管道流动 孔口流动 缝隙流动 气穴现象

管道流动 孔口流动 缝隙流动
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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hw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
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流态，雷诺数

雷诺实验装置
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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——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——Re = v d / υ ，



v 为管内的平均流速 d 为管道内径 υ为液体的运动粘度
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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 华中科技大学 于另一侧的压力，使阀芯受到一个液压侧向力的作用。
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。

紊流时的沿程压力损失 ：

Δpλ =λ（l /d）ρv 2 /2 λ除了与雷诺数有关外，还与管道的粗糙度有关。 λ= f（Re，Δ/ d ），Δ为管壁的绝对粗糙度，Δ/d 为相对粗糙度。
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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。 Δpξ= ξρv 2 / 2 ξ为局部阻力系数，具体数值可查有关手册。 液流流过各种阀的局部压力损失可由阀在额定压力 下的压力损失Δps来换算： Δpξ= Δps（q / qs ）2 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。 ∑Δp = ∑Δpλ + ∑Δpξ
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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 = （πd ho3 / 12μl ）Δp（1 + 1.5 ε2） 式中 ho为内外圆同心时半径方向的缝隙值
ε为相对偏心率，ε＝ e / ho
当偏心量e=ho，
即ε＝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。
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滑阀阀口

滑阀阀口可视为薄壁小孔，流经阀口的流量为 q＝CdπDxv(2Δp/ρ)1/2 式中 Cd－流量系数，根据雷诺数查图1－ 20 D－滑阀阀芯台肩直径 xv－阀口开度， xv＝2～4mm

锥阀阀口
锥阀阀口与薄壁小孔类似，流经阀口的流量为 q＝Cdπdmxvsinα(2Δp/ρ)1/2 式中Cd－流量系数，根据雷诺数查图1－22 dm－阀座孔直径 xv－阀芯抬起高度 α－阀芯半锥角

A0—小孔截面积； Cd—流量系数，Cd=CvCc

Cv称为速度系数 ；Cc称为截面收缩系数。流量系 数Cd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Cd=0.60~0.61 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。

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(Δp)/dq=Δp1m/K Am L 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。 Δp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， Δp 随之改变，这种液阻的阻力特性用于压力控

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。
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气穴现象
气穴现象——液压系统中，某点压力低于液压油液所
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减少气穴现象的措施
＜3.5。
来自百度文库
1、 减小阀孔前后的压力降，一般使压力比p1/p2
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。
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制阀的内部控制。 华中科技大学 多个孔口串联或并联，总液阻类似电阻的计算。
缝隙流动
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）。
通过平板缝隙的流量
q = b h 3Δp / 12μl ± u ob h / 2 在压差作用下，流量q 与 缝隙值h 的三次方成正比，
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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
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这说明液压元件内缝隙的大小对泄漏量的影响非常大。
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环形缝隙

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 。 通过同心圆柱环形缝隙的流量公式： q = （πd h 3 / 12μl ）Δp ± πd h uo / 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。
雷诺数为无量纲数。 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Recr。 当Re＜Recr，为层流；当Re＞Recr，为紊流。 常见液流管道的临界雷诺数见书中表格。
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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。

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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 = CdA0(2Δp/ρ)1/2 Cd 应按曲线查得，雷诺数较大时，Cd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 =（πd 4 / 128μl ）Δp 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。

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。
薄壁小孔液流

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经整理得到流经薄壁小孔流量
q = CdAo（2Δp /ρ）1/2
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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。

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 =（πd 4/128μl ）Δp 管道内的平均流速 v = (d 2/32μl )Δp 沿程压力损失 Δpλ =（64/Re)( l /d ) ρv 2 /2 =λ（l /d ）ρv 2 /2 λ为沿程阻力系数，实际计算时对金属管取λ= 75 / Re。

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。