液压流体力学基础幻灯片.ppt

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1、液压流体力学基础液压流体力学基础液压流体力学基础液压流体力学基础第1页，共63页，编辑于2022年，星期日第一章第一章液压流体力学基础液压流体力学基础三三 液体动力学液体动力学四四 管道流动管道流动2 2第2页，共63页，编辑于2022年，星期日反映压力、流速与流量的关系反映压力、流速与流量的关系反映压力、流速与流量的关系反映压力、流速与流量的关系 解决流动液体与固体壁面间的作用力问题解决流动液体与固体壁面间的作用力问题主要研究内容：液体流动时流速和压力的变化规律主要研究内容：液体流动时流速和压力的变化规律流体动力学三个基本方程：流体动力学三个基本方程：连续性方程连续性方程伯努利方程伯努利方程

2、动量方程动量方程三三 液体动力学液体动力学第一章第一章液压流体力学基础液压流体力学基础3 3第3页，共63页，编辑于2022年，星期日第一章第一章液压流体力学基础液压流体力学基础3.1 3.1 基本概念（基本概念（基本概念（基本概念（理想液体和恒定流动理想液体和恒定流动理想液体和恒定流动理想液体和恒定流动 通流截面、流量和平均流速通流截面、流量和平均流速通流截面、流量和平均流速通流截面、流量和平均流速）三三 液体动力学液体动力学理想液体理想液体假设的既无粘性又不可压缩的流体称为理想液体假设的既无粘性又不可压缩的流体称为理想液体实际液体？实际液体？恒定流动恒定流动恒定流动恒定流动液体流动时，液体

3、中任一点处的压力、速度和密度都液体流动时，液体中任一点处的压力、速度和密度都液体流动时，液体中任一点处的压力、速度和密度都液体流动时，液体中任一点处的压力、速度和密度都 不随时间而变化的流动（定常流动或非时变流动）。不随时间而变化的流动（定常流动或非时变流动）。不随时间而变化的流动（定常流动或非时变流动）。不随时间而变化的流动（定常流动或非时变流动）。非恒定流动？非恒定流动？非恒定流动？非恒定流动？4 4第4页，共63页，编辑于2022年，星期日第一章第一章液压流体力学基础液压流体力学基础3.1 3.1 基本概念（基本概念（基本概念（基本概念（理想液体和恒定流动理想液体和恒定流动理想液体和恒定

4、流动理想液体和恒定流动 通流截面、流量和平均流速通流截面、流量和平均流速通流截面、流量和平均流速通流截面、流量和平均流速）三三三三 液体动力学液体动力学液体动力学液体动力学流通截面流通截面垂直于流动方向的截面，也称为过流截面。垂直于流动方向的截面，也称为过流截面。流流流流 量量量量单位时间内流过某一通流截面的液体体积。单位时间内流过某一通流截面的液体体积。单位时间内流过某一通流截面的液体体积。单位时间内流过某一通流截面的液体体积。流量以流量以流量以流量以q q q q表示，单位为表示，单位为表示，单位为表示，单位为 mmmm3 3 3 3 /s s s s 或或或或 L/minL/minL/m

5、inL/min。平均流速平均流速实际流体流动时，速度的分布规律很复杂。假设通流截实际流体流动时，速度的分布规律很复杂。假设通流截 面上各点的流速均匀分布。面上各点的流速均匀分布。平均流速为平均流速为v=q/A。设平均流速为设平均流速为设平均流速为设平均流速为v v则：则：则：则：5 5第5页，共63页，编辑于2022年，星期日第一章第一章液压流体力学基础液压流体力学基础3.1 3.1 基本概念（基本概念（基本概念（基本概念（理想液体和恒定流动理想液体和恒定流动理想液体和恒定流动理想液体和恒定流动 通流截面、流量和平均流速通流截面、流量和平均流速通流截面、流量和平均流速通流截面、流量和平均流速）

6、三三三三 液体动力学液体动力学液体动力学液体动力学结论：液压缸的运动速度取决于进入液压缸的平均流量，并且随着流量的变结论：液压缸的运动速度取决于进入液压缸的平均流量，并且随着流量的变化而变化。化而变化。6 6第6页，共63页，编辑于2022年，星期日连续性方程连续性方程第一章第一章液压流体力学基础液压流体力学基础3.2 3.2 流量连续性方程流量连续性方程流量连续性方程流量连续性方程三三 液体动力学液体动力学连续性方程连续性方程连续性方程连续性方程是是是是质量守恒定律质量守恒定律质量守恒定律质量守恒定律在流体力学中的表达形式在流体力学中的表达形式在流体力学中的表达形式在流体力学中的表达形式 恒

7、定流动恒定流动中流过各截面的中流过各截面的不可压缩流体不可压缩流体的流量是不变的。因而的流量是不变的。因而流速与通流截面的流速与通流截面的面积成反比面积成反比。1 1v v1 1 A A1 1=2 2v v2 2 A A2 2 若不考虑液体的压缩性若不考虑液体的压缩性v v1 1 A A1 1=v v2 2 A A2 2q q=uAuA=常量常量7 7第7页，共63页，编辑于2022年，星期日第一章第一章液压流体力学基础液压流体力学基础3.3 3.3 伯努利方程伯努利方程伯努利方程伯努利方程三三 液体动力学液体动力学伯努利方程伯努利方程伯努利方程伯努利方程是是是是能量守恒定律能量守恒定律能量守

