般認(rèn)為油液不可壓縮（因壓縮性很小），計(jì)算時(shí)常取一般認(rèn)為油液不可壓縮（因壓縮性很小），計(jì)算時(shí)常取K=0.7103 MPa 7 密封在容器內(nèi)的液體在外力作用下像一根彈簧：密封在容器內(nèi)的液體在外力作用下像一根彈簧： 外力增大，體積減??；外力減小，體積增大。外力增大，體積減小；外力減小，體積增大。液體的液體

8、的可壓縮性很小可壓縮性很小，在，在一般情況一般情況下下當(dāng)液壓系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)下工作時(shí)可以當(dāng)液壓系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)下工作時(shí)可以不考不考慮可壓縮的影響慮可壓縮的影響。 但在但在高壓下高壓下或或受壓體積較大受壓體積較大以及以及對(duì)液壓系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)液壓系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析動(dòng)態(tài)分析時(shí)，就需要時(shí)，就需要考慮液體可壓縮性的影響?？紤]液體可壓縮性的影響。2.1 2.1 液壓油液壓油 液壓彈簧剛度液壓彈簧剛度83. 粘性及其表示方法粘性及其表示方法（1）粘性的定義）粘性的定義 動(dòng)力粘度動(dòng)力粘度 液體在外力作用下液體在外力作用下流動(dòng)或有流動(dòng)趨流動(dòng)或有流動(dòng)趨勢(shì)勢(shì)時(shí)，液體內(nèi)分子間的內(nèi)聚力要阻止液時(shí)，液體內(nèi)分子間的內(nèi)聚力要阻止液體分子間的相

9、對(duì)運(yùn)動(dòng)，由此產(chǎn)生一種內(nèi)體分子間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，由此產(chǎn)生一種內(nèi)摩擦力，這種現(xiàn)象被稱為摩擦力，這種現(xiàn)象被稱為液體的粘性液體的粘性。 粘性是粘性是液體在液體在流動(dòng)時(shí)流動(dòng)時(shí)產(chǎn)生內(nèi)摩擦力產(chǎn)生內(nèi)摩擦力的特性。的特性。 靜止液體則靜止液體則不顯示不顯示粘性粘性 2.1 2.1 液壓油液壓油 內(nèi)摩擦力內(nèi)摩擦力92.1 2.1 液壓油液壓油 102.1 2.1 液壓油液壓油 11（2）粘性的度量）粘性的度量 液體粘性的大小用粘度來(lái)表示。常用的液體粘度表示液體粘性的大小用粘度來(lái)表示。常用的液體粘度表示方法有三種，即方法有三種，即動(dòng)力粘度、運(yùn)動(dòng)粘度和相對(duì)粘度動(dòng)力粘度、運(yùn)動(dòng)粘度和相對(duì)粘度。其其物理意義物理意義：液體在液體

10、在單位速度梯度單位速度梯度下流動(dòng)或有流動(dòng)趨勢(shì)時(shí)，相接觸的下流動(dòng)或有流動(dòng)趨勢(shì)時(shí)，相接觸的液層間單位面積上產(chǎn)生的液層間單位面積上產(chǎn)生的內(nèi)摩擦力內(nèi)摩擦力。2.1 2.1 液壓油液壓油 動(dòng)力粘度的法定計(jì)量單位為：動(dòng)力粘度的法定計(jì)量單位為：在在國(guó)際單位制國(guó)際單位制（SI）中的單位為：）中的單位為：Pa.s(1Pa.s=1N.s/m2),在在工程上工程上(CGS)用的單位是用的單位是P(泊泊)或或cP(厘泊厘泊) (1Pa.s=1N.s/m2=10P=103cP),12因?yàn)樗膯挝恢挥幸驗(yàn)樗膯挝恢挥虚L(zhǎng)度和時(shí)間長(zhǎng)度和時(shí)間的量綱，類似于運(yùn)動(dòng)學(xué)的量，所以被的量綱，類似于運(yùn)動(dòng)學(xué)的量，所以被稱為運(yùn)動(dòng)粘度。它的法定

