第四节 管道流动

1、第四节第四节 管道流动管道流动 在液压传动中，能量损失主要表现为压力损失， 即伯努利方程中的ghw（或PW），其组成为： 沿程压力损失 局部压力损失 1)沿程压力损失： 油液沿等直径直管流动时因粘性摩擦而引起的 压力损失。 2)局部压力损失： 液体流经管道的弯管、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发生变化， 会产生漩涡并发生紊动现象，由此造成的压力损失 称为局部压力损失。 液体在管道中流动时的沿程压力损失和液流的 流动状态有关。 一、流态与雷诺数一、流态与雷诺数 1、雷诺数实验装置雷诺数实验装置 2、流动状态层流和紊流 1）层流：液体质点定向而不相混杂的流动状 态，称为

2、层流。 粘性力起主导作用。 2）紊流：如果液体流动时质点具有脉动速度， 引起流层间质点相互错杂交换，这种流动称为 紊流或湍流。 惯性力起主导作用。 3、雷诺数 决定液流流动状态的是用管内的平均流速v、液 体的运动粘度(纽）、管径d三个数所组成的一 个称为雷诺数Re的无量纲数。 1）雷诺数 dv Re 液体的流动状态可用雷诺数来判断。 雷诺数的物理意义： 影响液体流动的力主要有惯性力和粘性力，雷 诺数就是惯性力对粘性力之比。 定义? 临界雷诺数： 流动液体由层流转变为紊流或由紊流转变为层 流的雷诺数是不相同的，后者小，一般以此来作 为判别依据，称之为临界雷诺数，记作Recr 。 当ReRecr

3、，为层流 当ReRecr ，为紊流 常见的液流管道的临界雷诺数可由实验求得， 如表1-5所列。 光滑的金属圆管：Recr=2320。 2）对于非圆截面管道： 式中：RH通流截面的水力半径。 x A RH H Rv 4 Re 水力半径对管道通流能力影响很大，水力半径大， 表明液流与管壁的接触周长短，管壁对液流的阻力 小，通流能力大；反之，通流能力小，易堵塞。 在面积相等，形状不同的所有通流截面中，圆形 管道的水力半径最大。 式中：A有效截面积； x湿周，有效截面的周长。 二、圆管流动的沿程压力损失二、圆管流动的沿程压力损失 （一）层流的沿程压力损失 1、通流截面上的流速分布规律 液体在等径水平圆

4、管中作层流运动。取微小液柱， 在水平方向进行受力分析，列力平衡方程式： 0)( 2 21 f Frpp 内摩擦力： )(2 dr du rlFf r l p dr du 2 解得： 积分得：液体在流通截面上的速度分布： 圆管内流速u沿半径方向按抛物 线规律分布。 )( 4 22 rR l p u p l d l pR u 164 22 max 轴线处的最大流速为： 44 22 0 2 48128 R A pRd qudARrrdrpp lll （） 3、管道内的平均流速 2 max 32 qd vpu Al 1 2 4、沿程压力损失 22Re 6432 22 2 v d lv d l d lv

5、 pp 为沿程阻力系数，理论值= 64 / Re。 实际计算：金属管取= 75/Re，橡胶管= 80/Re。 忽略液体自重和位置变化对压力的影响，该公式 同样适用于非水平管。 2、通过管道的流量 （二）紊流时的沿程压力损失 紊流时惯性力起主导作用，流动现象很复杂 的，紊流时的沿程压力损失比层流时大的多； 紊流时的沿程压力损失的计算。 式中：值不仅与雷诺数Re有关，而且与管壁表面 粗糙度有关，即= f（Re，/ d ），为管壁的绝 对粗糙度，/d 为相对粗糙度。 紊流时圆管的沿程阻力系数值见表1-6。 2 2 v d l p 三、管道流动的局部压力损失三、管道流动的局部压力损失 1、概念：液体流

6、经如阀口、弯管、通流截面变 化等局部障碍处所引起的压力损失。 2、局部压力损失的计算公式： 式中：v液体的平均流速， 局部阻力系数。(查阅相关手册) 液流流过各种阀的局部压力损失可由阀在额定 流量下qs的压力损失ps 来换算： 2 2 v p 2 )( s q q pp S 四、管路系统中的总压力损失与压力效率四、管路系统中的总压力损失与压力效率 1、管路系统中的总压力损失 22 22 vv d l ppp 注意：该公式适用于两相临局部障碍间的距离大于 管道内径1020倍的场合。否则实际数值比上式计算 出的压力损失大。 由于存在压力损失，一般液压系统中液压泵的压力 pp应比执行元件的工作压力p1高p，即： pppP 1 2、管路系统的压力效率 课堂测试题 如图，管道输送=9000N/m3 液体，