8、恒定律能量守恒定律在流体力学中的表达形式在流体力学中的表达形式在流体力学中的表达形式在流体力学中的表达形式（理想液体伯努利方程理想液体伯努利方程理想液体伯努利方程理想液体伯努利方程 实际液体伯努利方程）实际液体伯努利方程）实际液体伯努利方程）实际液体伯努利方程）理想液体理想液体因无粘性，又不可压缩，因此在管内作稳定流动时没有能量损失。根据能因无粘性，又不可压缩，因此在管内作稳定流动时没有能量损失。根据能量守恒定律，同一管道每一截面的总能量都是相等的。量守恒定律，同一管道每一截面的总能量都是相等的。单位质量液体总能量压力能压力能p/p/势能势能zgzg动能动能v v2 2/2 28 8第8页，共

9、63页，编辑于2022年，星期日第一章第一章液压流体力学基础液压流体力学基础3.3 3.3 伯努利方程伯努利方程伯努利方程伯努利方程三三三三 液体动力学液体动力学液体动力学液体动力学（理想液体伯努利方程理想液体伯努利方程理想液体伯努利方程理想液体伯努利方程 实际液体伯努利方程）实际液体伯努利方程）实际液体伯努利方程）实际液体伯努利方程）常量常量常量常量物理意义：物理意义：在管内作稳定流动的理在管内作稳定流动的理想流体具有压力能，势能和想流体具有压力能，势能和动能三种形式的能量，它们动能三种形式的能量，它们可以互相转换，但其总和不可以互相转换，但其总和不变，即能量守恒变，即能量守恒理想液体伯努利

10、方程理想液体伯努利方程9 9第9页，共63页，编辑于2022年，星期日第一章第一章液压流体力学基础液压流体力学基础3.3 3.3 伯努利方程伯努利方程伯努利方程伯努利方程三三三三 液体动力学液体动力学液体动力学液体动力学（理想液体伯努利方程理想液体伯努利方程理想液体伯努利方程理想液体伯努利方程 实际液体伯努利方程实际液体伯努利方程实际液体伯努利方程实际液体伯努利方程）实际液体在管道内流动时：由于液体存在粘性，会产生内摩擦力，消耗能量；由于管道实际液体在管道内流动时：由于液体存在粘性，会产生内摩擦力，消耗能量；由于管道形状和尺寸的变化，液流会产生扰动，消耗能量。因此，形状和尺寸的变化，液流会产生

11、扰动，消耗能量。因此，实际液体流动时存在能量损失实际液体流动时存在能量损失。pp实际液体计算中关于能量损失问题实际液体计算中关于能量损失问题设单位质量液体在两截面之间流动的能量损失为设单位质量液体在两截面之间流动的能量损失为h w g.1010第10页，共63页，编辑于2022年，星期日第一章第一章液压流体力学基础液压流体力学基础3.3 3.3 伯努利方程伯努利方程伯努利方程伯努利方程三三 液体动力学液体动力学（理想液体伯努利方程理想液体伯努利方程理想液体伯努利方程理想液体伯努利方程 实际液体伯努利方程实际液体伯努利方程实际液体伯努利方程实际液体伯努利方程）pp实际流速与平均流速的计算误差问题

12、实际流速与平均流速的计算误差问题 引入动能修正系数，它等于单位时间内某截面处的实际动能与按平均流速计算的动能之比。动能修正系数在紊流时取1.1，在层流时取2，实际计算时常取1。1111第11页，共63页，编辑于2022年，星期日实际液体伯努利方程实际液体伯努利方程第一章第一章液压流体力学基础液压流体力学基础3.3 3.3 伯努利方程伯努利方程伯努利方程伯努利方程三三 液体动力学液体动力学（理想液体伯努利方程理想液体伯努利方程理想液体伯努利方程理想液体伯努利方程 实际液体伯努利方程实际液体伯努利方程实际液体伯努利方程实际液体伯努利方程）pp考虑能量损失和动能修正系数后，实际液体伯努利方程考虑能量

13、损失和动能修正系数后，实际液体伯努利方程1212第12页，共63页，编辑于2022年，星期日第一章第一章液压流体力学基础液压流体力学基础3.3 3.3 伯努利方程伯努利方程伯努利方程伯努利方程三三三三 液体动力学液体动力学液体动力学液体动力学（理想液体伯努利方程理想液体伯努利方程理想液体伯努利方程理想液体伯努利方程 实际液体伯努利方程实际液体伯努利方程实际液体伯努利方程实际液体伯努利方程）pp实际液体伯努利方程计算时需要注意的问题实际液体伯努利方程计算时需要注意的问题1、截面1、2应顺流向选取，且选在流 动平稳的通流截面上。2、z和p应为通流截面的同一点上的两个参数，为方便起见，一般将这两个参