11、計(jì)量單位為稱為運(yùn)動(dòng)粘度。它的法定計(jì)量單位為m2/s,以前沿用的單位為以前沿用的單位為St（斯），（斯），其關(guān)系：其關(guān)系： 1m2/S=104St106cSt（厘斯）（厘斯）我國(guó)液壓油的牌號(hào)就是用它在溫度為我國(guó)液壓油的牌號(hào)就是用它在溫度為40oC時(shí)的運(yùn)動(dòng)粘度時(shí)的運(yùn)動(dòng)粘度平均值來(lái)表示的。平均值來(lái)表示的。液壓油的粘度等級(jí)就是以其液壓油的粘度等級(jí)就是以其40C時(shí)運(yùn)動(dòng)粘度的某一平均時(shí)運(yùn)動(dòng)粘度的某一平均值來(lái)表示，值來(lái)表示，如如L-HM32液壓油（液壓油（32號(hào)液壓油）的粘度等級(jí)為號(hào)液壓油）的粘度等級(jí)為32，則，則40C時(shí)其運(yùn)動(dòng)粘度的平均值為時(shí)其運(yùn)動(dòng)粘度的平均值為32mm2/s 。2.1 2.1 液壓油液壓

12、油 13單位：無(wú)量綱相對(duì)粘度相對(duì)粘度 雷氏粘度雷氏粘度R英國(guó)、歐洲英國(guó)、歐洲 賽氏粘度賽氏粘度SSU美國(guó)美國(guó) 恩氏粘度恩氏粘度oE俄國(guó)、德國(guó)、中國(guó)俄國(guó)、德國(guó)、中國(guó) 200ml 200ml 溫度為溫度為T T的被測(cè)液體的被測(cè)液體, ,流經(jīng)恩氏粘度計(jì)小孔流經(jīng)恩氏粘度計(jì)小孔（2.8mm2.8mm）所用時(shí)間）所用時(shí)間t t1 1，與同體積與同體積2020度的水通過(guò)小孔所用度的水通過(guò)小孔所用時(shí)間時(shí)間t t2 2 ( (51s)51s)之比。之比。t2oE=t1恩氏粘度與運(yùn)動(dòng)粘度之間的恩氏粘度與運(yùn)動(dòng)粘度之間的換算關(guān)系：換算關(guān)系：2.1 2.1 液壓油液壓油 14恩氏粘度恩氏粘度2.1 2.1 液壓油液壓油

13、 152.1 2.1 液壓油液壓油 16VI：表明試油的粘度隨溫度的變化的程度與標(biāo)準(zhǔn)油的：表明試油的粘度隨溫度的變化的程度與標(biāo)準(zhǔn)油的粘度變化程度的相對(duì)值。粘度變化程度的相對(duì)值。VI值越大，表示油液粘度隨溫度的變化越小。值越大，表示油液粘度隨溫度的變化越小。2.1 2.1 液壓油液壓油 172.1 2.1 液壓油液壓油 pVc 即上臨界速度即上臨界速度下臨界速度下臨界速度 當(dāng)當(dāng)V c V V c時(shí)，可能是層流，也可能是紊流，時(shí)，可能是層流，也可能是紊流， 具體的流動(dòng)狀態(tài)與實(shí)驗(yàn)的起始狀態(tài)、有無(wú)擾動(dòng)等因素有關(guān)。具體的流動(dòng)狀態(tài)與實(shí)驗(yàn)的起始狀態(tài)、有無(wú)擾動(dòng)等因素有關(guān)。72雷諾數(shù)由實(shí)驗(yàn)得出。雷諾數(shù)由實(shí)驗(yàn)得出

14、。 實(shí)驗(yàn)證明，液體在實(shí)驗(yàn)證明，液體在圓管中圓管中的流動(dòng)狀態(tài)與管內(nèi)的平的流動(dòng)狀態(tài)與管內(nèi)的平均流速、管道內(nèi)徑和運(yùn)動(dòng)粘度有關(guān)。因此，判斷液流狀態(tài)是上述三個(gè)參均流速、管道內(nèi)徑和運(yùn)動(dòng)粘度有關(guān)。因此，判斷液流狀態(tài)是上述三個(gè)參數(shù)所組成的一個(gè)稱為雷諾數(shù)的無(wú)量綱數(shù)數(shù)所組成的一個(gè)稱為雷諾數(shù)的無(wú)量綱數(shù),即即 其中水力直徑：其中水力直徑：式中，式中，A液流的有效面積；液流的有效面積；液流的濕周（液流有效截面的周界液流的濕周（液流有效截面的周界長(zhǎng)度）。長(zhǎng)度）。 2.4 2.4 液體流動(dòng)時(shí)的壓力損失液體流動(dòng)時(shí)的壓力損失對(duì)于對(duì)于非圓形非圓形截面管路，雷諾數(shù)定義為截面管路，雷諾數(shù)定義為 面積相等但形狀不同的通流截面，圓形的水

