液体流动时的压力损失

1、2.3 液体流动时的压力损失  实际液体具有粘性或管道形状和截面尺寸发生变化时，对液体流动会产生阻力，因此要损失一部分能量。压力损失由沿程压力损失和局部压力损失两部分组成。在设计液压系统时要尽量减小压力损失，从而提高系统效率、减小由此带来的温升。压力损失的大小与液体的流动状态有关。液体的流动状态英国物理学家雷诺通过大量实验，发现了液体在管路中流动时存在的两种流动状态-层流和紊流。雷诺实验表明，层流时液体质点互不干扰，液体沿管路轴线作线性或层状流动；紊流时液体质点相互干扰，运动杂乱无章，除了沿管路轴线运动以外还有剧烈的横向运动。    

2、实验分析表明，层流发生在液体流速较低的场合，粘性力起主导作用，压力损失主要是液体的粘性摩擦损失；紊流发生在液体流速较高的场合，惯性力起主导作用，压力损失主要是液体的动能损失。雷诺数液体的流动状态可用雷诺数判断。    雷诺数定义为 式中，d管路的直径；v液体的平均流速；液体的运动粘度。雷诺数的物理意义是：液流的惯性作用和粘性作用之比。    对于非圆形截面管路，雷诺数定义为     水力直径可用下式计算 式中，A液流的有效面积；液流的湿周周长（液流有效流通截面的周界长度）。 

3、   由此可见，面积相等但形状不同的通流截面，其水力直径是不同的。计算表明，圆形的水力直径最大，同心圆环的水力直径最小。水力直径大则通流能力强，对液体的流动阻力小。因此管路多是圆形截面。    雷诺数表明了液体的流动状态。把液体由紊流变成层流时对应的雷诺数称为临界雷诺数，记作。一切流动都有层流和紊流两种流动状态及相应临界雷诺数，临界雷诺数的数值由实验测定。当液流的实际雷诺数小于临界雷诺数时，液流为层流；反之，为紊流。常见液流管道的临界雷诺数如表2.2所示。液体流动状态的判定沿程压力损失 液体在等径直管中流动时产生的压力损失称

4、为沿程压力损失，该损失与液体的流动状态有关。1. 层流时的沿程压力损失 图2.11  圆管层流运动分析液体在等径水平直管中的层流流动如图2.11所示。    取一段与管轴重合的微小圆柱体作为研究对象。液体处于受力平衡状态，即 式中，是液体内摩擦力。这里用到了牛顿液体内摩擦定律。整理上式可得 对上式进行积分，并代入边界条件，得    可见，流速在半径方向上是按抛物线规律分布的，在管道轴线上流速取最大值。 通过微元体的流量微元为 积分上式可得 平均流速为沿程压力损失为 上式也可以

5、写为 式中，是沿程阻力系数。实际计算时，对金属管取=75/Re，橡胶管取=80/Re。2. 紊流时的沿程压力损失    紊流时计算沿程压力损失的公式在形式与上式相同。不同的是此时的不仅与雷诺数有关，还与管壁的粗糙度有关，即=f(Re，/d）。绝对粗糙度与管径d的比值/d称为相对粗糙度。局部压力损失     液体流经管道的弯头、截面尺寸突变处或阀口、过滤网等局部区域时产生的压力损失称为局部压力损失。局部压力损失的计算公式如下    式中，局部阻力系数。各种局部装置结构的是由实验测定的，可查手册。阀类元件局部压力损失可按下式计算式中，阀在额定流量下的压力损失；阀的额定流量；阀的实际流量。 管路系统总的压力损失 注意：在两个局部阻力区之间的直管长度应大于（