14、数定在通流截面的轴心处。1313第13页，共63页，编辑于2022年，星期日第一章第一章液压流体力学基础液压流体力学基础3.3 3.3 动量方程动量方程动量方程动量方程三三 流体动力学流体动力学 动量方程动量方程是是动量定理动量定理在流体力学中的具体应用，在流体力学中的具体应用，用来计算流动液体作用在限用来计算流动液体作用在限制其流动的固体壁面上的总作用力制其流动的固体壁面上的总作用力。刚体力学动量定理：刚体力学动量定理：作用在物体上全部外力的矢量和应等于物体在力作用在物体上全部外力的矢量和应等于物体在力 作用方向上的动量变化率。作用方向上的动量变化率。1414第14页，共63页，编辑于202

15、2年，星期日液体稳定流动的动量方程液体稳定流动的动量方程第一章第一章液压流体力学基础液压流体力学基础3.3 3.3 动量方程动量方程动量方程动量方程三三 流体动力学流体动力学t t时间内的动量变化量为：时间内的动量变化量为：1515第15页，共63页，编辑于2022年，星期日第一章第一章液压流体力学基础液压流体力学基础3.3 3.3 动量方程动量方程动量方程动量方程三三 流体动力学流体动力学p作用在液体控制体积上的外力总和等于单位时间内流出控制表面与流入控制表面的液体的动量之差。p应用动量方程注意：F、v是矢量；流动液体作用在固体壁面上的力与作用在液体上的力大小相等、方向相反。方程说明：方程说

16、明：方程说明：方程说明：1616第16页，共63页，编辑于2022年，星期日第一章第一章液压流体力学基础液压流体力学基础3.3 3.3 动量方程动量方程动量方程动量方程三三三三 流体动力学流体动力学流体动力学流体动力学 F=q（v2 cos2-v1cos1）液流有一个力图使阀口关闭的力，这个力称为液动力。液流有一个力图使阀口关闭的力，这个力称为液动力。F=-F=qv1cos1717第17页，共63页，编辑于2022年，星期日第一章第一章液压流体力学基础液压流体力学基础3.4 3.4 管道流动管道流动管道流动管道流动三三 流体动力学流体动力学实际液体伯努利方程实际液体伯努利方程沿程压力损失局部压

17、力损失局部压力损失压力损失与流态有关压力损失与流态有关1818第18页，共63页，编辑于2022年，星期日第一章第一章液压流体力学基础液压流体力学基础3.4 3.4 管道流动（管道流动（管道流动（管道流动（流态与雷诺数流态与雷诺数流态与雷诺数流态与雷诺数、沿程压力损失、局部压力损失、沿程压力损失、局部压力损失、沿程压力损失、局部压力损失、沿程压力损失、局部压力损失）三三三三 流体动力学流体动力学流体动力学流体动力学（1）流态层层 流：流：液体流速较低，液体质点间的粘性力起主导作用，液体质点 受粘性的约束，不能随意运动。液体的流动是分层的，层与 层之 间互不干扰。紊流（湍流）：紊流（湍流）：液体

18、流速较高，液体质点间粘性的制约作用减弱，惯性力起主导作用。液体流动不分层，做混杂紊乱 流动。动画演示动画演示1919第19页，共63页，编辑于2022年，星期日第一章第一章液压流体力学基础液压流体力学基础3.4 3.4 管道流动（管道流动（管道流动（管道流动（流态与雷诺数流态与雷诺数流态与雷诺数流态与雷诺数、沿程压力损失、局部压力损失、沿程压力损失、局部压力损失、沿程压力损失、局部压力损失、沿程压力损失、局部压力损失）三三 流体动力学流体动力学（2）雷诺数可用来判断液体的流态圆截面管圆截面管非圆截面管非圆截面管平均流速管道内径液体运动粘度平均流速通流截面的水力半径液体运动粘度物理意义：液体流动

19、时惯性力与粘性力之比。2020第20页，共63页，编辑于2022年，星期日第一章第一章液压流体力学基础液压流体力学基础3.4 3.4 管道流动（管道流动（管道流动（管道流动（流态与雷诺数流态与雷诺数流态与雷诺数流态与雷诺数、沿程压力损失、局部压力损失、沿程压力损失、局部压力损失、沿程压力损失、局部压力损失、沿程压力损失、局部压力损失）三三 流体动力学流体动力学（2）雷诺数可用来判断液体的流态液流的有效面积有效截面的周界长度（湿周）通流截面的水力半径R水力半径大，液流阻力小，通流能力大。2121第21页，共63页，编辑于2022年，星期日第一章第一章液压流体力学基础液压流体力学基础3.4 3.4

20、 管道流动（管道流动（管道流动（管道流动（流态与雷诺数流态与雷诺数流态与雷诺数流态与雷诺数、沿程压力损失、局部压力损失、沿程压力损失、局部压力损失、沿程压力损失、局部压力损失、沿程压力损失、局部压力损失）三三 流体动力学流体动力学（3）雷诺数与流态的关系 液流由液流由紊流转变为层流紊流转变为层流时的雷诺数作为判别液流状态的依据，称为时的雷诺数作为判别液流状态的依据，称为临界临界雷诺数雷诺数 Re crRe Recr为紊流为紊流Re Recr为层流为层流2222第22页，共63页，编辑于2022年，星期日第一章第一章液压流体力学基础液压流体力学基础3.4 3.4 管道流动（管道流动（管道流动（管