15、力直徑最大，同面積相等但形狀不同的通流截面，圓形的水力直徑最大，同心環(huán)的最小。心環(huán)的最小。 水力直徑大，液流阻力小，通流能力大。水力直徑大，液流阻力小，通流能力大。d管路的直徑；管路的直徑；液體的平均流速；液體的平均流速；液體的運(yùn)動(dòng)粘度。液體的運(yùn)動(dòng)粘度。 73液體由層流轉(zhuǎn)變?yōu)槲闪鲿r(shí)的雷諾數(shù)與紊流轉(zhuǎn)變?yōu)閷恿鲿r(shí)的雷諾數(shù)是不相液體由層流轉(zhuǎn)變?yōu)槲闪鲿r(shí)的雷諾數(shù)與紊流轉(zhuǎn)變?yōu)閷恿鲿r(shí)的雷諾數(shù)是不相等的。紊流轉(zhuǎn)變?yōu)閷恿鲿r(shí)的雷諾數(shù)數(shù)值要小，用其作為判斷液流狀態(tài)的等的。紊流轉(zhuǎn)變?yōu)閷恿鲿r(shí)的雷諾數(shù)數(shù)值要小，用其作為判斷液流狀態(tài)的依據(jù)，稱為依據(jù)，稱為臨界雷諾數(shù)，臨界雷諾數(shù)，Rec。2.4 2.4 液體流動(dòng)時(shí)的壓力損失液體

16、流動(dòng)時(shí)的壓力損失臨界雷諾數(shù)：判斷液體流態(tài)依據(jù)臨界雷諾數(shù)：判斷液體流態(tài)依據(jù) Re Rec為紊流為紊流 雷諾數(shù)物理意義雷諾數(shù)物理意義：雷諾數(shù)是液流的慣性作用對(duì)粘性作用的比。雷諾數(shù)大，：雷諾數(shù)是液流的慣性作用對(duì)粘性作用的比。雷諾數(shù)大，慣性力起主導(dǎo)作用，液體處于紊流；雷諾數(shù)小時(shí)，粘性力起主導(dǎo)作用，慣性力起主導(dǎo)作用，液體處于紊流；雷諾數(shù)小時(shí)，粘性力起主導(dǎo)作用，液體處于層流。液體處于層流。 742.4.2 沿程壓力損失沿程壓力損失 液體在等徑直管中流動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的液體在等徑直管中流動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的壓力損失壓力損失稱為稱為沿程壓力損失沿程壓力損失。該損失與液體的流動(dòng)狀態(tài)有關(guān)。該損失與液體的流動(dòng)狀態(tài)有關(guān)。 （一）（一）

17、 層流時(shí)的沿程壓力損失層流時(shí)的沿程壓力損失 圖2.24 圓管層流運(yùn)動(dòng)分析液體在等徑水平直管中的層流流液體在等徑水平直管中的層流流動(dòng)如圖動(dòng)如圖2.24所示。所示。 取一段與管軸重合的微小圓柱取一段與管軸重合的微小圓柱體作為研究對(duì)象。液體作勻速運(yùn)體作為研究對(duì)象。液體作勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)該微元體處于受力平衡狀態(tài)，動(dòng)時(shí)該微元體處于受力平衡狀態(tài)，即即 式中，式中，F(xiàn)f是液體內(nèi)摩擦力。這里用到了牛頓液體內(nèi)摩擦定律。整理上是液體內(nèi)摩擦力。這里用到了牛頓液體內(nèi)摩擦定律。整理上式可得式可得 2.4 2.4 液體流動(dòng)時(shí)的壓力損失液體流動(dòng)時(shí)的壓力損失75對(duì)上式進(jìn)行積分，并代入邊界條件，得對(duì)上式進(jìn)行積分，并代入邊界條件，得

