管路压力损失

管路流态及压力损失主讲人：任好玲华侨大学机电及自动化学院2026年8月10日第三章流体力学基础2内容提要液体的流态沿程压力损失局部压力损失管路系统总压力损失1234实际液体具有粘性，在液体流动时就有力，为了克服阻力，就必然要消耗能量，这样就有能量损失。能量损失主要表现为压力损失，这就是实际液体伯努利方程中最后一项hw的意义。压力损失过大，将使功率消耗增加，油液发热，泄漏增加，效率降低，液压系统性能变坏。因此在液压技术中正确估算压力损失的大小，从而找到减少压力损失的途径。液压系统中的压力损失分为两类：沿程压力损失:油液流经直管时的压力损失。这类压力损失是由液体流动时的内摩擦力引起的。局部压力损失:油液流经局部障碍时，由于液流的方向和速度突然变换，在局部区域形成漩涡，引起液体质点相互撞击和剧烈摩擦因而产生的压力损失。层流：液体中质点沿管道作直线运动而没有横向运动，既液体作分层流动，各层间的流体互不混杂。紊流:液体中质点除沿管道轴线运动外，还有横向运动，呈现紊乱混杂状态。

层流示意图

紊流示意图层流时，液体的流速低，液体质点受粘性约束，不能随意运动，粘性力起主导作用，液体的能量主要消耗在液体之间的摩擦损失上；湍流时，液体的流速较高，粘性的制约作用减弱，惯性力起主导作用，液体的能量主要消耗在动能损失上。一、液体的流态通过雷诺实验还可以证明，液体在圆形管道中的流动状态不仅与管内的平均流速

有关，还和管道的直径d、液体的运动粘度

有关。实际上，液体流动状态是由上述三个参数所确定的称为雷诺数Re的无量纲的数来判定，即：对于非圆形截面管道，雷诺数Re可用下式表示：水力直径RH可用下式计算：式中：A——过流断面积；

χ——湿周，即有效截面的管壁周长。一、液体的流态雷诺数是液体在管道中流动状态的判别数液体流动时的雷诺数Re相同，它的流动状态也就相同液流由层流转变为湍流时的雷诺数和由湍流转变为层流时的雷诺数不同，后者的数值要小，所以一般都用湍流转变为层流时的雷诺数作为判断液流状态的依据，称为临界雷诺数，记作Recr。在实际液体伯努利方程和动量定律中，其动能修正系数

和动量修正系数

值与液体的流动状态有关，当液体湍流时取

=1，

=1；层流时取

=2，

=4/3。一、液体的流态层流时液体质点作有规则的流动，是液压传动中最常见的现象。在设计和使用液压传动系统时，都希望管道中的液流保持这种流动状态。

雷诺数的物理意义：雷诺数是液流的惯性作用对粘性作用的比。当雷诺数较大时，说明惯性力起主导作用，这时液体处于湍流状态；当雷诺数较小时，说明粘性力起主导作用，这时液体处于层流状态。一、液体的流态在液流中取一段与管轴重合的微小圆柱体作为研究对象，设它的半径为r，长度为l，作用在两端面的压力分别为p1和p2，作用在侧面的内摩擦力为Ff。液流在作匀速运动时处于受力平衡状态，故有：式中液体内摩擦力Ff=-2

rlμdu/dr（其中的负号表示流速u随半径r的增大而减小），若令，并将Ff代入上式，整理可得：对上式进行积分，并代入相应的边界条件，即当r=R时，u=0，得：可见管内液体质点的流速在半径方向上按抛物线规律分布。圆管层流一、液体的流态

对于微小环形通流截面积dA=2

rdr，所通过的流量为：于是积分可得：根据平均流速的定义，在管道内的平均流速是：或泊肃叶公式。直径对流量和压力损失的影响很大圆管层流一、液体的流态液体做湍流流动时，其空间内任一点处的流体质点速度的大小和方向都是随时间而变化的，在本质上属于非恒定流动。引入一个时均流速ū的概念，将湍流当做恒定流动来进行计算。在某一时间间隔T时间内，以某一平均流速ū流经一微小截面dA的液体量等于同一时间内以真实流速u流经同一截面的液体量，即则湍流的时均流速为动能修正系数α≈1.05，动量修正系数β≈1.04，因而湍流时可以近似取为1.圆管层流一、液体的流态油液在直管中流动的沿程压力损失可用达西公式表示：二、沿程压力损失公式说明了压力损失ΔP与管道长度及流速v的平方成正比，而与管子的内径成反比。至于油液的粘度，管壁粗糙度和流动状态等都包含在λ内。？？沿程阻力系数

在这里应注意，层流的压力损失p与流速v的一次方成正比，因为在的分母中包含有v的因子。层流时沿程阻力系数的理论值为：水的实际阻力系数和理论值很接近。液压油在金属管中流动时，常取：在橡皮管中流动时，取

二、沿程压力损失2.紊流时沿程阻力系数

紊流流动时的能量损失比层流时要大，截面上速度分布也与层流时不同，除靠近管壁处速度较低外，其余地方速度接近于最大值。其阻力系数由试验求得,当2.3×103<Re<105时，可用勃拉修斯公式求得：

=0.3164Re-0.25二、沿程压力损失三、局部压力损失局部压力损失是液流流经管道截面突然变化的弯管、管接头以及控制阀阀口等局部障碍处时的压力损失。计算式为：

ξ－局部阻力系数，由试验求得；v－液流流速。液体流经各种阀类的压力损失主要为局部损失。当实际通过的流量不等于额定流量时，可根据局部损失与v2成正比的关系按下式计算。

液压系统中管路通常由若干段管道串联而成。其中每一段又串联一些诸如弯头、控制阀、管接头等形成局部阻力的装置，因此管路系统总的压力损失等于所有直管中的沿程压力损失ΔPλ及所有局部压力损失ΣΔPε之和。即：四、管路系统总压力损失减小流速、缩短管道长度、减少管道截面突变、提高管道内壁的加工质量等，都可使压力损失减小一般连接管路不是很长，主要的损失发生在阀口，因此压力损失以局部压力损失为主。解：针对1-1和2-2截面列伯努利方程：另，将1-1和2-2之间的液体取为控制体，根据动量方程又和p0A1v1p1A2v2p212p0A1v1p1A2v2p212推导液流流经截面突然扩大处的压力损失。当A1<<A2时，说明进入突然扩大截面的流体的全部动能因为液体的扰动而全部损失，变成热能散失。如果扩大处倒圆角，对压力损失有很大的影响倒圆角假设：波纹管可以看做是排列着的一串均匀孔口。按照一连串单个液流扩大损失之和来推算。每一节波纹管的局部阻力系数ζ为：在日常生活中，局部压力损失可以被利用。阀门就是利用局部压力损失来控制流量的例子。在航空发动机上，为了防止燃烧室出口的高