21、道流动（流态与雷诺数流态与雷诺数流态与雷诺数流态与雷诺数、沿程压力损失、局部压力损失、沿程压力损失、局部压力损失、沿程压力损失、局部压力损失、沿程压力损失、局部压力损失）三三三三 流体动力学流体动力学流体动力学流体动力学（3）雷诺数与流态的关系管道管道临界雷诺数临界雷诺数RecrRecr管道管道临界雷诺数临界雷诺数RecrRecr光滑金属圆管光滑金属圆管23202320带环槽的同带环槽的同心环状缝隙心环状缝隙700700橡胶软管橡胶软管1600200016002000带环槽的偏带环槽的偏心环状缝隙心环状缝隙400400光滑的同心环光滑的同心环状缝隙状缝隙11001100圆柱形滑阀圆柱形滑阀阀口

22、阀口260260光滑的偏心环光滑的偏心环状缝隙状缝隙10001000锥阀阀口锥阀阀口20100201002323第23页，共63页，编辑于2022年，星期日第一章第一章液压流体力学基础液压流体力学基础3.4 3.4 管道流动（管道流动（管道流动（管道流动（流态与雷诺数、流态与雷诺数、流态与雷诺数、流态与雷诺数、沿程压力损失沿程压力损失沿程压力损失沿程压力损失、局部压力损失、局部压力损失、局部压力损失、局部压力损失）三三 流体动力学流体动力学（1）层流时的沿程压力损失pp 通流截面上的流速分布规律液流在作匀速运动时受力平衡2424第24页，共63页，编辑于2022年，星期日第一章第一章液压流体力

23、学基础液压流体力学基础3.4 3.4 管道流动（管道流动（管道流动（管道流动（流态与雷诺数、流态与雷诺数、流态与雷诺数、流态与雷诺数、沿程压力损失沿程压力损失沿程压力损失沿程压力损失、局部压力损失、局部压力损失、局部压力损失、局部压力损失）三三三三 流体动力学流体动力学流体动力学流体动力学（1）层流时的沿程压力损失两边积分两边积分r=Rr=R时，时，u=0u=0pp 通流截面上的流速分布规律2525第25页，共63页，编辑于2022年，星期日第一章第一章液压流体力学基础液压流体力学基础3.4 3.4 管道流动（管道流动（管道流动（管道流动（流态与雷诺数、流态与雷诺数、流态与雷诺数、流态与雷诺数

24、、沿程压力损失沿程压力损失沿程压力损失沿程压力损失、局部压力损失、局部压力损失、局部压力损失、局部压力损失）三三 流体动力学流体动力学（1）层流时的沿程压力损失结论：液体在圆管中作层流运动时，结论：液体在圆管中作层流运动时，结论：液体在圆管中作层流运动时，结论：液体在圆管中作层流运动时，速度对称于圆管中速度对称于圆管中速度对称于圆管中速度对称于圆管中 心线并按抛物线规律分布。心线并按抛物线规律分布。心线并按抛物线规律分布。心线并按抛物线规律分布。pp 通流截面上的流速分布规律2626第26页，共63页，编辑于2022年，星期日第一章第一章液压流体力学基础液压流体力学基础3.4 3.4 管道流动

25、（管道流动（管道流动（管道流动（流态与雷诺数、流态与雷诺数、流态与雷诺数、流态与雷诺数、沿程压力损失沿程压力损失沿程压力损失沿程压力损失、局部压力损失、局部压力损失、局部压力损失、局部压力损失）三三 流体动力学流体动力学（1）层流时的沿程压力损失pp 通过管道的流量微小环形通流截面面积：微小环形通流截面面积：所通过的流量：所通过的流量：两边积分得：两边积分得：r rdrdr2727第27页，共63页，编辑于2022年，星期日第一章第一章液压流体力学基础液压流体力学基础3.4 3.4 管道流动（管道流动（管道流动（管道流动（流态与雷诺数、流态与雷诺数、流态与雷诺数、流态与雷诺数、沿程压力损失沿程

26、压力损失沿程压力损失沿程压力损失、局部压力损失、局部压力损失、局部压力损失、局部压力损失）三三 流体动力学流体动力学（1）层流时的沿程压力损失pp 管道内的平均流速管道内的平均流速为最大流速的一半管道内的平均流速为最大流速的一半2828第28页，共63页，编辑于2022年，星期日第一章第一章液压流体力学基础液压流体力学基础3.4 3.4 管道流动（管道流动（管道流动（管道流动（流态与雷诺数、流态与雷诺数、流态与雷诺数、流态与雷诺数、沿程压力损失沿程压力损失沿程压力损失沿程压力损失、局部压力损失、局部压力损失、局部压力损失、局部压力损失）三三 流体动力学流体动力学（1）层流时的沿程压力损失pp