18、可見(jiàn)，流速在半徑方向上是按拋物線規(guī)律分布的，在管道軸線上流速可見(jiàn)，流速在半徑方向上是按拋物線規(guī)律分布的，在管道軸線上流速取最大值。取最大值。通過(guò)微元體的流量微元為通過(guò)微元體的流量微元為 2.4 2.4 液體流動(dòng)時(shí)的壓力損失液體流動(dòng)時(shí)的壓力損失積分上式可得積分上式可得 可見(jiàn)，層流流動(dòng)時(shí)流量和相應(yīng)的壓差是可見(jiàn)，層流流動(dòng)時(shí)流量和相應(yīng)的壓差是線性關(guān)系線性關(guān)系。 76所以平均流速為所以平均流速為 所以，所以，沿程壓力損失沿程壓力損失為為 上式也可以寫為上式也可以寫為 式中，式中，是沿程阻力系數(shù)。實(shí)際計(jì)算時(shí)，對(duì)金屬管取是沿程阻力系數(shù)。實(shí)際計(jì)算時(shí)，對(duì)金屬管取=75/Re，橡，橡膠管取膠管取=80/Re。2.

19、4 2.4 液體流動(dòng)時(shí)的壓力損失液體流動(dòng)時(shí)的壓力損失77（二）（二） 紊流時(shí)的沿程壓力損失紊流時(shí)的沿程壓力損失紊流時(shí)計(jì)算沿程壓力損失的公式在形式上與上式相同。不同的是此時(shí)紊流時(shí)計(jì)算沿程壓力損失的公式在形式上與上式相同。不同的是此時(shí)的的不僅與雷諾數(shù)有關(guān)，還與管壁的粗糙度有關(guān)，即不僅與雷諾數(shù)有關(guān)，還與管壁的粗糙度有關(guān)，即 =f(Re，/d） 絕對(duì)粗糙度絕對(duì)粗糙度與管徑與管徑d的比值的比值/d稱為稱為相對(duì)粗糙度相對(duì)粗糙度。 對(duì)于光滑管，對(duì)于光滑管，=0.3164Re 0.25；對(duì)于粗糙管，；對(duì)于粗糙管，的值可以根據(jù)的值可以根據(jù)不同的不同的Re和和/d從從圖圖2.12中查出。中查出。表表2.3給出了常

20、見(jiàn)管壁的絕對(duì)粗糙度。給出了常見(jiàn)管壁的絕對(duì)粗糙度。2.4 2.4 液體流動(dòng)時(shí)的壓力損失液體流動(dòng)時(shí)的壓力損失782.4 2.4 液體流動(dòng)時(shí)的壓力損失液體流動(dòng)時(shí)的壓力損失沿程阻力系數(shù)曲線圖返回792.4 2.4 液體流動(dòng)時(shí)的壓力損失液體流動(dòng)時(shí)的壓力損失返回802.4.3 局部壓力損失局部壓力損失 液體流經(jīng)管道的液體流經(jīng)管道的彎頭、接頭、突變截面、閥口和濾網(wǎng)彎頭、接頭、突變截面、閥口和濾網(wǎng)等局部裝置時(shí)產(chǎn)等局部裝置時(shí)產(chǎn)生的壓力損失稱為生的壓力損失稱為局部壓力損失局部壓力損失。局部壓力損失的計(jì)算公式如下。局部壓力損失的計(jì)算公式如下 式中，式中，pn閥在額定流量閥在額定流量qn下的壓力損失；下的壓力損失；

21、qn閥的額定流量；閥的額定流量； q閥的實(shí)際流量。閥的實(shí)際流量。 2.4 2.4 液體流動(dòng)時(shí)的壓力損失液體流動(dòng)時(shí)的壓力損失式中，式中，局部阻力系數(shù)。各種局部裝置結(jié)構(gòu)的局部阻力系數(shù)。各種局部裝置結(jié)構(gòu)的是由實(shí)驗(yàn)測(cè)定的，可是由實(shí)驗(yàn)測(cè)定的，可查手冊(cè)。查手冊(cè)。 閥類元件閥類元件局部壓力損失可按下式計(jì)算局部壓力損失可按下式計(jì)算 81 在液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中，絕大多數(shù)壓力損失轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃?，造成系統(tǒng)溫在液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中，絕大多數(shù)壓力損失轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃?，造成系統(tǒng)溫度增高，泄漏增大，影響系統(tǒng)的工作性能。從計(jì)算壓力損失的公式可度增高，泄漏增大，影響系統(tǒng)的工作性能。從計(jì)算壓力損失的公式可以看出，以看出，較小流速，縮短管道長(zhǎng)度，減小

