液壓傳動與控制第2章

1、第二章，液壓流體力學(xué)基礎(chǔ)，液體流動過程中存在能量損失，可用伯努利方程表示：公式中的hw項，由兩部分組成：(1)沿途壓力損失；(2)局部壓力損失。管道中液流的壓力損失與液流的流動狀態(tài)有關(guān)。2.4管道內(nèi)液體流動的能量損失，2.4.1層流、湍流和雷諾數(shù)，當(dāng)液體在管道內(nèi)流動時，有兩種流動狀態(tài)，即層流和湍流。通過實(shí)驗可以觀察到兩種流動狀態(tài)，即雷諾實(shí)驗。2.4管道內(nèi)液體流動的能量損失，雷諾，圖2.4.1雷諾實(shí)驗裝置，2.4.1層流，湍流，雷諾數(shù)，(湍流或湍流)，層流流體顆粒在流動方向上分層流動，各層不相互干擾或混合，并以平行狀態(tài)向前流線流動。當(dāng)湍流流動時，每個粒子在不同的方向上產(chǎn)生復(fù)雜的、不規(guī)則的和干擾的

2、向前運(yùn)動。2.4.1層流、湍流和雷諾數(shù)。實(shí)驗結(jié)果表明，在層流狀態(tài)下，液體顆粒不會相互干擾，液體流動為線性或?qū)恿鳡顟B(tài)，且平行于管道軸線；在湍流中，液體粒子的運(yùn)動是混沌的。沿管道流動時，除了平行于管道軸線的運(yùn)動外，還存在劇烈的橫向運(yùn)動，液體顆粒在流動中相互干擾。層流中，液體速度低，液體顆粒受粘度約束，不能自由運(yùn)動，粘性力起主導(dǎo)作用，液體能量主要消耗在液體之間的摩擦損失上；在湍流中，液體的速度較高，粘度的限制減弱，慣性力起主導(dǎo)作用，液體的能量主要消耗在動能損失上。2.4.1層流、湍流和雷諾數(shù)。雷諾實(shí)驗也證明了液體在圓管中的流動狀態(tài)不僅與管內(nèi)的平均速度有關(guān)，還與管徑d和液體的運(yùn)動粘度有關(guān)。液體流動狀態(tài)

3、由上述三個參數(shù)(2-22)確定的無量綱雷諾數(shù)Re來判斷，其中，管道中液體的平均流速；D圓管內(nèi)徑；液體的運(yùn)動粘度。2.4.1層流、湍流、雷諾數(shù)和雷諾數(shù)的物理意義：雷諾數(shù)是液體流動的慣性作用與粘性作用的比值。當(dāng)雷諾數(shù)較大時，慣性力起主導(dǎo)作用，液體處于湍流狀態(tài)；當(dāng)雷諾數(shù)較小時，粘性力起主導(dǎo)作用，液體處于層流狀態(tài)。一般情況下，液體從湍流變?yōu)閷恿鞯睦字Z數(shù)是判斷液體流動模式的依據(jù)，稱為臨界雷諾數(shù)，記錄為Rec。當(dāng)re rec時會發(fā)生湍流。普通液體流動管道的臨界雷諾數(shù)通過實(shí)驗獲得，如表2.4.1:表2.4.1普通管道的臨界雷諾數(shù)，2.4.1層流、湍流和雷諾數(shù)，對于非圓形截面：(2-23)，2.4.1層流、湍

4、流和雷諾數(shù)，其中R通流截面定義：液體在等直徑管道中流動時由粘性摩擦引起的損失稱為沿途壓力損失。由于流體的不同流動狀態(tài)，沿液體的壓力損失也不同。層流中的沿程壓力損失1。液體流動在通流截面上的速度分布，圖2.4.2圓管層流，2.4.2沿軸向的壓力損失，力平衡方程為(2-24)，2.4.2代入積分后的沿軸向壓力損失，應(yīng)用邊界條件，當(dāng)R=d/2時，通流截面上的速度分布規(guī)律為拋物體的形狀。當(dāng)R=0時，最大速度為(2-25)，2.4.2沿程壓力損失，2.4.2沿程壓力損失，2.4.2沿程壓力損失，微環(huán)的通流橫截面積為da=2 RDR，通過流量為，流量，(2-26 L管道長度；液體的動態(tài)粘度；p=p1-p2

5、，壓力損失或壓降，在上式中，為沿途阻力系數(shù)，理論值=64/Re；在實(shí)際計算中，金屬管的=75/Re，橡膠軟管的=80/Re。，(2-27)，2.4.2沿途壓力損失，平均速度，代入上述公式，得出計算紊流中沿途壓力損失的公式與層流形式相同，即紊流中沿途壓力損失，2.4.2沿途壓力損失，但公式中的阻力系數(shù)不僅與雷諾數(shù)有關(guān)，還與管壁有關(guān)，(2-28)， 當(dāng)流經(jīng)閥門的實(shí)際流量q不等于額定流量時，流經(jīng)閥門的壓力損失p可由下式計算：(2-29)、2.4.3局部壓力損失，其定義為：當(dāng)液體流經(jīng)各種局部障礙物時，如彎頭、突然增大或突然減小的管道截面和閥門，出現(xiàn)碰撞、脫落、渦流等現(xiàn)象。 會發(fā)生。其中-是局部阻力系數(shù)

6、，通常通過實(shí)驗獲得。其中qn-額定流量；pn-額定流速下的壓力損失。管道內(nèi)的總壓力損失應(yīng)為管道沿線的壓力損失和直管道內(nèi)的局部壓力損失之和，即，該公式適用于相鄰兩個局部障礙物之間的距離大于管道內(nèi)徑10 20倍的情況，否則計算的壓力損失值小于實(shí)際值。因為如果局部障礙物的距離過小，通過第一個局部障礙物的流體將在穩(wěn)定前進(jìn)入第二個局部障礙物，這時流體流動的擾動將更加強(qiáng)烈，阻力系數(shù)將比正常值高2 3倍。2.4.4管道系統(tǒng)中的總壓損失和壓力效率，(2-30)，(2-31)，2.5液體流過孔口和間隙的壓力和流動特性，2.5.1液體流過小孔的流量計算，圖2.5.1液體流過薄壁孔，通道長度L與孔的孔徑D之比L/D 通常，薄壁孔的邊緣被制成切削刃。取1-1段的伯努利方程和2-2段的收縮率，2.5.1流過小孔的液體流速，局部壓力損失，其中，p1和v1段的流動壓力和流速為1-1；v2收縮段2-2的P2、壓力和流速；局部阻力系數(shù)；1和2的動能修正系數(shù)取為1。因為d d ，v1 v2 ，v1可以忽略不計，并且上述公式可以在整理后得到，其中Cv速度系數(shù)，即(2-32)，薄壁孔的流量，以及2.5.1液體