液壓與氣壓傳動 第5版 課件 1.2、液壓流體力學(xué)基礎(chǔ)

液壓與氣壓傳動流體動力與控制工程系講課教師：劉銀水1管道流動由于流動流體具有粘性，在管道中流動時會和管壁產(chǎn)生摩擦力，以及在液體流動時突然轉(zhuǎn)彎和通過閥口時會產(chǎn)生相互撞擊和出現(xiàn)漩渦，因此流體在管道中流動時會產(chǎn)生阻力。流動液體在管路中流動時的壓力損失和液體的流動狀態(tài)有關(guān)。2管道流動一、流態(tài)與雷諾數(shù)1、流態(tài)層流：流速較低，液體質(zhì)點(diǎn)間的粘性力起主導(dǎo)作用，液體質(zhì)點(diǎn)受粘性的約束，不能隨意運(yùn)動。紊流：流速較高，液體質(zhì)點(diǎn)間粘性的制約作用減弱，慣性力起主導(dǎo)作用。動畫演示3管道流動一、流態(tài)與雷諾數(shù)2、雷諾數(shù)試驗(yàn)表明：流體的流動狀態(tài)不僅與圓管內(nèi)的流速v有關(guān)，還與管道內(nèi)徑d、流體的運(yùn)動粘度有關(guān)。表示了慣性力與粘性力之比。非圓截面管道：4管道流動一、流態(tài)與雷諾數(shù)2、雷諾數(shù)層流紊流紊流層流臨界雷諾數(shù)：5管道流動一、流態(tài)與雷諾數(shù)2、雷諾數(shù)6管道流動二、圓管流動的沿程壓力損失液體在等直徑圓管中流動時因粘性摩擦而產(chǎn)生的壓力損失稱為沿程壓力損失。管道長度管道直徑液體粘度液體流態(tài)雷諾數(shù)層流紊流7管道流動二、圓管流動的沿程壓力損失1、層流時的沿程壓力損失流速分布規(guī)律p28管道流動二、圓管流動的沿程壓力損失1、層流時的沿程壓力損失通過管道的流量管道內(nèi)的平均流速9管道流動二、圓管流動的沿程壓力損失1、層流時的沿程壓力損失沿程壓力損失10管道流動二、圓管流動的沿程壓力損失2、紊流時的沿程壓力損失11管道流動三、圓管流動的局部壓力損失液體流經(jīng)閥口、彎管、通流截面變化等這些地方時，由于液流方向和速度均發(fā)生變化，形成旋渦，使液體的質(zhì)點(diǎn)間相互撞擊，從而產(chǎn)生較大的能量損耗，形成了一定的壓力損失。12管道流動三、圓管流動的局部壓力損失13管道流動三、圓管流動的局部壓力損失14管道流動三、圓管流動的局部壓力損失※兩相鄰局部障礙之間的距離大于管道內(nèi)徑10~20倍的場合。15孔口流動液壓控制閥對液流壓力、流量和方向的控制通常通過一些特定的孔口來實(shí)現(xiàn)。對孔口的流量進(jìn)行分析是研究液壓控制閥節(jié)流調(diào)速的重要理論基礎(chǔ)。16孔口流動一、薄壁小孔1、薄壁小孔結(jié)構(gòu)及流態(tài)小孔的通流長度l與孔徑d之比l/d<0.5時，稱為薄壁小孔。動畫演示D/d≥7，完全收縮D/d＜7，不完全收縮17孔口流動一、薄壁小孔2、通過薄壁小孔流速18孔口流動一、薄壁小孔3、通過薄壁小孔流量19縮縮孔口流動二、滑閥閥口20孔口流動三、錐閥閥口21孔口流動四、短孔和細(xì)長孔1、短孔小孔的通流長度l與孔徑d之比0.5<l/d≤4時，稱為短孔。22孔口流動四、短孔和細(xì)長孔2、細(xì)長孔小孔的通流長度l與孔徑d之比/d>4時，稱為細(xì)長孔。23縫隙流動液壓元件內(nèi)各零件間有相對運(yùn)動，必須要有適當(dāng)間隙。間隙過小，會使零件卡死；間隙過大，會造成泄漏。間隙中的流動一般為層流，一種是壓差造成的流動稱壓差流動，另一種是相對運(yùn)動造成的流動稱剪切流動，還有一種是在壓差與剪切同時作用下的流動。24縫隙流動一、平板縫隙壓差流動剪切流動25縫隙流動二、圓柱環(huán)形縫隙在一些液壓元件中，存在相對運(yùn)動的零件，比如柱塞泵中的柱塞和柱塞孔、圓柱滑閥閥芯與閥體孔之間的間隙為圓柱形間隙。同心圓柱環(huán)形縫隙偏心圓柱環(huán)形縫隙26縫隙流動二、圓柱環(huán)形縫隙1、同心圓柱環(huán)形縫隙27縫隙流動二、圓柱環(huán)形縫隙2、偏心圓柱環(huán)形縫隙※在液壓元件中，有配合的零件應(yīng)盡量使其同心，以減小縫隙泄漏量。28縫隙流動三、圓錐環(huán)形縫隙及液壓卡緊現(xiàn)象當(dāng)柱塞或柱塞孔、閥芯或閥體孔因加工誤差帶有一定錐度時，兩相對運(yùn)動零件之間的間隙為圓錐形間隙，其間隙大小沿軸線方向變化。29縫隙流動三、圓錐環(huán)形縫隙及液壓卡緊現(xiàn)象倒錐順錐30縫隙流動三、圓錐環(huán)形縫隙及液壓卡緊現(xiàn)象※開徑向均壓槽。31液壓沖擊和氣穴現(xiàn)象一、液壓沖擊1、概念在液壓系統(tǒng)中，由于某些原因（如速度急劇變化）液體壓力在一瞬間突然升高，產(chǎn)生很高的壓力峰值，這種現(xiàn)象成為液壓沖擊。瞬間壓力沖擊不僅引起液壓系統(tǒng)振動和噪聲，而且會損壞密封裝置、管道、元件，造成設(shè)備事故。32液壓沖擊和氣穴現(xiàn)象一、液壓沖擊2、液壓沖擊類型迅速使油液換向或突然關(guān)閉油路，使液體流動受阻，動能轉(zhuǎn)換為壓力能，使壓力升高。運(yùn)動部件突然制動或換向，使壓力升高。33液壓沖擊和氣穴現(xiàn)象一、液壓沖擊3、減小液壓沖擊的措施延長閥門關(guān)閉和運(yùn)動部件制動換向的時間；限制管道流速及運(yùn)動部件的速度；加大管道直徑，盡量縮短管路長度；用橡膠軟管或在沖擊源處設(shè)置蓄能器，吸收沖擊能量；在容易出現(xiàn)液壓沖擊的地方安裝限制壓力升高的安全閥34液壓沖擊和氣穴現(xiàn)象二、氣穴現(xiàn)象1、概念在液壓系統(tǒng)中，由于某種原因（如速度突變），使壓力降低而使氣泡產(chǎn)生的現(xiàn)象。氣泡在高壓區(qū)會瞬間崩潰，使局部產(chǎn)生非常高的溫度和沖擊壓力，引起振動和噪聲；會侵蝕金屬表面。35液壓沖擊和氣穴現(xiàn)象二、氣穴現(xiàn)象2、減小