22、管道截面突變，提高管道內(nèi)較小流速，縮短管道長(zhǎng)度，減小管道截面突變，提高管道內(nèi)壁的加工質(zhì)量等，都可以使壓力損失減小。壁的加工質(zhì)量等，都可以使壓力損失減小。 在管路系統(tǒng)的壓力損失中，液體的在管路系統(tǒng)的壓力損失中，液體的流速影響最大流速影響最大，流速高壓力損，流速高壓力損失會(huì)增大很多。但流速太低會(huì)增加管路和閥類元件的尺寸。合理選擇失會(huì)增大很多。但流速太低會(huì)增加管路和閥類元件的尺寸。合理選擇液體在管路中的流速是液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)中一個(gè)重要問(wèn)題。液體在管路中的流速是液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)中一個(gè)重要問(wèn)題。2.4 2.4 液體流動(dòng)時(shí)的壓力損失液體流動(dòng)時(shí)的壓力損失2.4.4 管路系統(tǒng)總的壓力損失管路系統(tǒng)總的壓力損失822.4

23、 2.4 液體流動(dòng)時(shí)的壓力損失液體流動(dòng)時(shí)的壓力損失832.4 2.4 液體流動(dòng)時(shí)的壓力損失液體流動(dòng)時(shí)的壓力損失84孔口和縫隙流量在液壓技術(shù)中占有很重要的地位，它涉及液壓元件孔口和縫隙流量在液壓技術(shù)中占有很重要的地位，它涉及液壓元件的的密封性密封性，系統(tǒng)的，系統(tǒng)的容積效率容積效率，更為重要的是它是設(shè)計(jì)計(jì)算的基礎(chǔ)。，更為重要的是它是設(shè)計(jì)計(jì)算的基礎(chǔ)。在液壓系統(tǒng)中，常利用液體流經(jīng)閥的小孔或縫隙來(lái)控制流量和壓力，在液壓系統(tǒng)中，常利用液體流經(jīng)閥的小孔或縫隙來(lái)控制流量和壓力，以達(dá)到調(diào)速和調(diào)壓目的。液壓元件的泄漏也屬于間隙流動(dòng)。以達(dá)到調(diào)速和調(diào)壓目的。液壓元件的泄漏也屬于間隙流動(dòng)。 2.5.1 孔口流量孔口流量

24、 2.52.5 孔口和縫隙流量孔口和縫隙流量85在液壓系統(tǒng)中，孔口和縫隙流動(dòng)是最常見(jiàn)的。研究液體在孔口和縫隙在液壓系統(tǒng)中，孔口和縫隙流動(dòng)是最常見(jiàn)的。研究液體在孔口和縫隙中的流動(dòng)規(guī)律，了解影響它們的因素，對(duì)液壓系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)都很中的流動(dòng)規(guī)律，了解影響它們的因素，對(duì)液壓系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)都很有意義。有意義。 （一）薄壁孔流量（一）薄壁孔流量圖2.31 (動(dòng)畫)2.52.5 孔口和縫隙流量孔口和縫隙流量孔口的長(zhǎng)徑比孔口的長(zhǎng)徑比l/d0.5時(shí)稱為薄壁孔，時(shí)稱為薄壁孔，如圖如圖2.31所示。對(duì)孔前通道斷面所示。對(duì)孔前通道斷面1-1和和收縮斷面收縮斷面2-2之間的液體列出伯努力方之間的液體列出伯努力方程程

25、 。86式中，h1=h2，v1v2，2=1，局部損失 ，整理上式后得：式中，Cv速度系數(shù)， ；p孔口前后壓差，p=p1-p2。 由此可得通過(guò)薄壁孔口的流量公式為由此可得通過(guò)薄壁孔口的流量公式為 式中，式中， A2收縮斷面面積，由實(shí)驗(yàn)測(cè)定；收縮斷面面積，由實(shí)驗(yàn)測(cè)定； Cc收縮系數(shù)，收縮系數(shù)，Cc=A2/AT； AT孔口過(guò)流斷面面積，孔口過(guò)流斷面面積， AT=d2/4； Cq流量系數(shù)，流量系數(shù)，Cq=CvCc。Cc、Cv和和Cq的數(shù)值可由實(shí)驗(yàn)確定。在的數(shù)值可由實(shí)驗(yàn)確定。在液體完全收縮液體完全收縮（d1/d7）的情）的情況下，況下，Cq可查相關(guān)的圖表或按下式計(jì)算可查相關(guān)的圖表或按下式計(jì)算 2.52.

