液壓傳動(dòng)與控制第2章

1、第二章，液壓流體力學(xué)基礎(chǔ)，液體流動(dòng)過程中存在能量損失，可用伯努利方程表示：公式中的hw項(xiàng)，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(dòng)狀態(tài)有關(guān)。2.4管道內(nèi)液體流動(dòng)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(dòng)時(shí)，有兩種流動(dòng)狀態(tài)，即層流和湍流。通過實(shí)驗(yàn)可以觀察到兩種流動(dòng)狀態(tài)，即雷諾實(shí)驗(yàn)。2.4管道內(nèi)液體流動(dòng)的能量損失，雷諾，圖2.4.1雷諾實(shí)驗(yàn)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(dòng)方向上分層流動(dòng)，各層不相互干擾或混合，并以平行狀態(tài)向前流線流動(dòng)。當(dāng)湍流流動(dòng)時(shí)，每個(gè)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(dòng)。2.4.1層流、湍流和雷諾數(shù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在層流狀態(tài)下，液體顆粒不會(huì)相互干擾，液體流動(dòng)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(dòng)是混沌的。沿管道流動(dòng)時(shí)，除了平行于管道軸線的運(yùn)動(dòng)外，還存在劇烈的橫向運(yùn)動(dòng)，液體顆粒在流動(dòng)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(dòng)，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(dòng)能損失上。2.4.1層流、湍流和雷諾數(shù)。雷諾實(shí)驗(yàn)也證明了液體在圓管中的流動(dòng)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(dòng)粘度有關(guān)。液體流動(dòng)狀態(tài)

3、由上述三個(gè)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(dòng)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(dòng)的慣性作用與粘性作用的比值。當(dāng)雷諾數(shù)較大時(shí)，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(shí)，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(dòng)模式的依據(jù)，稱為臨界雷諾數(shù)，記錄為Rec。當(dāng)re rec時(shí)會(huì)發(fā)生湍流。普通液體流動(dòng)管道的臨界雷諾數(shù)通過實(shí)驗(yàn)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(duì)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(dòng)時(shí)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(dòng)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(dòng)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(shí)，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(shí)，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(dòng)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(jì)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(jì)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(shí)，流經(jīng)閥門的壓力損失p可由下式計(jì)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(shí)，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(huì)發(fā)生。其中-是局部阻力系數(shù)

6、，通常通過實(shí)驗(yàn)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(gè)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(jì)算的壓力損失值小于實(shí)際值。因?yàn)槿绻植空系K物的距離過小，通過第一個(gè)局部障礙物的流體將在穩(wěn)定前進(jìn)入第二個(gè)局部障礙物，這時(shí)流體流動(dòng)的擾動(dòng)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(dòng)特性，2.5.1液體流過小孔的流量計(jì)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(dòng)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(dòng)能修正系數(shù)取為1。因?yàn)閐 d ，v1 v2 ，v1可以忽略不計(jì)，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