液压流体力学基础02

液压技术

《液压技术基础》 液压技术基础》交通与车辆工程学院周长城

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上堂课内容回顾1.静止液体的力学基本概念和性质； .静止液体的力学基本概念和性质； 2.流动液体的基本方程； .流动液体的基本方程； (1)连续性定律 ) (2)伯努利方程 ) (3)动量定理 )

2011年3月15日

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第五节 流体流动压力损失基本概念：在液压传动中，能量损失主要表现为压力损失， 基本概念：在液压传动中，能量损失主要表现为压力损失，压 力损失分为两类： 力损失分为两类：沿程压力损失和局部压力损失 沿程压力损失：油液沿等直径直管流动时所产生的压力损失， 沿程压力损失：油液沿等直径直管流动时所产生的压力损失， 这类压力损失是由液体流动时的内、外摩擦力所引起的。 这类压力损失是由液体流动时的内、外摩擦力所引起的。 局部压力损失：是油液流经局部障碍(如弯管、接头、 局部压力损失：是油液流经局部障碍(如弯管、接头、管道截 面突然扩大或收缩) 由于液流的方向和速度的突然变化， 面突然扩大或收缩)时，由于液流的方向和速度的突然变化， 在局部形成旋涡引起油液质点间， 在局部形成旋涡引起油液质点间，以及质点与固体壁面间相互 碰撞和剧烈摩擦而产生的压力损失。 碰撞和剧烈摩擦而产生的压力损失。

输油管线2011年3月15日 山东理工大学 交通与车辆学院 2/38

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一、通流截面上的流速分布规律： 通流截面上的流速分布规律： 取微小圆柱液体，在匀速运动时受力平衡， 取微小圆柱液体，在匀速运动时受力平衡，即

du ( p1 p2 )πr = F f = 2πrlµ dr2

粘性力

p = p1 p2 p rdr 则 du = 2 µl令 对上式积分，并应用 对上式积分， 边界条件， = 时 边界条件，当r=R时， u=0,得 = ,

p 2 2 u= (R r ) 4 µl

可见，管内液体质点的流速在半径方向按抛物线规律分布， 可见，管内液体质点的流速在半径方向按抛物线规律分布，如 图所示。 图所示。2011年3月15日 山东理工大学 交通与车辆学院 3/38

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二、圆管中的流量 对于半径r,宽度 的微小通流截面 面积dA= 的微小通流截面， 对于半径 ，宽度dr的微小通流截面，面积 =2πrdr,通过 的流量为： 的流量为：

p 2 2 dq = udA = 2πurdr = 2π ( R r )rdr 4 µl通过圆管的流量可由上式积分求得， 通过圆管的流量可由上式积分求得，即：

q=∫2011年3月15日

R

0

πR 4 p 2 2 2π ( R r )rdr = p 4 µl 128µl山东理工大学 交通与车辆学院 4/38

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三、沿程压力损失计算： 沿程压力损失计算：

q d2 p 圆管通流截面上的平均流速为： 圆管通流截面

上的平均流速为： v = = A 32µl沿程压力损失为： 沿程压力损失为： 可以改写为： 可以改写为：

32 µlv p = d2

l ρv pλ = λ d 2

2

式中， 称为沿程阻力系数 的理论值为 称为沿程阻力系数。 的理论值为64/Re。 式中，λ称为沿程阻力系数。λ的理论值为 水在作层流流动时的实际阻力系数和理论值是很接近的。 水在作层流流动时的实际阻力系数和理论值是很接近的。 液压油在金属圆管中作层流流动时，常取λ= 液压油在金属圆管中作层流流动时，常取 =75/Re,在橡胶管 中λ=80/Re。 =2011年3月15日 山东理工大学 交通与车辆学院 5/38

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对于光滑管的沿程阻力系数为

λ = 0.3164 Re

0.25

2.3 × 103 < Re < 105

λ = 0.032 + 0.221 Re 0.237 105 < Re < 3 × 106对于粗糙管的沿程阻力系数为

λ = [1.14 + 2 lg(d / )] 2

Re > 3 × 10 6

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四、局部压力损失： 局部压力损失： 液体流经如阀口、弯管、 液体流经如阀口、弯管、通流截面变化等局部阻力处 所引起的压力损失。 所引起的压力损失。计算公式为 ：

pζ = ζ

ρv 22

式中， 为液体的平均流速 为液体的平均流速， 式中，v为液体的平均流速，一般情况下均指局部阻力后部 的流速。 为局部阻力系数 为局部阻力系数。 的流速。ξ为局部阻力系数。 对于液流通过各种标准液压元件的局部损失， 对于液流通过各种标准液压元件的局部损失，一般可 而对于非标准元件， 从产品技术规格中查到 。 而对于非标准元件，可以通过分 析计算求得。 析计算求得。

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突然扩大的局部压力损失 (1)管道突然扩大的局部压力损失 )管道突然扩大的 管道局部扩大， 管道局部扩大，由包达 定理得到的突然扩大的局部 定理得到的突然扩大的局部 压力损失系数为： 压力损失系数为：

A2 2 ξ = ( 1) A1(2) 逐渐扩大的局部压力损失 ) 逐渐扩大的 对于逐渐扩大的压力局部， 对于逐渐扩大的压力局部，扩 可得， 大角度为θ, 包达定理可得 大角度为 ，由包达定理可得， 局部压力(水头)损失为： 局部压力(水头)损失为：

(v1 v2 ) 2 hf = k 2g式中， 为经验公式系数 为经验公式系数， 式中，k为经验公式系数，2011年3月15日 山东理工大学 交通与车辆学院 8/38

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根据吉布松( 根据吉布松(Gibson)试验，系数 ，如图所示 )试验，系数k,

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(3) 突然缩小的局部压力损失 ) 突然缩小的 当油液突然进入小管道，如图所示， 当油液突然进入小管道，如图所示， 形成一个过流断面最小的收缩断

面， 形成一个过流断面最小的收缩断面， 其面积为A 其面积为 c。且

Ac = Cc < 1 A2Cc称为 断面收缩系数 ， 突然缩小的局部阻力系数与断面收缩系 称为断面收缩系数 断面收缩系数， 有关。在不同结构下的C 和局部阻力系数，见表所示。 数Cc有关。在不同结构下的 c和局部阻力系数，见表所示。

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(4) 逐渐缩小的局部压力损失 ) 逐渐缩小的 局部逐渐缩小的结构， 局部逐渐缩小的结构，如图所示

在不同角度下，逐渐缩小处的局部 在不同角度下， 阻力系数，见图所示。 阻力系数，见图所示。 局部逐渐缩小的这类管道， 在缩 局部逐渐缩小的这类管道 ， 小处不会出现流线脱离壁面的问 因此， 题 。 因此 ， 其主要阻力成分是沿 程损失。 一般该类出口， 程损失 。 一般该类出口 ， 用于消 防管道出口、 防管道出口 、 水力采煤器的出口 其出口角度均采用10~ ° 等 ， 其出口角度均采用 ~ 20° 的收缩角， 的收缩角 ， 其阻力系数取常数为 0.04。 。2011年3月15日 山东理工大学 交通与车辆学院 11/38

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(5)弯管和折管 ) 弯管和折管的流动现象十分复杂。由于流动惯性， 弯管和折管的流动现象十分复杂。由于流动惯性，在弯管和折 管的内侧，往往流线分离而形成涡流。在外侧， 管的内侧，往往流线分离而形成涡流。在外侧，由于流体冲击壁 面增加液流的混合。此外，由于外侧压力 …… 此处隐藏：2859字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……