液壓與氣壓傳動 第5版 教案 第3周 液體動力學(xué)基礎(chǔ)

教師課堂教學(xué)備課紙首頁，共頁授課班級授課時間出勤情況課題名稱授課方式理論章節(jié)課題第一章液壓傳動基礎(chǔ)第四節(jié)液體動力學(xué)基礎(chǔ)（2）第五節(jié)管路中液流的流動損失第六節(jié)液體流經(jīng)小孔及間隙的流量第七節(jié)液壓沖擊和氣穴現(xiàn)象教學(xué)目的1掌握液體流動損失2掌握實際液體的伯努利方程3會分析小孔的流量的影響因素教具、掛圖、課件多媒體重點與難點重點：流動損失計算，伯努利方程難點：實際液體伯努利方程課后作業(yè)課后回顧任課教師簽名：教研室主任審閱簽名：三、伯努利方程伯努利方程是能量守恒定律在流體力學(xué)中的一種表達(dá)形式。理想液體的伯努利方程設(shè)密度為ρ的理想液體在如圖1-7所示的管道內(nèi)做恒定流動。在管道上任取兩個截面A1、A2，截面的位置高度分別為h1、h2，平均流速分別為v1、v2，壓力分別為p1、p2。根據(jù)能量守恒定律，由理論推導(dǎo)可得理想液體的伯努利方程為p1+ρgh1+v=p2+ρgh2+v（1-12）由于截面A1、A2是任意取的，所以式（1-11）也可寫成P+ρgh+v2=常數(shù)（1-13）式（1-11）和式（1-12）均稱為理想液體的伯努利方程，也稱為理想液體的能量方程。其物理意義是：在密閉的管道中做恒定流動的理想液體具有三種形式的能量，分別是壓力能、位能、動能，它們之間可以相互轉(zhuǎn)化，但在任一截面處，三種能量的總和為一常數(shù)。2．實際液體的伯努利方程實際液體在管道中流動時，由于液體的具有黏性，會產(chǎn)生內(nèi)摩擦力；同時管道局部形狀和尺寸的變化會使液壓系統(tǒng)產(chǎn)生攏動，造成能量損失；另外由于實際流速在管道通流截面上分布是不均勻的，若用平均流速代替實際流速計算動能，必然會產(chǎn)生誤差，因此必須對動能部分進(jìn)行修正，設(shè)動能修正系數(shù)為α，則實際液體的伯努利方程為p1+ρgh1+v=p2+ρgh2+v+Δpw（1-14）式中，、為動能修正系數(shù)，在層流時取=2，在紊流時取=1；Δpw為兩截面間流動的液體單位體積的能量損失。例1-2如圖1-8所示液壓泵裝置，油箱和大氣相通，試分析液壓泵安裝高度H對泵工作性能的影響。解取油箱液面為1-1截面，并定為基準(zhǔn)，泵的吸油口處為2-2，列出兩截面的伯努利方程：p1+ρgh1+v=p2+ρh2+v+Δpw由于p1=0，h1=0，v=0，h2=H。上式可簡化為p2=-（ρgH+v+Δpw）由上式可知，當(dāng)泵的安裝高度H>0時，ρgH+v+Δpw>0，則p2<0，此時泵吸油口處具有真空，油液靠大氣壓力壓入泵內(nèi)；當(dāng)泵安裝于液面以下，且>+v+Δpw時，則，泵吸油口處沒有形式真空，油液依靠自重灌入泵內(nèi)。3．液體流動時的流動損失實際液體具有黏性，因而流動時必然要損耗一部分能量，這種能量損耗表現(xiàn)為液體的流動損失。流動損失可分為兩類，即沿程流動損失和局部流動損失。（1）沿程流動損失是液體在等徑直管中流動時，因內(nèi)外摩擦而產(chǎn)生的流動損失。它主要取決于液體流速v、動力黏度μ、管路的長度l以及內(nèi)徑d等。其計算公式為Δ_p=（1-15）（2）局部流動損失液體流經(jīng)管路的彎頭、接頭、突變截面以及閥口時，致使流速的方向和大小發(fā)生劇烈變化，形成旋渦，使液體質(zhì)點相互撞擊，造成能量損失。稱為局部流動損失,局部流動損失計算公式為Δ=（1-16）式中：為局部阻力系數(shù)，其值可查有關(guān)手冊；v為液體流速。液體流過各種閥類元件在公稱流量qn下的流動損失值Δpn，可直接從產(chǎn)品樣本中查得。當(dāng)實際通過的流量不等于公稱流量時，局部流動損失可按下式計算：Δp=Δpn(1-17)（3）管路系統(tǒng)的總流動損失管路系統(tǒng)的總流動損失為所有沿程流動損失和所有局部流動損失之和，即ΔΔ+Δ（1-18）第六節(jié)液體流經(jīng)小孔及間隙的流量一、液體流經(jīng)小孔的流量小孔分為三種：當(dāng)小孔的長度l與孔徑d之比l/d≤0.5時稱為薄壁小孔；當(dāng)l/d>4時稱為細(xì)長小孔；當(dāng)0.5≤l/d<4稱為短孔。