流体力学 缝隙流动

u0 h y y u p
2l h
y
相对运动时的流量
bh bh 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
3. 同心环形间隙在压差下的流动
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。 （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
6 q h12 h22 6 u0 h1 h2 p p1 p2 2 2 btg h1 h2 tg h1h2
2、流量
2 2 h bh1h2 b 1 h2 q p u0 6 l h1 h2 h1 h2
3、如果上、下平板均固定不动
6 q 1 1 p p1 ( 2 2) btg h h1
dh dh q p v 12l 2
3
来自百度文库
7.3 流经倾斜平面缝隙的流动
y0 yh
流速
u u0
u0
y p dp y y u u0 1 1 h 2 dx h h
流量
bhu0 bh3 dp q b udy 0 2 12 dx
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。 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。
流出。
例1

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。
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t r 表示，两相为一个周期。即
t r 2L c
直接水击：若阀门的关闭时间 ts tr ，则水击波还没有来 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 t r，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。
2 0
当内外圆相互间没有轴向相对移动，即 u0=0时，其流量为
dh p 2 q 1 1.5 12 l
2 0
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
h
二、整体间隙流动
dp 6 u0 12 q 2 3 dx h bh
1、压力分布 积分，并利用边界条件确定积分常数，得
6 u0 1 1 6 q 1 1 p p1 ( 2 2) ( ) btg h h1 tg h h1
6 u0 1 1 6 q 1 1 p2 p1 ( 2 2) ( ) btg h2 h1 tg h2 h1
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 t r ts 式中：v指被改变的流速值；c水击波速。 水击波速： 式中： 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 t r 。 尽量采用管径较大的管道，减少管内流速。
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。 4．精细过滤油液。


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 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
6 q 1 1 p p1 p2 ( 2 2) btg h2 h1
h12 h22 b q p 6 l h1 h2
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
dh p dh0u0 2 q 1 1.5 12 l 2
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

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


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 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。
c K
1
Kd Ee
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， 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
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。
h y y u p
2l
压差流动时的流量
bh 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
3
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。