-1.3 流 体 力 学 基 础 任务一 基于手

1.3流体力学基础任务一

基于手动换向控制的液压动力滑台系统的综合应用1.3流体力学基础教学目标知识目标能力目标素养目标了解压力损失的类型和计算公式；熟悉小孔流量计算公式；掌握液压冲击和空穴现象的原因及危害。能够运用小孔流量公式计算；具备液压冲击和空穴现象的预防措施应用能力。培养学生工程意识和思维能力；增强学生分析解决问题的能力。实际液体的伯努利方程Δpw具有压力的量纲，通常称为压力损失。1.3流体力学基础1.3.2流体动力学基础压力损失液体在管道中流动时克服粘性而产生的摩擦阻力及液体质点碰撞所消耗的能量，称为能量损失，这种能量损失表现为压力损失。压力损失产生的内因是液体的粘性，外因是管道形状和液体的流态。根据液体流动位置的不同，压力损失分为沿程压力损失和局部压力损失两类。沿程压力损失是指液体在直管段中流动时产生的压力损失。局部压力损失是指液体流经管径突然发生变化处或流动方向突变产生的压力损失。液体在等径水平管中作层流流动的情况，假定直管半径为R。取一段与管轴重合的微小圆柱体作为研究对象，设半径为r，长度为l，作用在两端面的压力为p1和p2，作用在侧面的内摩擦力为Ff。1.3流体力学基础1.3.2流体动力学基础压力损失根据牛顿内摩擦定律：微小圆柱体的表面积（不含端面）A=2πrl根据力的平衡关系：定义Δp=p1-p2方程简化积分可得1.3流体力学基础1.3.2流体动力学基础压力损失当r=R时，umin=0当r=0时，管内流速分布情况：在半径方向上按抛物线规律分布，最大流速在轴线上(r=0)，最小流速在管壁u=0。1.3流体力学基础1.3.2流体动力学基础压力损失在半径r处取一厚dr的微小圆环面积，通过此环形面积的流量为：积分可得：流量与粘度、截面面积和压力差有关。在压力差不变的情况下，改变截面面积可以控制流量。1.3流体力学基础1.3.2流体动力学基础压力损失1.3流体力学基础1.3.2流体动力学基础压力损失沿程压力损失与液体粘度、管长、流速成正比，与管径的平方成反比。对于圆管层流，理论值λ

=64/Re。考虑到实际圆管截面可能有变形，以及靠近管壁处的液层可能被冷却等因素，在实际计算时，可对金属管取

λ=75/Re，橡胶管

λ=80/Re。λ

-沿程阻力系数1.3流体力学基础1.3.2流体动力学基础压力损失湍流时的沿程压力损失：公式与层流类似，湍流时，除了与雷诺数有关外，还与管壁的表面粗糙度有关，即λ=f（Re,

Δ/d）【随堂习题】运动黏度ν=40×10-6m2/s的油液通过水平管道，油液密度为900kg/m3，管道直径为d=10mm，l=5m，进口压力p1=4.0MPa，试问流速为3m/s时，出口压力p2为多少？(1)判定液压油流动状态，计算实际的雷诺数Re<2300，流动状态为层流1.3流体力学基础1.3.2流体动力学基础压力损失【随堂习题】运动黏度ν=40×10-6m2/s的油液通过水平管道，油液密度为900kg/m3，管道直径为d=10mm，l=5m，进口压力p1=4.0MPa，试问流速为3m/s时，出口压力p2为多少？(2)选择圆管层流沿程压力损失公式进行计算已知Δp

=p1

-p2p2=3.8272MPa1.3流体力学基础1.3.2流体动力学基础压力损失由于流体在局部阻力区的流动问题很复杂，理论计算非常困难。一般用实验来得出局部阻力系数，按下式计算：ξ-局部阻力系数；v-平均流速（局部阻力区下游处的流速）因为液体流经管道的弯头、接头、突变截面以及阀口、滤网等局部装置时，液流方向和流速发生变化，在这些地方形成涡旋、气穴、并发生强烈的撞击现象。1.3流体力学基础1.3.2流体动力学基础压力损失总压力损失等于所有沿程压力损失和所有局部压力损失之和，即：i-直管的根数；j-接头、弯头、阀口等的个数。工程上常取下列流速范围：压力管路v=3～6m/s；回油管路v＜3m/s；吸油管v=0.5～1.5m/s；阀口v

=5～8m/s。1.3流体力学基础1.3.2流体动力学基础压力损失薄壁小孔流经薄壁小孔的流量为：1.3流体力学基础1.3.3孔口流动小孔在液压传动中运用十分广泛，学习小孔流量公式奠定后续课程内容如节流调速等控制阀的理论基础。小孔长度和小孔直径d之比l/d≤0.5的孔小孔长度和小孔直径d之比l/d＞4的孔流经细长孔的液流，由于粘性而流动不畅，流速低，多为层流。流经细长孔的流量为：1.3流体力学基础1.3.3孔口流动细长小孔

当小孔长径比介于0.5～4之间时，被称为短孔，短孔加工比薄壁小孔容易，特别适合用作固定节流器来使用。细长孔薄壁小孔1.3流体力学基础1.3.3孔口流动原因阀门突然关闭引起液压冲击；运动部件突然制动引起液压冲击；液压系统中元件反应不灵敏造成液压冲击。在液压系统中，由于某种原因引起液体压力在某一瞬间突然急剧上升，而形成很高的压力峰值，这种现象称为液压冲击。概念1.3流体力学基础1.3.4瞬变流动液压冲击

在液压或气压传动系统中有时会出现流体的流速在极短的瞬间发生很大变化的现象，从而导致压力的急剧变化，这就是所谓的瞬变流动。瞬变流动会给系统带来很大的危害，应予以避免。常见的是液压冲击和空穴现象。延长阀门关闭和运动控制部件制动换向的时间；限制管路内液体的流速及运动部件的速度；适当增大管径，尽量缩小管道长度，可以减少压力波的传播时间；在冲击区附近安装卸荷阀、蓄能器等缓冲装置。措施危害在液压系统中产生液压冲击时，瞬时压力峰值比正常压力要大好几倍，会引起振动和噪声，导致密封装置、管路和液压元件的损坏，甚至还会使某些液压元件（如压力继电器和顺序阀等）产生误动作，从而影响系统正常工作。1.3流体力学基础1.3.4瞬变流动液压冲击在液压系统中，如果某处压力低于油液工作温度下的空气分离压时，油液中的空气就会分离出来而形成大量气泡；当压力进一步降低到油液工作温度下的饱和蒸汽压力时，油液会迅速汽化而产生大量气泡。原因这些气泡混杂在油液中，产生空穴，使得原来充满管道或液压元件中的油液成为不连续状态，这种现象一般称为空穴现象。定义1.3流体力学基础1.3.4瞬变流动空穴现象噪声和振动冲击载荷，减小寿命腐蚀金属元件表面可能发生位置泵的吸油口、溢流阀的阀口、节流阀的阀口、带大惯性负载的执行元件突然停止或换向等工况时在换向阀和液压缸低压腔。减小阀孔或其他元件通道前后的压力降；降低液压泵的吸油高度，采用内径较大的吸油管，并尽量少用弯头；各元件的连接处要密封可靠，以防止空气进入；提高元件的抗气蚀能力，降低