圖1-9流經(jīng)薄壁小孔液流1．流經(jīng)薄壁小孔的流量如圖1-9所示，根據(jù)伯努利方程和連續(xù)性方程可以推得通過薄壁小孔的流量為q=CqA(1-19)式中，Cq為流量系數(shù)，一般由實驗確定。其值隨液流的雷諾數(shù)而定，但當(dāng)Re>105時，Cq變化很小，可視為常數(shù)，計算時一般取Cq=0.6~0.62。流經(jīng)薄壁小孔的流量與小孔前后的壓差Δp的平方根以及小孔的面積A成正比，而與粘度無關(guān)，流量受溫度和粘度的影響小，且不易堵塞，因而流量穩(wěn)定，故薄壁小孔常用作節(jié)流孔口。2．流經(jīng)細(xì)長孔的流量液體流經(jīng)細(xì)長孔時的流動狀態(tài)一般為層流，流經(jīng)細(xì)長孔的流量可用下式計算：q=（1-20）從上式可看出，流經(jīng)細(xì)長小孔的流量與動力粘度μ成正比，因而流量受油溫變化的影響較大。細(xì)長小孔常用作控制閥的阻尼孔。3．流經(jīng)短孔的流量短孔是介于細(xì)長小孔和薄壁孔之間的孔，短孔的流量也可用薄壁孔的流量公式計算，但流量系數(shù)Cq不同，一般取Cq=0.82。由于短孔制造要比薄壁小孔容易得多，所以常用作固定節(jié)流器。4．流量通用公式以上各種小孔的流量壓力特性，可綜合用下式表示：二、液體流經(jīng)間隙的的流量產(chǎn)生泄漏的原因有兩個：一是間隙兩端的壓力差引起壓差流動；二是組成間隙的兩個配合面有相對運動引起的剪切流動。這兩種同時存在較為常見，稱為聯(lián)合流動。常見間隙的流量公式見表1-4。表1-4常見間隙流量計算公式間隙類型計算公式說明平行平板間隙壓差流動q=壓差流動是液體在兩平板相對靜止的間隙中的流動，由間隙兩端的壓差引起的流動式中，μ為液體的動力粘度，l、b、δ分別為間隙長、寬、高，Δp為間隙兩端的壓力差剪切流動q=剪切流動是液體在無壓差作用下，間隙的兩平板有相對運動時，由于液體的粘度引起的流動，聯(lián)合流動則是壓差流動和剪切流動同時存在的流動式中，vo為兩平板的相對運動速度。它的方向與壓差方向相同時，等式右邊第二項取“+”，反之取“–”聯(lián)合流動q=±環(huán)狀間隙同心環(huán)狀間隙q=將上述公式中的b換成d即得偏心環(huán)狀間隙q=(1+1.5)式中，稱為偏心率，e為偏心量，δ為無偏心時的環(huán)狀間隙值第七節(jié)液壓沖擊和氣穴現(xiàn)象一、液壓沖擊1．液壓沖擊產(chǎn)生的原因和危害在液壓系統(tǒng)工作過程中，因管路中流動的液體，會因執(zhí)行部件換向或閥門關(guān)閉，而突然停止運動，由于液流和運動部件的慣性，在系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生很大的瞬間壓力峰值，這種現(xiàn)象稱為液壓沖擊。液壓沖擊會引起振動和噪聲，其壓力峰值可超過工作壓力的幾倍。有時使某些液壓元件，如壓力繼電器、順序閥等產(chǎn)生錯誤動作而影響系統(tǒng)正常工作，甚至可能使某些液壓元件、密封裝置和管路損壞。2．減小液壓沖擊的措施緩慢開關(guān)閥門，限制管道中液體的流速，在系統(tǒng)中設(shè)置蓄能器和安全閥，在液壓元件中設(shè)置緩沖裝置。采用軟管，以增加系統(tǒng)的彈性。二、氣穴現(xiàn)象1．氣穴產(chǎn)生的原因和危害液壓傳動中，液壓油總是含有一定量的空氣?？諝饪扇芙庠谝簤河椭校部梢詺馀莸男问交旌显谝簤河椭?。如果某一處的壓力低于空氣分離壓力時，溶解于油中的空氣就會從油中分離出來形成氣泡，這些氣泡混雜在油液中，使得原來充滿導(dǎo)管和元件容腔中的油液成為不連續(xù)狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱為氣穴