管道内压力损失的计算

1、管道内压力损失的计算 一、液体在直管中流动时的压力损失 液体在直管中流动时的压力损失是由液体流动时的摩擦引起的，称之为沿程压力损失， 它主要取决于管路的长度、内径、液体的流速和粘度等。液体的流态不同，沿程压力损失也 不同。液体在圆管中层流流动在液压传动中最为常见，因此，在设计液压系统时， 常希望管 道中的液流保持层流流动的状态。 1.层流时的压力损失 在液压传动中，液体的流动状态多数是层流流动，在这种状态下液体流经直管的压力损 失可以通过理论计算求得。 (b) 圆管中的层流 (1)液体在流通截面上的速度分布规律。如图所示，液体在直径d的圆管中作层流运动， 圆管水平放置，在管内取一段与管轴线重合

2、的小圆柱体，设其半径为r，长度为I。在这一 小圆柱体上沿管轴方向的作用力有：左端压力P1,右端压力P2,圆柱面上的摩擦力为 Ff，则 其受力平衡方程式为： 2 (PiP2) r Ff 0( 由式(2-6)可知： Ff 2 rl 2 rl() dr 式中：为动力粘度。 因为速度增量du与半径增量dr符号相反，则在式中加一负号。 另外， P = Pi- P 2 把 p、式(2-45)代入式(2-44)，则得： du p r dr 2 I 对式积分得: 2 pr 4 l 当r = R时，u= 0，代入(2-47)式得: PR2 4 l U *(R2 宀 由式可知管内流速 u沿半径方向按抛物线规律分布

3、，最大流速在轴线上，其值为： PR2 umax 4 l (1) (1) ?管路中的流量。图(b)所示抛物体体积，是液体单位时间内流过通流截面的体积即 流量。为计算其体积，可在半径为r处取一层厚度为d r的微小圆环面积，通过此环 形面积的流量为： dq 2 rudr 2 r2)dr 卩=u dp /Re代入，且分子分母同乘以2g得: 对式积分，即可得流量 q： R q 0 dq P 2 Pl(R r2)dr R4 P 8 l 0 128 l (2) (2) ?平均流速。设管内平均流速为u. d2 P 32 l 对比可得平均流速与最大流速的关系: (4)沿程压力损失。层流状态时，液体流经直管的沿程

4、压力损失可从式求得: 32 lv 由式可看出，层流状态时，液体流经直管的压力损失与动力粘度、管长、流速成正比，与管 径平方成反比。 在实际计算压力损失时，为了简化计算，得= u d p /Re,并把 64l v2 Pi. g. Red 2g 式中：入为沿程阻力系数。它的理论值为入=64/Re，而实际由于各种因素的影响，对光滑 金属管取 入=75/Re，对橡胶管取 入=80/Re。 2.紊流时的压力损失层流流动中各质点有沿轴向的规则运动。而无横向运动。紊流的重 要特性之一是液体各质点不再是有规则的轴向运动，而是在运动过程中互相渗混和脉动。这 种极不规则的运动，引起质点间的碰撞，并形成旋涡，使紊流

5、能量损失比层流大得多。 由于紊流流动现象的复杂性，完全用理论方法加以研究至今，尚未获得令人满意的成果， 故仍用实验的方法加以研究，再辅以理论解释，因而紊流状态下液体流动的压力损失仍用式 来计算，式中的 入值不仅与雷诺数 Re有关，而且与管壁表面粗糙度 有关，具体的 入值见表2-5。 表2-5圆管紊流时的 入值 圆管鬻遼时的JI茅 雷诺数阶 丄僭廿it輕式 （? A = 0,a 列列 咲阿好 n兆（令歸）* 597（4） 2.局部压力损失 局部压力损失是液体流经阀口、弯管、通流截面变化等所引起的压力损失。液流通过这 些地方时，由于液流方向和速度均发生变化，形成旋涡，使液体的质点间相互撞击，从而产 生较大的能量损耗。 1 1控誘积 4 1_ *J I 一化 1A 突然扩大处的局部损失 局部压力损失的计算式可以表达成如下算式： _ P=辺 式中：为局部阻力系数，其值仅在液流流经突然扩大的截面时可以用理论推导方法 求得，其他情况均须通过实验来确定；为液体的平均流速， 一般情况下指局部阻力下游处 的流速。 管路系统的总压力损失等于所有沿程压力损失和所有局部压力损失之和，即： 2