27、沿程压力损失沿程压力沿程压力损失损失沿程压力损失：沿程压力损失：结论：结论：液流沿圆管作层流运动时，其沿程压力损失与管长、流速、粘液流沿圆管作层流运动时，其沿程压力损失与管长、流速、粘 度成正比，而与管径的平方成反比。度成正比，而与管径的平方成反比。2929第29页，共63页，编辑于2022年，星期日第一章第一章液压流体力学基础液压流体力学基础3.4 3.4 管道流动（管道流动（管道流动（管道流动（流态与雷诺数、流态与雷诺数、流态与雷诺数、流态与雷诺数、沿程压力损失沿程压力损失沿程压力损失沿程压力损失、局部压力损失、局部压力损失、局部压力损失、局部压力损失）三三三三 流体动力学流体动力学流体动

28、力学流体动力学（1）层流时的沿程压力损失pp 沿程压力损失沿程压力损失：沿程压力损失：为沿程阻力系数，理论值 。但考虑实际流动中的油温变化不均匀等问题，对金属管取 ，橡胶软管+3030第30页，共63页，编辑于2022年，星期日第一章第一章液压流体力学基础液压流体力学基础3.4 3.4 管道流动（管道流动（管道流动（管道流动（流态与雷诺数、流态与雷诺数、流态与雷诺数、流态与雷诺数、沿程压力损失沿程压力损失沿程压力损失沿程压力损失、局部压力损失、局部压力损失、局部压力损失、局部压力损失）三三三三 流体动力学流体动力学流体动力学流体动力学（2）紊流时的沿程压力损失 实验证明，紊流时的沿程压力损失计

29、算公式可采用层流时的计算实验证明，紊流时的沿程压力损失计算公式可采用层流时的计算公式，但式中的公式，但式中的沿程阻力系数沿程阻力系数 除与除与雷诺数雷诺数有关外，还与有关外，还与管壁的粗糙度管壁的粗糙度有关。有关。管壁的绝对粗糙度管壁的相对粗糙度3131第31页，共63页，编辑于2022年，星期日第一章第一章液压流体力学基础液压流体力学基础3.4 3.4 管道流动（管道流动（管道流动（管道流动（流态与雷诺数、流态与雷诺数、流态与雷诺数、流态与雷诺数、沿程压力损失沿程压力损失沿程压力损失沿程压力损失、局部压力损失、局部压力损失、局部压力损失、局部压力损失）三三 流体动力学流体动力学（2）紊流时的

30、沿程压力损失ReRe范围范围 的计算公式的计算公式2320Re102320Re105 510105 5Re3x10ReRe3232第32页，共63页，编辑于2022年，星期日第一章第一章液压流体力学基础液压流体力学基础3.4 3.4 管道流动（管道流动（管道流动（管道流动（流态与雷诺数、沿程压力损失、流态与雷诺数、沿程压力损失、流态与雷诺数、沿程压力损失、流态与雷诺数、沿程压力损失、局部压力损失局部压力损失局部压力损失局部压力损失）三三三三 流体动力学流体动力学流体动力学流体动力学定义：定义：液体流经管道的弯头、接头、突然变化的截面以及阀口等处时，液体流速的大小和方向将急剧发生变化，因而会产生

31、涡流，并发生强烈的紊动现象，于是产生流动阻力，由此造成的压力损失称为局部压力损失。3333第33页，共63页，编辑于2022年，星期日第一章第一章液压流体力学基础液压流体力学基础3.4 3.4 管道流动（管道流动（管道流动（管道流动（流态与雷诺数、沿程压力损失、流态与雷诺数、沿程压力损失、流态与雷诺数、沿程压力损失、流态与雷诺数、沿程压力损失、局部压力损失局部压力损失局部压力损失局部压力损失）三三 流体动力学流体动力学计算公式：计算公式：u实际流量为额定流量实际流量为额定流量u实际流量非额定流量实际流量非额定流量局部阻力系数局部阻力系数(xi)液体密度液体密度液体的平均流速液体的平均流速额定流

32、量下的压力损失额定流量下的压力损失额定流量额定流量实际流量实际流量3434第34页，共63页，编辑于2022年，星期日第一章第一章液压流体力学基础液压流体力学基础3.4 3.4 管道流动（管道流动（管道流动（管道流动（流态与雷诺数、流态与雷诺数、流态与雷诺数、流态与雷诺数、沿程压力损失、局部压力损失沿程压力损失、局部压力损失沿程压力损失、局部压力损失沿程压力损失、局部压力损失）三三三三 流体动力学流体动力学流体动力学流体动力学液压系统总压力损失的计算：液压系统总压力损失的计算：沿程阻力系数局部阻力系数注意事项注意事项 适用于相邻局部障碍之间的距离大于管道内径10 20倍的场合，否则计算出来的压

