第2章液压流体力学5

节流孔口的流量

—压力特性

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—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。节流的概念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。节流的实质形成液阻节流孔口形式细长小孔、短孔、薄壁小孔、阀口沿程压力损失

局部压力损失2/5/20231武汉理工大学机电学院⒈细长小孔（L/d＞4）

用作阻尼孔；孔中是层流流动。给出了流量与通流面积、压力损失之间的线性关系应用：①压差原理当q=0时，∵Δp=0，∴p1=p2；当q≠0时，∵Δp≠0，∴p1＞p2；

p1p2例如：缓冲②阻尼特性——吸收能量2/5/20232武汉理工大学机电学院⒉薄壁小孔(L/d＜0.5)由于流线不能转折，液体在上游1/2d处开始突然收缩，冲向小孔d，并在下游1/2d处形成收缩瓶颈，然后突然扩大。紊流流动

压力能在突然收缩处转换为动能，因为效率不可能为1，产生局部损失。突然扩大后，动能不可能完全转换为压力能。取1—1、2—2两个截面，根据伯努利方程，有流量公式收缩系数流速系数流量系数2/5/20233武汉理工大学机电学院⒊流量—压力特性公式的讨论

孔口通用的流量—压力特性公式应用例：对于滑阀阀口此式特别重要！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。

2/5/20234武汉理工大学机电学院四流量损失——缝隙泄漏量泄漏的概念内泄与外泄产生泄漏的原因泄漏量计算通用公式压差流动、剪切流动泄漏系数2/5/20235武汉理工大学机电学院四

流量损失——缝隙泄漏量平行平板间隙间隙流动——各种缝隙泄漏量公式推导的基础⑴间隙流动为层流，切应力沿x轴为线性分布⑵层流时，压差是x的线性函数讨论b=1的情况切应力沿y轴的分布压力沿x轴的分布规律与y无关两次积分得速度分布规律根据边界条件结论不考虑剪切流动，引入泄漏系数2/5/20236武汉理工大学机电学院同心环形间隙当缝隙h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，这样只要将b=πd代入就可得同心环形缝隙的流量公式四

流量损失——缝隙泄漏量不考虑剪切泄露2/5/20237武汉理工大学机电学院偏心环形间隙四

流量损失——缝隙泄漏量式中ho为内外圆同心时半径方向的缝隙值

ε为相对偏心率，ε＝e/ho当偏心量e=ho，即ε＝1

时（最大偏心状态），其通过的流量是同心环形间隙流量的2.5倍。因此在液压元件中应尽量使配合零件同心。2/5/20238武汉理工大学机电学院柱塞受F=100N的固定力作用而下落，缸中油液经缝隙泄出。设缝隙厚度δ=0.05㎜，缝隙长度L=70㎜，柱塞直径d=20㎜，油的动力粘度μ=50×10-3Pa·s。试计算当柱塞和缸孔同心时，下落0.1m所需时间是多少?例解:根据柱塞运动状态有其中柱塞下降0.1m排出的体积柱塞下降的运动速度有:2/5/20239武汉理工大学机电学院2.5

液压冲击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，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峰值。振动冲击的实质：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→压力能→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。液压冲击的危害⑴引起振动、产生噪声；⑵引起系统误动作；⑶损坏密封装置、管道和液压元件。减小液压冲击的措施⑴缓慢关闭阀门；⑵在冲击源前设置蓄能器，减小冲击波传递距离；⑶在冲击源附近设置安全阀；⑷限制管中流速。2/5/202310武汉理工大学机电学院2.6

空穴和气蚀现象1.几个术语空气在液体中以两种方式存在：混入、溶入。⑴含气量：液体中所含空气的体积百分比；⑵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。⑶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。2.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。轻微空穴——析出混入型空气；严重空穴——析出溶入型空气；强烈空穴——油液汽化。2/5/202311武汉理工大学机电学院2.6

空穴和气蚀现象3.空穴程度的度量——空穴系数4.气蚀现象5.解决措施⑴减小阀口上的压力降，前后压力比＜3.5；⑵限制管中流速，减小压力损失；⑶提高液压元件和管道的密封性能；⑷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——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、噪声。临界空穴系数（实验值）σc=0.42/5/202312武汉理工大学机电学院第二章要点⒈液压油的物理性质：粘性的概念与物理本质⒉绝对压力、相对压力、真空度⒊静止液体基本方程和等压面⒋动力学三个方程：方程物理意义及实际应用！①流速与通流面积的关系——连续性方程；②位能、压力能、动能间的关系——能量方程；③动量方程，阻尼长度，稳态、瞬态液动力方向；向量方程；∑F的含义，力和速度的方向2/5/202313武汉理工大学机电学院第二章要点⒌雷诺数、流态及其物理本质、压力损失及其计算⒍压力损失的利用——节流及其应用

节流——通流截面有突然收缩处的流动

孔口形式，节流的作用——控制压力或流量

流压特性公式——如何控制压力？流量？