第2章液压流体力学5

1、2022-2-24武汉理工大学机电学院1 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。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，称为在液流通道上，通流截面有突然收缩

2、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。流的装置称为节流装置。 节流的概念节流的概念节流的作用节流的作用 一般常用有意设置的节流口来控制流量或压力。一般常用有意设置的节流口来控制流量或压力。 节流的实质节流的实质 形成液阻形成液阻 节流孔口形式节流孔口形式 细长小孔、短孔、薄壁小孔、阀口细长小孔、短孔、薄壁小孔、阀口 2022-2-24武汉理工大学机电学院2用作阻尼孔；孔中是层流流动。用作阻尼孔；孔中是层流流动。 pldq1284),(pAfq给出了流量与通流面积、压力损失之间的线性关系给出了流量与通流面积

3、、压力损失之间的线性关系 应用：应用：压差原理压差原理当当q=0q=0时，时，p=0p=0，pp1 1=p=p2 2； 当当q0q0时，时，p0p0，pp1 1p p2 2； p p1 1p p2 2例如：缓冲例如：缓冲pCApAld322阻尼特性阻尼特性吸收能量吸收能量2022-2-24武汉理工大学机电学院3 由于流线不能转折，液体在上游由于流线不能转折，液体在上游1/21/2d d处开始突然收缩，冲向小孔处开始突然收缩，冲向小孔d d，并在下游，并在下游1/21/2d d处形成收缩瓶颈，然后突然扩大。处形成收缩瓶颈，然后突然扩大。紊流流动紊流流动 压力能在突然收缩处转换为动能，因压力能在突

4、然收缩处转换为动能，因为效率不可能为为效率不可能为1 1，产生局部损失。突然，产生局部损失。突然扩大后，动能不可能完全转换为压力能。扩大后，动能不可能完全转换为压力能。 2222222111212121vvgzpvgzp01v21zz 21vv pCppvv2)(211212pACCvAqTcv222取取1111、2222两个截面，根据伯努利方程，有两个截面，根据伯努利方程，有 2/1pCAqT流量公式流量公式 收缩系数收缩系数流速系数流速系数流量系数流量系数pACTq22022-2-24武汉理工大学机电学院4孔口通用的流量孔口通用的流量压力特性公式压力特性公式 pCAqT),(pAfqT应用

5、例：对于滑阀阀口应用例：对于滑阀阀口 2/12/12pxCpxwCqvvq),(pxfqv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。液压伺服系统工作原理的理论基础。 2022-2-24武汉理工大学机电学院5泄漏的概念泄漏的概念 内泄与外泄内泄与外泄 产生泄漏的原因产生泄漏的原因 泄漏量计算通用公式泄漏量计算通用公式 pKqe压差流动、剪切流动压差流动、剪切流动 泄漏系数泄漏系数 2022-2-24武汉理工大学机电学院6平行平板间隙间隙流动平行平板间隙间隙流动各种缝隙泄漏量公式推导的基础各种缝隙泄漏

6、量公式推导的基础 间隙流动为层流，切应力沿间隙流动为层流，切应力沿x x轴为线性分布轴为线性分布 层流时，压差是层流时，压差是x x的线性函数的线性函数 lplppdxdp12讨论讨论b b=1=1的情况的情况 dxdydppdxdpdy)()(dxdpdyd切应力沿切应力沿y y轴的分布轴的分布 压力沿压力沿x x轴的分布规律轴的分布规律 dydudxdpdyud22dxdp与与y y无关无关 2122CyCdxdpyuyhuyyhlpu0)(2两次积分得速两次积分得速度分布规律度分布规律 根据边界条件根据边界条件 bhuplbhbdyuqh212030结论结论 pKqe不考虑剪切流动，引入

7、泄漏系数不考虑剪切流动，引入泄漏系数 2022-2-24武汉理工大学机电学院7同心环形间隙同心环形间隙 当缝隙当缝隙h h较小时，可将环形缝隙沿圆周方向展开，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，这样把它近似地看作是平行平板缝隙的流动，这样只要将只要将b=db=d代入就可得同心环形缝隙的流量公代入就可得同心环形缝隙的流量公式式 030212udhpldhqpldhq1230不考虑剪切泄露不考虑剪切泄露2022-2-24武汉理工大学机电学院8偏心环形间隙偏心环形间隙00302212)5 . 11 (udhpldhq式中式中 h ho o为内外圆同心时半径方向的缝

