液體流經(jīng)小孔縫隙的流量計算

液體流經(jīng)小孔和縫隙時的流量計算

液壓傳動中常利用液體流經(jīng)閥的小孔或間隙來控制流量和壓力，達到調(diào)速和調(diào)壓的目的。液壓元件的泄漏也屬于縫隙流動。因而討論小孔和間隙的流量計算，了解其影響因素對于正確分析液壓元件和系統(tǒng)的工作性能是很有必要的。

一、液體流經(jīng)小孔時的流量計算小孔可分為三種，當(dāng)小孔的長度與直徑的比值≤0.5時，稱為薄壁小孔；當(dāng)＞4，稱為細長孔；當(dāng)0.5＜≤4時，則稱為短孔（厚壁孔）。1．薄壁小孔流量的計算圖2—18所示為液體流過薄壁小孔的情況。當(dāng)液體從薄壁小孔流出時，左邊大直徑處的液體均向小孔匯集，．在慣性力的作用下，在小孔出口處的液流由于流線不能突然改變方向，通過孔口后會發(fā)生收縮現(xiàn)象，而后再開始擴散。這一收縮和擴散過程就產(chǎn)生了很大的壓力損失。

圖2—18

流經(jīng)薄壁小孔的流量計算圖

收縮斷面積與孔口斷面積之比稱為斷面收縮系數(shù)。即=/。收縮系數(shù)決定于雷諾數(shù)、孔口及邊緣形狀、孔口離管道側(cè)壁的距離等因素。當(dāng)管道直徑與小孔直徑的比值/≥7時，收縮作用不受孔前管道內(nèi)壁的影響，這時收縮稱為完全收縮。反之，當(dāng)/＜7時，孔前管道對液流進入小孔起導(dǎo)向作用，這時的收縮稱為不完全收縮?，F(xiàn)對小孔前后斷面1—1和收縮斷面C—C列伯努利方程+=++

(2—58)式中

為液體流經(jīng)小孔時流束突然縮小的局部阻力系數(shù)。由于>>，可認(rèn)為≈0，又由于小孔過流的收縮斷面上流速基本均布，故有=1，則得＝=

（2—59)式中

——小孔速度系數(shù)，=；——小孔前后壓力差，=?？紤]=，由式(2—33)可得通過薄壁小孔的流量公式為＝＝=

（2—60）式中

——小孔流量系數(shù)，=；流量系數(shù)值由實驗確定，當(dāng)完全收縮時，=0.61～0.62；當(dāng)不完全收縮時，=0.7～0.8。流經(jīng)薄壁小孔時，孔短，其摩擦阻力的作用很小，并與壓力差的平方根成正比，所以，流量受溫度和粘度變化的影響小，流量穩(wěn)定。因此，液壓系統(tǒng)中常采用薄壁小孔作為節(jié)流元件。2．短孔的流量計算短孔的流量公式仍為式（2—60），但流量系數(shù)不同，一般取=0.82。短孔容易加工，故常用于固定節(jié)流器。3．細長小孔的流量計算流經(jīng)細長小孔的液流，由于粘性而流動不暢，一般都是層流狀態(tài)，故其流量公式可用層流時直管的流量公式，即（1）流經(jīng)同心環(huán)狀間隙的流量如圖2—21所示為液流通過同心環(huán)狀間隙的流動情況，其柱塞直徑為，間隙為，柱塞長度為。如果將圓環(huán)間隙沿圓周方向展開，就相當(dāng)于一個平行平板間隙，因此，只要用替代式中，就可得到通過同心環(huán)狀間隙的流量公式：=

(2—66)（2）流經(jīng)偏心環(huán)狀間隙的流量如圖2—22所示，若圓環(huán)的內(nèi)外圓不同心，偏心距為，則形成了偏心環(huán)狀的間隙。其流量公式為：

=（1+1.5）

(2—67)式中

——內(nèi)外圓同心時的間隙；——相對偏心率，＝／。從上式可以看出，當(dāng)＝0時，即為同心環(huán)間隙的流量。隨著的增大，通過的也隨之增加。當(dāng)=1，即=時，為最大偏心，其壓差流量為