流量特性

单击此处编辑母版文本样式,第二层,第三层,第四层,第五层,单击此处编辑母版标题样式,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,h,w,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,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：液体质点互不干扰，液体的流动呈线性或层状，且平行于管道轴线；,紊流：液体质点的运动杂乱无章，除了平行于管道轴线的运动以外，还存在着剧烈的横向运动。,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,雷诺数,Re,=,v d/,，,v,为管内的平均流速,d,为管道内径（对于圆形截面而言，非圆形的用水力直径概念）,为液体的运动粘度,雷诺数为液体惯性力与粘性力之比的无量纲数。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,Re,cr,。当,Re,Re,cr,，为层流；当,Re,Re,cr,，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,=,（,d,4,/,128l,）,p,管道内的平均流速,v,=(,d,2,/,32l,),p,沿程压力损失,p,=,（,64,/,Re,)(,l,/,d,),v,2,/,2,=,（,l,/,d,）,v,2,/,2,为沿程阻力系数，实际计算时对金属管取,=,75/Re,。,紊流时的,沿程压力损失,：,p,=,（,l,/,d,）,v,2,/,2,除了与雷诺数有关外，还与管道的粗糙度有关。,=,f,（,Re,，,/,d,），,为管壁的绝对粗糙度，,/,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。,p,=,v,2,/,2,为局部阻力系数，具体数值可查有关手册。,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。,p,=,p,+,p,举例 例,2-7 P37,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,1,1,、,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。,经整理得到流经薄壁小孔流量,q,=,C,d,A,o,（,2p,/,）,1/2,A,0,小孔截面积；,C,d,流量系数，,C,d,=,C,v,C,c,C,v,称为速度系数；,C,c,称为截面收缩系数。流量系数,C,d,的大小一般由实验确定，在液流完全收缩的情况下，当,Re,10,5,时，可以认为是不变的常数，计算时按,C,d,=,0.600.61,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,C,d,Dx,v,(2,p,/,),1/2,式中,C,d,流量系数，根据雷诺数查图,1,20,D,滑阀阀芯台肩直径,x,v,阀口开度，,x,v,2,4,mm,锥阀阀口,锥阀阀口与薄壁小孔类似，流经阀口的流量为,q,C,d,d,m,x,v,sin,(2,p,/,),1/2,式中,C,d,流量系数，根据雷诺数查图,1,22,d,m,阀座孔直径,x,v,阀芯抬起高度,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,=,C,d,A,0,(,2,p,/,),1/2,C,d,应按曲线查得，雷诺数较大时，,C,d,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,=,（,d,4,/128,l,）,p,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。,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(,p,)/d,q,=,p,1-m,/,K,L,Am,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,。,p,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,，,p,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,=,b h,3,p,/,12l,u,o,b h,/,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）；两平板相对运动也会使液体产生流动（剪切流动）,。,环形缝隙,通过同心圆柱环形缝隙的流量公式：,q,=,（,d h,3,/,12l,）,p,d h,u,o,/,2,当圆柱体移动方向和压差方向相同时取正号，方向相反时取负号。,相对运动的圆柱体与孔之间的间隙为圆柱环形间隙。根据两者是否同心又分为同心圆柱环形间隙和偏心环形间隙。通过其间的流量也包括压差流动流量和剪切流动流量。设圆柱体直径为,d,，缝隙值为,h,，缝隙长度为,l,。,设内外圆的偏心量为,e,，流经偏心圆柱环形缝隙的流量公式：,q,=,（,d,h,o,3,/,12l,）,p,（,1,+,1.5,2,）,式中,h,o,为内外圆同心时半径方向的缝隙值,为,相对偏心率，,e,/,h,o,当偏心量,e,=,h,o,，即,1,时（最大偏心状态），其通过的流量是同心环形间隙流量的,2.5,倍。因此在液压元件中应尽量使配合零件同心。,圆锥环形缝隙的流量 及液压卡紧现象,当柱塞或柱塞孔，阀芯或阀体孔带有一定锥度时，两相对运动零件之间的间隙为圆锥环形间隙，间隙大小沿轴线方向变化。,阀芯大端为高压，液流由大端流向小端，称为倒锥，阀芯小端为高压，液流由小端流向大端，称为顺锥。,阀芯存在锥度不仅影响流经间隙的流量，而且影响缝隙中的压力分布。,如果阀芯在阀体孔内出现偏心，作用在阀芯一侧的压力将大于另一侧的压力，使阀芯受到一个液压侧向力的作用。,液压卡紧现象,倒锥的液压侧向力使偏心距加大，当液压侧向力足够大时，阀芯将紧贴孔的壁面，产生所谓液压卡紧现象；而顺锥的液压侧向力则力图使偏心距减小，不会出现液压卡紧现象。,为减少液压侧向力，一般在阀芯或柱塞的圆柱面开径向均压槽，使槽内液体压力在圆周方向处处相等，槽深和宽为,0.3,1.0mm,。,液压冲击,液压冲击,因某些原因液体压力在一瞬间会突然升高，产生很高的压力峰值，这种现象称为液压冲击。瞬间压力冲击不仅引起振动和噪声，而且会损坏密封装置、管道、元件，造成设备事故。,液压冲击的类型,管道阀门突然关闭时的液压冲击,运动部件制动时产生的液压冲击,减少液压冲击的措施：,延长阀门关闭和运动部件制动换向的时间。,限制管道流速及运动部件的速度。,适当增大管径，以减小冲击波的传播速度。,尽量缩短管道长度，减小压力波的传播时间。,用橡胶软管或设置蓄能器吸收冲击的能量。,气穴现象,气穴现象,液压系统中，某点压力低于液压油液所在温度下的空气分离压时，原先溶于液体中的空气会分离出来，使液体产生大量的气泡，这种现象称为气穴现象。当压力进一步减小低于液体的饱和蒸汽压时，液体将迅速汽化，产生大量蒸汽气泡使气穴现象更加严重。气穴现象多发生在阀口和泵的吸油口。,气穴现象的危害 大量气泡使液流的流动特性变坏，造成流量和压力不稳定；气泡进入高压区，高压会使气泡迅速崩溃，使局部产生非常高的温度和冲击压力，引起振动和噪声；当附着在金属表面的气泡破灭时，局部产生的高温和高压会使金属表面疲劳，时间一长会造成金属表面的侵蚀、剥落，甚至出现海绵状的小洞穴，这种气蚀作用会缩短元件的使用寿命，严重时会造成故障。,减少气穴现象的措施,1,、,减小阀孔前后的压力降，一般使压力比,p,1/,p,2,3.5,。,2,、尽量降低泵的吸油高度，减少吸油管道阻力。,3,、各元件联接处要密封可靠，防止空气进入。,4,、增强容易产生气蚀的元件的机械强度。,