[材料科学]流体力学缝隙流动

q p v
12l 2
• 长平板相对于短平板的运动方向和压差流 动方向一致时，取“+”号：反之，取“-”号。
• 缝隙越小，泄漏越少，但摩擦功率损耗增 加，因此h并非越小越好，有一最佳值。
3. 同心环形间隙在压差下的流动
dh3
dh
q p v
12l
2
7.3 流经倾斜平面缝隙的流动
y 0 u u0 yh u0
原因：
1.脏物进入缝隙而使阀芯移动困难， 2.缝隙过小在油温升高时阀芯膨胀而
卡死， 3.滑阀副几何形状误差和同心度变化
所起引起的径向不平衡液压力，即 液压卡紧力。
采取下述措施减小液压卡紧力：
1．提高阀的加工和装配精度，避免出现偏心。 2．在阀芯台肩上开出平衡径向力的均压槽 3．使阀心或阀套在轴向或圆周方向上产生高频 振动或摆动。
降压增速过程
3.由于液体具有惯性，仍然以速度v0向 容器方向继续流动，因而使紧靠B处的液
体的压力降低p，形成压力降低波，同
样由B向A传播。传到A处的瞬间，全管压 力均在低于初始压力p0的状态。
降压减速过程
4.容器内液体的压力高于管中液体压力， 液体由容器向管内流动，使得A处压力首
先恢复到管路初始压力p0，此压力波又
q dh02p 11.5 2
12l
由上式可以看到 当ε＝0时，同心环形缝隙的流量公式。 当ε＝1时，即在最大偏心情况下，其流量为 同心环形缝隙流量的2.5倍，
7.4 两平行圆盘间缝隙流
图示一种在静压支承中(例如轴向柱塞泵滑履中) 的平面缝隙流动，这里的液体自圆环中心向外辐射 流出。
例1
三、最大水击压强与水击波速
直接水击最大压强： p cv
间接水击最大压强：p cv tr ts
式中：v指被改变的流速值；c水击波速。
水击波速： 式中：
c K
1
Kd Ee
K—液体体积模量； E—管壁材料的弹性模量；
e—管壁厚度；
d—管道内径。
四、减少水击影响的措施
适当延长阀门开启时间，使 ts tr 。
后面各层液体也依次停止流动，动能依次转化 为压力能，形成压力波，并以速度c由B向A传播。 当此压力波传播至A点以后
减速升压过程
2.由于管中液体的压力高于容器内液体 压力，管中液体向容器内流动，A处一层
液体首先恢复到初始压力p0，并依次从A 到B各层液体恢复到初始压力p0时，管内
液体全速向外流出
得及自水池返回阀门，阀门已关闭完毕。那么阀门处的水
击增压，不受水池反射的减压波的消弱，而达到可能出现
的最大值。
间接水击：若阀门的关闭时间ts tr，则水击波已从水池
返回阀门，而关闭仍在进行。那么，由于受水池反射的减
压波的消弱作用，阀门处的水击增压比直接水击小。
因此，工程上应尽可能避免发生直接水击。
尽量采用管径较大的管道，减少管内流速。
缩短管道长度，使管中水体质量减少。 在管道适当位置上设置蓄能器，对水击压强起缓冲作用。 在管道上安装安全阀，以便出现水击时及时减弱水击压强 的破坏作用。
液体以速度v0流出。若将阀门突然关闭，
1.紧靠阀门口B处的一层液体首先停止流动，液
体的动能转化为压力能，压力升高p。接着，
流速
u
u0
1
y h
p
2
dp dx
1
y h
y h
流量
q b h udy bhu0 bh3 dp
0
2 12 dx
二、整体间隙流动 dp 6u0 12q
dx h2 bh3
1、压力分布 积分，并利用边界条件确定积分常数，得
p
p1
6q btg
1 ( h2
1 h12
)
6u0 tg
(1 h
1 )
缝隙流动
一、缝隙液流特性
液压系统中的零件之间，通常需要一定 的配合间隙，由此产生了泄漏现象。
在液压系统内，压力油从压力高处流向 压力低处的现象，叫内泄漏。
压力油从液压系统内部流向大气中，叫 外泄漏。
泄漏量过大会影响液压元件和系统的正 常工作。
1. 固定平行平板间隙流动（压差流动）
上下两平板固定不 动，液体在间隙两 端的压差作用下而 在间隙中流动，称 压差流动。
