第2章液压流体力学55.ppt
2019/8/24,武汉理工大学机电学院,1,二 压力损失：沿程压力损失,(5) 压力损失计算,（用流量计算）,（用平均流速计算）,（用沿程阻力系数计算式）,沿程阻力系数,理论值,金属管,橡胶管,用比能的形式,2019/8/24,武汉理工大学机电学院,2,压力损失： 沿程压力损失,一般用经验公式计算,紊流下的沿程压力损失,液体在直管中作紊流流动时，其沿程压力损失的计算公式与层流时相同,2019/8/24,武汉理工大学机电学院,3,三 压力损失： 局部压力损失,流速或方向发生突然变化的流动。由于紊动、旋涡等产生的压力损失。,比能形式,（以动能的形式损失能量）,局部阻力系数只有少数可以从理论上推导出来，大部分采用实验数据。,对于阀和过滤器等液压元件的局部压力损失，一般不采用上式进行计算，因为液流情况比较复杂，难以计算。它们的压力损失数值可从产品样本中直接查到。 但是产品样本提供的是元件在额定流量qn下的压力损失pn。当实际通过的流量q不等于额定流量qn时，可依据局部压力损失p与速度v2成正比的关系，来计算元件的实际压力损失pv,局部压力损失与液流的动能直接相关，一般它可以表达成如下的计算式,2019/8/24,武汉理工大学机电学院,4,那么，如何减少压力损失？有那些方法？,以压力损失形式表示的能量损失，转换为热能，影响油液的粘性。,问题,管路系统的 总压力损失,液压系统的管路一般由若干段管道和一些阀、过滤器、管接头、弯头等组成，因此管路总的压力损失就等于所有直管中的沿程压力损失和所有这些元件的局部压力损失之总和.,2019/8/24,武汉理工大学机电学院,5,例: 某液压泵装在油箱油面以下，液压泵的流量q=25L/min，所用液压油的运动粘度为20mm2/s，油液密度为900kg/m3，吸油管为光滑圆管，管道直径为20mm，过滤器的压力损失为0.2×105Pa，试求油泵入口处的绝对压力。,解：,取泵吸油管的管轴为基准面，列出油箱液面和泵吸油腔端面的伯努利方程为：,其中两端面上的参数为：,流速为：,因油箱截面面积较大，所以：v1v2，因此可设v1。,由端面到的总能量损失：,2019/8/24,武汉理工大学机电学院,6,为确定动能修正系数和沿程损失，需先判定流态。,由雷诺公式得,由此可知 ，则沿程损失为,得油泵入口处的绝对压力为,层流,2019/8/24,武汉理工大学机电学院,7,节流孔口的流量 压力特性,事物总是一分为二的。一方面我们希望减少压力损失，提高功率使用率，但是，另一方面，根据流动液体的流量压力特性关系，可以用压力差来控制流量，或用流量来控制压力，即实现流量或压力控制。有一点应该指出，用于控制的是很小的能量信号，损失是可以接受的。,在液流通道上，通流截面有突然收缩处的流动，称为节流，它产生很大的局部压力损失。显然，能引起节流的装置称为节流装置。,节流的概念,节流的作用,一般常用有意设置的节流口来控制流量或压力。,节流的实质,形成液阻,节流孔口形式,细长小孔、短孔、薄壁小孔、阀口,沿程压力损失 局部压力损失,2019/8/24,武汉理工大学机电学院,8, 细长小孔（L/d4）,用作阻尼孔；孔中是层流流动。,给出了流量与通流面积、压力损失之间的线性关系,应用：压差原理 当q=0时，p=0，p1=p2； 当q0时，p0，p1p2；,p1,p2,例如：缓冲,阻尼特性吸收能量,2019/8/24,武汉理工大学机电学院,9, 薄壁小孔(L/d0.5),由于流线不能转折，液体在上游1/2d处开始突然收缩，冲向小孔d，并在下游1/2d处形成收缩瓶颈，然后突然扩大。 紊流流动,压力能在突然收缩处转换为动能，因为效率不可能为1，产生局部损失。突然扩大后，动能不可能完全转换为压力能。,取11、22两个截面，根据伯努利方程，有,流量公式,收缩系数,流速系数,流量系数,2019/8/24,武汉理工大学机电学院,10, 流量压力特性公式的讨论,孔口通用的流量压力特性公式,应用例：对于滑阀阀口,此式特别重要！它是理解液压控制阀等元件、节流调速原理和液压伺服系统工作原理的理论基础。