33、力损失值比实际数值小。这是因为如果局部障碍距离太小，通过第一个局部障碍后的流体尚未稳定就进入第二个局部障碍，这时的液流扰动更剧烈，阻力系数要高于正常值的23倍3535第35页，共63页，编辑于2022年，星期日第一章第一章液压流体力学基础液压流体力学基础3.5 3.5 孔口流动（孔口流动（孔口流动（孔口流动（薄壁小孔、滑阀阀口、锥阀阀口、短孔和细长孔、液阻薄壁小孔、滑阀阀口、锥阀阀口、短孔和细长孔、液阻）三三三三 流体动力学流体动力学流体动力学流体动力学 液压元件特别是液压控制阀中，对液流压力、流量及方向的控制通常是通过一些特定的孔口实现的，它们对流过的液体形成阻力，使其产生压力降，称为液阻。

34、液阻：液阻：3636第36页，共63页，编辑于2022年，星期日第一章第一章液压流体力学基础液压流体力学基础3.5 3.5 孔口流动（孔口流动（孔口流动（孔口流动（薄壁小孔、薄壁小孔、滑阀阀口、锥阀阀口、短孔和细长孔、液阻滑阀阀口、锥阀阀口、短孔和细长孔、液阻）三三三三 流体动力学流体动力学流体动力学流体动力学薄壁小孔通流长度与孔径之比小于0.5的小孔，一般边缘做成刃口形式惯性作用惯性作用收缩断面收缩断面能量损失能量损失3737第37页，共63页，编辑于2022年，星期日第一章第一章液压流体力学基础液压流体力学基础3.5 3.5 孔口流动（孔口流动（孔口流动（孔口流动（薄壁小孔、薄壁小孔、滑阀

35、阀口、锥阀阀口、短孔和细长孔、液阻滑阀阀口、锥阀阀口、短孔和细长孔、液阻）三三 流体动力学流体动力学完全收缩：完全收缩：当孔前通道直径与小孔直径之比D/d7时，液流的收缩作用不受孔前通道内壁的影响，这时的收缩称为完全收缩。不完全收缩：不完全收缩：当D/d105 5时时不完全收缩情况下：查表1-74242第42页，共63页，编辑于2022年，星期日第一章第一章液压流体力学基础液压流体力学基础3.5 3.5 孔口流动（孔口流动（孔口流动（孔口流动（薄壁小孔、薄壁小孔、滑阀阀口、锥阀阀口、短孔和细长孔、液阻滑阀阀口、锥阀阀口、短孔和细长孔、液阻）三三 流体动力学流体动力学 薄壁小孔薄壁小孔因其沿程阻

36、力损失非常小，通过小孔的流量与因其沿程阻力损失非常小，通过小孔的流量与油液粘度无关，即对油温的变化不敏感，因此薄壁小孔多油液粘度无关，即对油温的变化不敏感，因此薄壁小孔多被被用作用作调节流量的调节流量的节流器节流器使用。使用。总结：总结：4343第43页，共63页，编辑于2022年，星期日第一章第一章液压流体力学基础液压流体力学基础3.5 3.5 孔口流动（孔口流动（孔口流动（孔口流动（薄壁小孔、薄壁小孔、滑阀阀口、滑阀阀口、锥阀阀口、短孔和细长孔、液阻锥阀阀口、短孔和细长孔、液阻）三三 流体动力学流体动力学阀口有效宽度为阀口有效宽度为阀口圆周长度为阀口圆周长度为则阀口通流截面积为则阀口通流截

37、面积为可视为薄壁小孔可视为薄壁小孔4444第44页，共63页，编辑于2022年，星期日第一章第一章液压流体力学基础液压流体力学基础3.5 3.5 孔口流动（孔口流动（孔口流动（孔口流动（薄壁小孔、薄壁小孔、滑阀阀口、滑阀阀口、锥阀阀口、短孔和细长孔、液阻锥阀阀口、短孔和细长孔、液阻）三三三三 流体动力学流体动力学流体动力学流体动力学依薄壁小孔流量计算公式流经滑阀阀口的流量为：4545第45页，共63页，编辑于2022年，星期日第一章第一章液压流体力学基础液压流体力学基础3.5 3.5 孔口流动（孔口流动（孔口流动（孔口流动（薄壁小孔、薄壁小孔、滑阀阀口、滑阀阀口、锥阀阀口、短孔和细长孔、液阻锥

38、阀阀口、短孔和细长孔、液阻）三三 流体动力学流体动力学滑阀阀口的流量公式中Cd的取值：Re10Re=10Re=103 3 取取0.69-0.740.69-0.74阀口棱边圆滑或有很小的倒角时一般取阀口棱边圆滑或有很小的倒角时一般取0.8-0.90.8-0.9平均流速平均流速运动粘度运动粘度4646第46页，共63页，编辑于2022年，星期日第一章第一章液压流体力学基础液压流体力学基础3.5 3.5 孔口流动（孔口流动（孔口流动（孔口流动（薄壁小孔、滑阀阀口、薄壁小孔、滑阀阀口、锥阀阀口、锥阀阀口、短孔和细长孔、液阻短孔和细长孔、液阻）三三 流体动力学流体动力学阀口通流面积：阀口通流面积：（无倒