26、5 孔口和縫隙流量孔口和縫隙流量A1A2,所以所以v1=7)時(shí)，時(shí)，Cq=0.600.61。 當(dāng)液體當(dāng)液體不完全收縮不完全收縮（d1/d7）時(shí)，）時(shí)，Cq=0.70.8。薄壁孔口由于流程短，只有局部損失，流量對(duì)油溫的變化不敏感，薄壁孔口由于流程短，只有局部損失，流量對(duì)油溫的變化不敏感，因此流量穩(wěn)定，因此流量穩(wěn)定，適合做適合做調(diào)節(jié)流量的調(diào)節(jié)流量的節(jié)流器用節(jié)流器用。但薄壁孔的加工比較困難，因此實(shí)際應(yīng)用較多的是短孔。但薄壁孔的加工比較困難，因此實(shí)際應(yīng)用較多的是短孔。2.52.5 孔口和縫隙流量孔口和縫隙流量88（二）（二） 短孔、細(xì)長(zhǎng)孔口流量短孔、細(xì)長(zhǎng)孔口流量 孔口的長(zhǎng)徑比：孔口的長(zhǎng)徑比：0.54時(shí)

27、為細(xì)長(zhǎng)孔。時(shí)為細(xì)長(zhǎng)孔。細(xì)長(zhǎng)孔中多為層流，細(xì)長(zhǎng)孔中多為層流，流量公式可用流量公式可用前面推出的圓管流量公式，即前面推出的圓管流量公式，即 細(xì)長(zhǎng)孔的流量總是與液體粘度有關(guān)的。細(xì)長(zhǎng)孔的流量總是與液體粘度有關(guān)的。2.52.5 孔口和縫隙流量孔口和縫隙流量892.52.5 孔口和縫隙流量孔口和縫隙流量（三）小孔流量通用公式（三）小孔流量通用公式902.5.2 縫隙流量縫隙流量 液壓元件（特別是有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的各部件）之間都存在縫隙（或稱為間液壓元件（特別是有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的各部件）之間都存在縫隙（或稱為間隙）。流過(guò)縫隙的油液流量就是隙）。流過(guò)縫隙的油液流量就是泄漏量泄漏量。了解影響泄漏量的因素是十分。了解影響泄漏

28、量的因素是十分必要的。必要的。 一）平行平板縫隙流量一）平行平板縫隙流量 平板縫隙間的液體流動(dòng)情況如圖所示。平板縫隙間的液體流動(dòng)情況如圖所示。設(shè)縫隙的長(zhǎng)、寬、高分別為設(shè)縫隙的長(zhǎng)、寬、高分別為l、b、h，一，一般有般有bh和和lh。液體在壓差。液體在壓差p=p1-p2和上平板運(yùn)動(dòng)的作用下流動(dòng)。取其中和上平板運(yùn)動(dòng)的作用下流動(dòng)。取其中的平行六面微元體做受力分析，顯然有的平行六面微元體做受力分析，顯然有 2.52.5 孔口和縫隙流量孔口和縫隙流量91將牛頓液體內(nèi)摩擦定律代入上式，整理后得將牛頓液體內(nèi)摩擦定律代入上式，整理后得 對(duì)對(duì)y積分兩次，代入相應(yīng)的邊界條件，并考慮到液體作層流流動(dòng)時(shí)壓力積分兩次，代

29、入相應(yīng)的邊界條件，并考慮到液體作層流流動(dòng)時(shí)壓力p只是只是x的線性函數(shù)，即的線性函數(shù)，即 以及上平板可能有相反方向的運(yùn)動(dòng)，則有以及上平板可能有相反方向的運(yùn)動(dòng)，則有 由此得液體在平行平板縫隙中的流量為由此得液體在平行平板縫隙中的流量為 如果將上面的流量理解為一種泄漏量，則泄漏量與縫隙的如果將上面的流量理解為一種泄漏量，則泄漏量與縫隙的三次方三次方成正比。成正比。 2.52.5 孔口和縫隙流量孔口和縫隙流量92（二）圓環(huán)縫隙流量（二）圓環(huán)縫隙流量 在液壓缸的活塞和缸筒之間，在液壓閥的閥心和閥套之間都存在圓環(huán)在液壓缸的活塞和缸筒之間，在液壓閥的閥心和閥套之間都存在圓環(huán)縫隙，下面分兩種情況討論?？p隙，下