,2019/8/24,武汉理工大学机电学院,11,四 流量损失缝隙泄漏量,泄漏的概念,内泄与外泄,产生泄漏的原因,泄漏量计算通用公式,压差流动、剪切流动,泄漏系数,2019/8/24,武汉理工大学机电学院,12,四 流量损失缝隙泄漏量,平行平板间隙间隙流动各种缝隙泄漏量公式推导的基础,间隙流动为层流，切应力沿x轴为线性分布,层流时，压差是x的线性函数,讨论b=1的情况,切应力沿y轴的分布,压力沿x轴的分布规律,与y无关,两次积分得速度分布规律,根据边界条件,结论,不考虑剪切流动，引入泄漏系数,2019/8/24,武汉理工大学机电学院,13,同心环形间隙,当缝隙h较小时，可将环形缝隙沿圆周方向展开，把它近似地看作是平行平板缝隙的流动，这样只要将b=d代入就可得同心环形缝隙的流量公式,四 流量损失缝隙泄漏量,不考虑剪切泄露,2019/8/24,武汉理工大学机电学院,14,偏心环形间隙,四 流量损失缝隙泄漏量,式中 ho为内外圆同心时半径方向的缝隙值 为相对偏心率， e / ho,当偏心量e =ho ，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。,2019/8/24,武汉理工大学机电学院,15,柱塞受F=100N的固定力作用而下落，缸中油液经缝隙泄出。设缝隙厚度=0.05，缝隙长度L=70，柱塞直径d=20，油的动力粘度=50×10-3 Pa·s。试计算当柱塞和缸孔同心时，下落0.1m所需时间是多少?,例,解:,根据柱塞运动状态有,其中,柱塞下降0.1m排出的体积,柱塞下降的运动速度,有:,2019/8/24,武汉理工大学机电学院,16,2.5 液压冲击,在液压系统工作过程中，由于运动部件急速换向或关闭油路，因液流和运动部件的惯性作用，使系统内产生很高的瞬时压力峰值。,振动冲击的实质：系统中能量反复相互转换的结果。,可压缩性液体中的振动。由于存在能量交换，动能压力能弹性能，因而产生振动。液压冲击是液体中能量瞬时转换而产生的。,液压冲击的危害, 引起振动、产生噪声；, 引起系统误动作；, 损坏密封装置、管道和液压元件。,减小液压冲击的措施, 缓慢关闭阀门；, 在冲击源前设置蓄能器，减小冲击波传递距离；, 在冲击源附近设置安全阀；, 限制管中流速。,2019/8/24,武汉理工大学机电学院,17,2.6 空穴和气蚀现象,1.几个术语,空气在液体中以两种方式存在： 混入、溶入。, 含气量：液体中所含空气的体积百分比；, 空气分离压：当压力降低到某一压力时，过饱和的空气从液体中析出而形成气泡，此压力称为空气分离压。, 饱和蒸气压：在一定温度下，压力降低到某一值时，液体发生汽化，这个压力称为饱和蒸气压。,2.空穴,流动液体中，由于流速变化引起压力降低而产生气泡的现象。,轻微空穴析出混入型空气；,严重空穴析出溶入型空气；,强烈空穴油液汽化。,2019/8/24,武汉理工大学机电学院,18,2.6 空穴和气蚀现象,3. 空穴程度的度量空穴系数,4. 气蚀现象,5. 解决措施, 减小阀口上的压力降，前后压力比3.5；, 限制管中流速，减小压力损失；, 提高液压元件和管道的密封性能；, 提高元件抗气蚀的能力。,气泡从低压区进入高压区，瞬间溃灭，产生高温、高压高温腐蚀元件金属表面，疲劳脱落；高压产生液压冲击，引起振动、噪声。,临界空穴系数（实验值）c=0.4,2019/8/24,武汉理工大学机电学院,19,气压传动,但空气的压缩性极大的限制了气压传动传递的功率，一般工作压力较低（0.31MPa），总输出力不宜大于1040kN，且工作速度稳定性较差。 应用非常广泛，尤其是轻工、食品工业、化工,气压传动是以压缩空气作为工作介质进行能量的传递和控制的一种传动形式,除了具有与液压传动一样，操作控制方便，易于实现自动控制、中远程控制、过载保护等优点外，还具有工作介质处理方便，无介质费用、泄漏污染环境、介质变质及补充等优势。,2019/8/24,武汉理工大学机电学院,20,理想气体状态方程,气体静力学,热力学第一定律,气体状态发生变化时，热能作为一种能量形式可以与气体形式的能量相互转换。,系统所吸收的热量，等于该过程中系统内能的增加与对外做功的总和。,2019/8/24,武汉理工大学机电学院,21,等容状态过程,静止气体状态变化,等压状态过程,等温状态过程,绝热状态过程,多变状态过程,2019/8/24,武汉理工大学机电学院,22,气体流动,气体动力学,热力学第一定律,气体状态发生变化时，热能作为一种能量形式可以与气体形式的能量相互转换。,系统所吸收的热量，等于该过程中系统内能的增加与对外做功的总和。,气体流速较低时，三个基本方程与液体相同 V5m/s时-可压缩性影响,