4．精细过滤油液。
静压支承
静压支承是指用一定方法在二固体运动 面间形成具有承载能力和一定厚度的坚 固液膜，从而使二运动面间避免固体接 触而成为完全液体摩擦的装置。
静压支承种类很多，这里只介绍二串接 节流器间液流的压力自动补偿式静压支 承
p p p
液压冲击
在液压系统中由于某种原因，当管路一端的流 速或压力剧变时，管内油液中产生急剧交替的 压力升降阻尼波动过程称为液压冲过现象。
其中，c是水击波速，L是阀门与水池间的管长。 在 t＝4 L c 瞬时，如果阀门仍然关闭，则水击波将重 复上述四个传播过程。
二、直接水击与间接水击
水击的相：水击波自阀门向水池传播并反射回到阀门所需
的时间，以tr 表示，两相为一个周期。即
tr 2L c
直接水击：若阀门的关闭时间 ts tr ，则水击波还没有来
由A向B传播，当此波传到B时，整个管路 的液体恢复到阀门关闭前的状态
升压增速过程
液流仍以速度v0由A流向B。然而此时阀 门B是关着的，液体重新产生上述的几个 过程
如此循环往复使管内液体的压力振荡不 已。
可采取下列措施来减少液压冲击：
（1）使完全冲击改变为不完全冲击
（2）限制管中油液的流速
（3）用橡胶软管或在冲击源处设置蓄能器，以吸 收液压冲击的能量。
已知液压缸中活塞直径d=100mm，长 l=100mm，活塞与液压缸同心时间隙为 h=0.1mm，Δp=2.0MPa，油液的动力粘 度为0.1Pas。 求：同心时的泄漏量； 完全偏心时的泄漏量。
液压卡紧现象
一般滑阀的阀孔和阀芯之间有很小的缝隙， 当阀芯停止运动一段时间后，这个阻力可 以大到几百个牛顿，使阀芯重新移动十分 费力。这就是所谓滑阀的液压卡紧现象。
u h yy p
2l
压差流动时的流量
bh3 q p
12l
• 通过间隙的流量与间隙的三次方成正比。 • 为了减少泄漏，必须控制间隙量
2. 两平行平板有相对运动时的间隙流动
上下两平板相对运动，间隙两端又存在压 差时的间隙流动。
u h yy p u0 y
2l
h
相对运动时的流量
bh3
bh
1 h12
)
q b h12h22 p
6l h1 h2
p
p1
p2
6q btg
(1 h22
1 h12
)
三、偏心环形缝隙
ε为相对偏心率，ε＝e／h0；h0为内外圆同心时半径 向内的缝隙值。
流量公式为
q dh02p 11.5 2 dh0u0
12l
2
当内外圆相互间没有轴向相对移动，即 u0=0时，其流量为
（4)在容易出现液压冲击的地方，安装限制压力升 高的安全阀。
气穴现象
液体在流动中，由 于压力降低而有气 泡形成的现象
节流口压力分布图
汽蚀现象
由于气穴现象而产生 的气泡随液流到高压 区后气泡破灭，液流 高速冲击向气泡，产 生极高的冲击压力， 使零件表面产生剥蚀 同时伴随着氧化腐蚀 的现象
液压冲击压力波的峰值往往是正常工作压力的 很多倍，造成强烈振动和巨大噪声。这将会造 成系统温升、液压元件损坏或引起某些液压元 件误动作而造成设备损坏或严重事故。
水击（又名水锤）：
在有压管道中的流速发生急剧变化时，引起压强的剧 烈波动，并在整个管长范围内传播的现象。 一、水击的物理过程 1、第一过程（ 0 t L c ），压缩波向水池传播 2、第二过程（ L c t 2L c ），膨胀波向阀门传播 3、第三过程（ 2 L c t 3 L c ），膨胀波向水池传播 4、第四过程（ 3L c t 4 L c ），压缩波向阀门传播
h1
p2
p1
6q btg
1 ( h22
1 h12
)
6u0 tg
1 ( h2
1 )
h1
p
p1
p2
6q btg
h12 h22 h12 h22
6u0 tg
h1 h2 h1h2
2、流量
q
b
6lh12 h22 h1 Nhomakorabeah2p
bh1h2 h1 h2
u0
3、如果上、下平板均固定不动
p
p1
6q btg
(
1 h2