39、角时）流经锥阀阀口的流量：流经锥阀阀口的流量：流量系数Cd由图1-22查出，由图可知，当雷诺系数较大时，Cd变化很小，其值在0.770.82之间。2 21 14747第47页，共63页，编辑于2022年，星期日第一章第一章液压流体力学基础液压流体力学基础3.5 3.5 孔口流动（孔口流动（孔口流动（孔口流动（薄壁小孔、滑阀阀口、锥阀阀口、薄壁小孔、滑阀阀口、锥阀阀口、短孔和细长孔、短孔和细长孔、液阻液阻）三三三三 流体动力学流体动力学流体动力学流体动力学短孔：短孔：长径比长径比 的孔的孔细长孔：细长孔：长径比长径比 的孔的孔短孔的流量表达式（与薄壁小孔相同）：短孔的流量表达式（与薄壁小孔相同）

40、：流量系数Cd按照图1-23中的曲线查找，当雷诺系数较大时，Cd基本为0.8左右。由短孔加工比薄壁小孔容易加工，常用作固定节流器。4848第48页，共63页，编辑于2022年，星期日第一章第一章液压流体力学基础液压流体力学基础3.5 3.5 孔口流动（孔口流动（孔口流动（孔口流动（薄壁小孔、滑阀阀口、锥阀阀口、薄壁小孔、滑阀阀口、锥阀阀口、短孔和细长孔、短孔和细长孔、液阻液阻）三三三三 流体动力学流体动力学流体动力学流体动力学 流经细长孔细长孔的液流，由于粘性的影响，流动状态一般为层流层流，所以细长孔的流量可用液流流经圆管的流量公式圆管的流量公式：液流经过细长孔的流量和孔前后压差成正比，而和液

41、体粘度成反比，因此流量受液体温度影响较大流量受液体温度影响较大，这是和薄壁小孔的不同之处。4949第49页，共63页，编辑于2022年，星期日第一章第一章液压流体力学基础液压流体力学基础3.5 3.5 孔口流动（孔口流动（孔口流动（孔口流动（薄壁小孔、滑阀阀口、锥阀阀口、短孔和细长孔、薄壁小孔、滑阀阀口、锥阀阀口、短孔和细长孔、液阻液阻）三三 流体动力学流体动力学薄壁小孔：薄壁小孔：滑阀阀口：滑阀阀口：锥阀阀口：锥阀阀口：将上述不同孔口的阀口流量公式写成通用表达式：细长孔细长孔 其中，薄壁小孔、滑阀阀口、锥阀阀口及短孔的指数m=0.5，系数 ；细长孔的指数m=1，系数5050第50页，共63页

42、，编辑于2022年，星期日第一章第一章液压流体力学基础液压流体力学基础3.5 3.5 孔口流动（孔口流动（孔口流动（孔口流动（薄壁小孔、滑阀阀口、锥阀阀口、短孔和细长孔、薄壁小孔、滑阀阀口、锥阀阀口、短孔和细长孔、液阻液阻）三三 流体动力学流体动力学通用表达式：又称为孔口压力流量方程 描述孔口结构形式及几何尺寸确定后，流经孔口的压力降及孔口通流面积之间的关系。液阻孔口前后压力降与稳态流量之间的比值。即在稳态下，液阻与流量变化所需要的压差变化成正比。5151第51页，共63页，编辑于2022年，星期日第一章第一章液压流体力学基础液压流体力学基础3.5 3.5 孔口流动（孔口流动（孔口流动（孔口流

43、动（薄壁小孔、滑阀阀口、锥阀阀口、短孔和细长孔、薄壁小孔、滑阀阀口、锥阀阀口、短孔和细长孔、液阻液阻）三三 流体动力学流体动力学液阻的特点：p液阻与孔口的通流面积呈反比。p在孔口前后压力降一定时，调节孔口通流面积可以改变液阻，从而调节流经孔口的流量。这种特性即液压系统的节流调节特性。p在孔口通流面积一定时，改变流经孔口的流量，孔口压力随之变化。这中特性为液阻的阻力特性，一般用于压力控制阀的内部控制p当多个孔口串联时，总液阻 当多个孔口并联时，总液阻5252第52页，共63页，编辑于2022年，星期日第一章第一章液压流体力学基础液压流体力学基础3.6 3.6 缝隙流动缝隙流动缝隙流动缝隙流动（平

44、板缝隙、平板缝隙、圆柱环形缝隙、圆锥环形间隙、卡紧现象圆柱环形缝隙、圆锥环形间隙、卡紧现象）三三 流体动力学流体动力学受力平衡方程受力平衡方程通过平行平板缝隙的流量：通过平行平板缝隙的流量：缝隙宽度缝隙宽度缝隙高度缝隙高度缝隙长度缝隙长度5353第53页，共63页，编辑于2022年，星期日第一章第一章液压流体力学基础液压流体力学基础3.6 3.6 缝隙流动缝隙流动缝隙流动缝隙流动（平板缝隙、平板缝隙、圆柱环形缝隙、圆锥环形间隙、卡紧现象圆柱环形缝隙、圆锥环形间隙、卡紧现象）三三 流体动力学流体动力学通过平行平板缝隙的流量：通过平行平板缝隙的流量：由压差引起的流动由相对运动引起的流动 结论：在压