8、隙值为内外圆同心时半径方向的缝隙值 为相对偏心率，为相对偏心率， e e / / h ho o当偏心量当偏心量e e = =h ho o ，即，即 1 1 时时（最大偏心状态），其通过的流量（最大偏心状态），其通过的流量是同心环形间隙流量的是同心环形间隙流量的2.5 2.5 倍。倍。 因此在液压元件中应尽量使配合零因此在液压元件中应尽量使配合零件同心。件同心。2022-2-24武汉理工大学机电学院9 柱塞受柱塞受F F=100N=100N的固定力作用而下落，缸中油液经缝隙泄出。的固定力作用而下落，缸中油液经缝隙泄出。设缝隙厚度设缝隙厚度 =0.05=0.05，缝隙长度，缝隙长度L L=70=7

9、0，柱塞直径，柱塞直径d d=20=20，油，油的动力粘度的动力粘度 =50=501010-3 -3 PasPas。试计算当柱塞和缸孔同心时，下。试计算当柱塞和缸孔同心时，下落落0.1m0.1m所需时间是多少所需时间是多少? ?例例解解:根据柱塞运动状态有根据柱塞运动状态有21203dhupldhtVq其中其中柱塞下降柱塞下降0.1m排排出的体积出的体积柱塞下降的柱塞下降的运动速度运动速度HdV244/2dFptHu 0mmh05. 0有有:lphddhHHdt12214322)2(4332hdFhHld33600005. 010041 . 002. 01070503s55272022-2-2

10、4武汉理工大学机电学院10在液压系统工作过程中，由于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，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，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使系统内产生很高的瞬时压力峰值。峰值。振动振动冲击冲击的实质：系统中能量反复相互转换的结果。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，动能可压缩性液体中的振动。由于存在能量交换，动能压力能压力能弹性能，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。因而产生振动。液压冲击是液体中能量瞬时转换而产生的。 液压冲击的危害液压冲击的危害 引

11、起振动、产生噪声；引起振动、产生噪声； 引起系统误动作；引起系统误动作； 损坏密封装置、管道和液压元件。损坏密封装置、管道和液压元件。减小液压冲击的措施减小液压冲击的措施 缓慢关闭阀门；缓慢关闭阀门； 在冲击源前设置蓄能器，在冲击源前设置蓄能器，减小冲击波传递距离；减小冲击波传递距离； 在冲击源附近设置安全阀；在冲击源附近设置安全阀； 限制管中流速。限制管中流速。2022-2-24武汉理工大学机电学院111.1.几个术语几个术语空气在液体中以两种方空气在液体中以两种方式存在：式存在：混入、溶入。混入、溶入。 含气量：液体中所含空气的体积百分比；含气量：液体中所含空气的体积百分比； 空气分离压：

12、当压力降低到某一压力时，过饱和的空气空气分离压：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。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。体发生汽化，这个压力称为饱和蒸气压。2.2.空穴空穴流动液体中，由于流速变化引起压力降低而产生气泡的现象。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。轻微空穴轻微空穴析出混入型空气；析出混入型空气； 严重空穴严重空穴析出溶入型空气；析出溶入型空气；强烈空穴强烈空穴油液汽化。油液汽

13、化。2022-2-24武汉理工大学机电学院123. 3. 空穴程度的度量空穴程度的度量空穴系数空穴系数 4. 4. 气蚀现象气蚀现象 5. 5. 解决措施解决措施 减小阀口上的压力降，前后压力比减小阀口上的压力降，前后压力比3.53.5；限制管中流速，减小压力损失；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；提高液压元件和管道的密封性能；提高元件抗气蚀的能力。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、高压气泡从低压区进入高压区，瞬间溃灭，产生高温、高压高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、温腐蚀元件金属表面，疲劳脱落；高压产生液压

14、冲击，引起振动、噪声。噪声。 （动能）压力能221)(cvcvpp临界空穴系数（实验值）临界空穴系数（实验值） c c=0.4 =0.4 2022-2-24武汉理工大学机电学院13液压油的物理性质液压油的物理性质：粘性的概念与物理本质：粘性的概念与物理本质绝对压力、相对压力、真空度绝对压力、相对压力、真空度静止液体基本方程和等压面静止液体基本方程和等压面动力学三个方程动力学三个方程：方程物理意义及实际应用！：方程物理意义及实际应用！流速与通流面积的关系流速与通流面积的关系连续性方程连续性方程；位能、压力能、动能间的关系位能、压力能、动能间的关系能量方程能量方程；动量方程动量方程，阻尼长度，稳态、瞬态液动力方向；，阻尼长度，稳态、瞬态液动力方向；向量方程；向量方程；F的含义，力和速度的方向的含义，力和速度的方向2022-2-24武汉理工大学机电学院14雷诺数、流态及其物理本质、压力损失雷诺数、流态及其物理本质、压力损失及其计算及其计算压力损