液体流经小孔缝隙的流量计算

1、液体流经小孔缝隙的流量计算液体流经小孔和缝隙时的流量计算液压传动中常利用液体流经阀的小孔或间隙 来控制流量和压力，达到调速和调压的目的。液 压元件的泄漏也属于缝隙流动。因而讨论小孔和 间隙的流量计算，了解其影响因素对于正确分析 液压元件和系统的工作性能是很有必要的。一、液体流经小孔时的流量计算小孔可分为三种，当小孔的长度】与直径"的比£1_值lW0.5时，称为薄壁小孔；当了>4,称为细 长孔；当0.5<504时，则称为短孔（厚壁孔）。1.薄壁小孔流量的计算图218所示为液体流过薄壁小孔的情况。当 液体从薄壁小孔流出时，左边大直径处的液体均 向小孔汇集，.在惯性力

2、的作用下，在小孔出口 处的液流由于流线不能突然改变方向，通过孔口后会发生收缩现象，而后再开始扩散。这一收缩 和扩散过程就产生了很大的压力损失。图218流经薄壁小孔的流量计算图收缩断面积4与孔口断面积工之比称为断面收 缩系数即6=4必。收缩系数决定于雷诺数、 孔口及边缘形状、孔口离管道侧壁的距离等因 素。当管道直径口与小孔直径d的比值q/d )7时, 收缩作用不受孔前管道内壁的影响，这时收缩称 为完全收缩。反之，当 W<7时，孔前管道对 液流进入小孔起导向作用，这时的收缩称为不完 全收缩。现对小孔前后断面1 1和收缩断面CC列 伯努利方程(2- 58)式中媒为液体流经小孔时流束突然缩小的局

3、部 阻力系数。由于Q>>*可认为“1弋0,又由于小 孔过流的收缩断面上流速基本均布，故有%=1, 则得(259)式中q小孔速度系数，；-小孔前后压力差， =a。考虑其=%,由式(233)可得通过薄壁小孔的 流量公式为g尸=/< 丫0一 q卫c(260)式中，一一小孔流量系数，q=GG；流量系数值 由实验确定，当完全收缩时，,=0.610.62;当不完全收缩时，二=0.70.8。流经薄壁小孔时，孔短，其摩擦阻力的作用很 小，并与压力差刈的平方根成正比，所以，流量 受温度和粘度变化的影响小，流量稳定。因此， 液压系统中常采用薄壁小孔作为节流元件。2 .短孔的流量计算短孔的流量公式

4、仍为式（260）,但流量系 数不同，一般取，:0.82。短孔容易加工，故常 用于固定节流器。3 .细长小孔的流量计算流经细长小孔的液流，由于粘性而流动不畅， 一般都是层流状态，故其流量公式可用层流时直 管的流量公式，即(261)由式（260）可知，液体流经细长小孔的流量与液体的粘度成反比，即流量受温度影响，并 且流量与小孔前后的压力差成线性关系。通过上述三种小孔的流量可以归纳为一个通用公式：=长工城(2-62)式中K由孔的形状、尺寸和液体性质决定的系数：对细长孔：K =砺；C II对薄壁孔和短孔：K=必 小孔通流截面面积；功小孔两端压力差；液由小孔长径比决定的指数：对细长孔：形=1;对薄壁孔：

5、蹬=0.5;对短孔：*=0.51。二、液体流经缝隙时的流量液压元件内有相对运动的配合间隙，会造成液 压油的泄漏，可分为内泄漏和外泄漏。泄漏产生的原因： 间隙两端的压力差引起 压差流动； 间隙配合面有相对运动引起的剪 切流动。1 .流经平行平板间隙的流量(1)流经固定平行平板间隙的流量图219流经固定平行平板间隙的流量图219所示为液体在两固定平行平板间隙内的流动状态，间隙两端有压力差 故属于压差流动。若其间隙高度为 长度为？，经理论推导可得：从上式可知，在压力差作用下,(263)流过间隙的流量与间隙高度血的三次方成正比，所以液压元件间隙的大小对泄漏的影响很大，因此，在要求密 封的地方应尽可能缩

6、小间隙，以便减少泄漏。(2)流经相对运动平行平板间隙的流量由图220可知，当一平板固定，另一平板以 速度均作相对运动时。由于液体粘性存在，紧贴 于作相对运动的平板上的油液同样以气速度运动。紧贴于固定的平板上的油液则保持静止，中 间液体的速度则呈线性分布，液体作剪切流动， 其平均流速，=段。于是，由于平板运动而使液 体流过平板间隙的流量为：%=- = 2 bk(64)式中入9间隙的高度和宽度。如果液体在平行平板间隙中既有压差流动又 有剪切流动，则间隙中流速的分布规律和流量是 上述两种情况的叠加，其间隙流量为：心=而”土工占(2- 65)式中:,平行平板间的相对运动速度。“土”号的确定方法如下：当

7、长平板相对于短 平板移动的方向和压差方向相同时取“+”号，方向相反时取“一”号。2 .流经环状间隙的流量在液压元件中，如液压缸与活赛的间隙；换向 阀的阀芯和阀孔之间的间隙，均属环状间隙。实 际上由于阀芯自重和制造上的原因等往往使孔 和圆柱体的配合不易保证同心，而存在一定的偏 心度，这对液体的流动(泄漏)是有影响的。(1)流经同心环状间隙的流量如图221所示为液流通过同心环状间隙的 流动情况，其柱塞直径为图，间隙为J柱塞长度 为如果将圆环间隙沿圆周方向展开，就相当 于一个平行平板间隙，因此，只要用 山替代式中 ) 就可得到通过同心环状间隙的流量公式：血/ 小% = 12同悔土石施h(66)(2)流经偏心环状间隙的流量如图222所示，若圆环的内外圆不同心，偏 心距为"则形成了偏心环状的间隙。其流量公 式为：加酎/*西功(1+1导)土石加m(2- 67)式中必内外圆同心时的间隙； 相对偏心率，£=百/。从上式可以看出，当£ = 0时，即为同心环间 隙的流量。随