45、差作用下，通过固定平行平板缝隙的流量与缝隙高结论：在压差作用下，通过固定平行平板缝隙的流量与缝隙高度的三次方成正比，这说明，液压元件内缝隙的大小对其泄漏量的度的三次方成正比，这说明，液压元件内缝隙的大小对其泄漏量的影响是很大的。影响是很大的。5454第54页，共63页，编辑于2022年，星期日第一章第一章液压流体力学基础液压流体力学基础3.6 3.6 缝隙流动缝隙流动缝隙流动缝隙流动（平板缝隙、平板缝隙、圆柱环形缝隙、圆柱环形缝隙、圆锥环形间隙、卡紧现象圆锥环形间隙、卡紧现象）三三三三 流体动力学流体动力学流体动力学流体动力学 在液压元件中，某些相对运动零件，如柱塞与柱塞孔，圆柱滑阀阀心与阀体

46、孔之间的间隙为圆柱环形间隙。二者是否同心又分为同心圆柱环形间隙和偏心环形间隙。通过同心圆柱环形间隙的流量通过同心圆柱环形间隙的流量u u05555第55页，共63页，编辑于2022年，星期日第一章第一章液压流体力学基础液压流体力学基础3.6 3.6 缝隙流动缝隙流动缝隙流动缝隙流动（平板缝隙、平板缝隙、圆柱环形缝隙、圆柱环形缝隙、圆锥环形间隙、卡紧现象圆锥环形间隙、卡紧现象）三三三三 流体动力学流体动力学流体动力学流体动力学流经偏心圆柱环形缝隙的流量流经偏心圆柱环形缝隙的流量h h h h0 0 0 0 内外圆同心时半径方向的缝隙值内外圆同心时半径方向的缝隙值内外圆同心时半径方向的缝隙值内外圆

47、同心时半径方向的缝隙值 相对偏心率相对偏心率相对偏心率相对偏心率 e/h e/h e/h e/h0 0 0 05656第56页，共63页，编辑于2022年，星期日第一章第一章液压流体力学基础液压流体力学基础3.6 3.6 缝隙流动缝隙流动缝隙流动缝隙流动（平板缝隙、圆柱环形缝隙、平板缝隙、圆柱环形缝隙、圆锥环形间隙、圆锥环形间隙、卡紧现象卡紧现象）三三 流体动力学流体动力学环形圆锥缝隙的流量环形圆锥缝隙的流量 当柱塞或柱塞孔，阀心或阀体孔因加工误差带有一定锥度时，两相对运动零件之见的间隙为圆锥环形间隙，其间隙大小沿轴线方向变化。阀心大端为高压，液流由大端流向小端称为倒锥；阀心小端为高压，液流由

48、小端流向大端称为顺锥。阀心存在锥度不仅影响流经间隙的流量，而且影响缝隙中的压力分布。5757第57页，共63页，编辑于2022年，星期日第一章第一章液压流体力学基础液压流体力学基础3.7 3.7 液压冲击和气穴现象液压冲击和气穴现象液压冲击和气穴现象液压冲击和气穴现象三三 流体动力学流体动力学 液压冲击液压冲击液压冲击液压冲击定义：在液压系统中，因某些原因液体压力在一瞬间会突然升 高，产生很高的压力峰值的现象称为液压冲击。类型：p因液流通道迅速关闭或液流迅速换向使液流速度的大小或方 向发生突然变化时，液流的惯性导致的液压冲击。p运动的工作部件突然制动或换向时，因工作部件的惯性引起的冲击。585

49、8第58页，共63页，编辑于2022年，星期日第一章第一章液压流体力学基础液压流体力学基础3.7 3.7 液压冲击和气穴现象液压冲击和气穴现象液压冲击和气穴现象液压冲击和气穴现象三三 流体动力学流体动力学 液压冲击液压冲击液压冲击液压冲击减小液压冲击的措施：延长阀门管壁和运动部件制动换向的时间，可采用换向时间可调的换向阀。限制管道流速及运动部件的速度，一般在液压系统中将管道流速控制在4.5 m/s以内，而运动部件的质量越大，越应控制其运动速度不要太大。适当增加管径，不仅可以降低流速，而且可以减小压力冲击波的传播速度。尽量缩短管道长度，可以减小压力波的传播时间，是完全冲击改变为不完全冲击。用橡胶

50、软管或在冲击源处设置蓄能器，以吸收冲击能量；也可在出现液压冲击的地方，安装限制压力升高的安全阀。5959第59页，共63页，编辑于2022年，星期日第一章第一章液压流体力学基础液压流体力学基础3.7 3.7 液压冲击和气穴现象液压冲击和气穴现象液压冲击和气穴现象液压冲击和气穴现象三三 流体动力学流体动力学 气穴现象气穴现象气穴现象气穴现象定义：在液压系统中，如果某点处的压力低于液压油液所在温度下的空气分离压时，原先溶解在液体中的空气就会分离出来，使液体中迅速出现大量气泡的现象。6060第60页，共63页，编辑于2022年，星期日第一章第一章液压流体力学基础液压流体力学基础3.7 3.7 液压冲