30、面分兩種情況討論。 1. 同心圓環(huán)縫隙流量同心圓環(huán)縫隙流量 同心圓環(huán)縫隙的結(jié)構(gòu)和液體流動(dòng)情況如圖同心圓環(huán)縫隙的結(jié)構(gòu)和液體流動(dòng)情況如圖2.33所示。如果將圓環(huán)縫所示。如果將圓環(huán)縫隙沿圓周方向展開(kāi)，就相當(dāng)于一個(gè)平行平板縫隙。因此，只要用隙沿圓周方向展開(kāi)，就相當(dāng)于一個(gè)平行平板縫隙。因此，只要用d取取代式（代式（2.66）中的）中的b，就可以得到內(nèi)外表面有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的同心圓環(huán)縫隙，就可以得到內(nèi)外表面有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的同心圓環(huán)縫隙流量公式，即流量公式，即 圖2.33 同心圓環(huán)縫隙液流2.52.5 孔口和縫隙流量孔口和縫隙流量932.52.5 孔口和縫隙流量孔口和縫隙流量942. 偏心圓環(huán)縫隙流量偏心圓環(huán)縫隙流量

31、 偏心圓環(huán)縫隙的結(jié)構(gòu)如圖偏心圓環(huán)縫隙的結(jié)構(gòu)如圖2.34所示。此時(shí)的流量公式為所示。此時(shí)的流量公式為 式中，式中，h內(nèi)外圓同心時(shí)的縫隙值；內(nèi)外圓同心時(shí)的縫隙值； 相對(duì)偏心率，相對(duì)偏心率，=e/h， e為偏心距。為偏心距。 由此可見(jiàn)，當(dāng)由此可見(jiàn)，當(dāng)=0時(shí)，它就是同心圓環(huán)縫時(shí)，它就是同心圓環(huán)縫隙的流量公式；當(dāng)隙的流量公式；當(dāng)=1時(shí)，偏心圓環(huán)縫隙的流時(shí)，偏心圓環(huán)縫隙的流量比同心圓環(huán)縫隙流量大了許多。可見(jiàn)，較高量比同心圓環(huán)縫隙流量大了許多。可見(jiàn)，較高的同心度可以減小泄漏量。的同心度可以減小泄漏量。 圖圖2.34 偏心圓環(huán)縫隙流量偏心圓環(huán)縫隙流量2.52.5 孔口和縫隙流量孔口和縫隙流量95一、空穴現(xiàn)象一

32、、空穴現(xiàn)象 在流動(dòng)的液體中，因某點(diǎn)處的壓力低于空氣分離壓而產(chǎn)生氣泡的在流動(dòng)的液體中，因某點(diǎn)處的壓力低于空氣分離壓而產(chǎn)生氣泡的現(xiàn)象，稱為現(xiàn)象，稱為空穴現(xiàn)象空穴現(xiàn)象。 在一定的溫度下，如壓力降低到某一值時(shí)，過(guò)飽和的空氣將從油在一定的溫度下，如壓力降低到某一值時(shí)，過(guò)飽和的空氣將從油液中分離出來(lái)形成氣泡，這一壓力值稱為液中分離出來(lái)形成氣泡，這一壓力值稱為該溫度下的空氣分離壓該溫度下的空氣分離壓。 （1） 空穴現(xiàn)象產(chǎn)生原因空穴現(xiàn)象產(chǎn)生原因 壓力油流過(guò)節(jié)流口、閥口或管道狹縫時(shí)，速度升高，壓力降低；壓力油流過(guò)節(jié)流口、閥口或管道狹縫時(shí)，速度升高，壓力降低； 液壓泵吸油管道較小，吸油高度過(guò)大，阻力增大，壓力降低；液壓泵吸油管道較小，吸油高度過(guò)大，阻力增大，壓力降低； 液壓泵轉(zhuǎn)速過(guò)高，吸油不充分，壓力降低。液壓泵轉(zhuǎn)速過(guò)高，吸油不充分，壓力降低。 2.62.6 空穴現(xiàn)象和液壓沖擊空穴現(xiàn)象和液壓沖擊961）節(jié)流口處的空穴現(xiàn)象）節(jié)流口處的空穴現(xiàn)象