2、5液体流经孔口和缝隙的流量——压力特性2、6液压

2、5液体流经孔口和缝隙流量—压力特性2、6液压冲击和气穴现象目的任务了解流量公式、特点、两种现象产生原因掌握薄壁孔流量公式及通用方程、两种现象危害及消除2、5液体流经孔口和缝隙流量—压力特性2、6液压冲击和气穴现象重点难点1薄壁小孔流量公式及特点2流量通用方程及各项含义3平行平板缝隙和偏心圆环缝隙流量公式之结论4两种现象危害及消除方法2、5液体流经孔口和缝隙流量—压力特性2、6液压冲击和气穴现象提问作业1动力学三大方程各是什么？分别是刚体力学中哪些定律在流体力学中的具体应用?2液压传动中液体的流态和压力损失有哪几种？其判别方法和产生原因各是什么？3液压传动油管中为何种流态？产生什么损失?2、5液体流经孔口及缝隙流量—压力特性2、6液压冲击和空穴现象2、5、1小孔流量—压力特性2、5、2液体流经缝隙流量—压力特性液体流经孔口及缝隙的流量—压力特性概述：孔口和缝隙流量在液压技术中占有很重要的地位，它涉及液压元件的密封性，系统的容积效率，更为重要的是它是设计计算的基础，因此：小孔虽小（直径一般在1mm以内），缝隙虽窄（宽度一般在0、1mm以下），但其作用却不可等闲视之。2、5、1小孔流量——压力特性薄壁小孔流量压力特性短孔和细长孔的流量压力特性流量通用方程小孔流量——压力特性薄壁小孔l/d≤0·5孔口分类细长小孔l/d4短孔0、5l/d≤4薄壁小孔流量压力特性如图2、5、1：取孔前通道断面为1—1断面，收缩断面为Ⅱ——Ⅱ断面，管道中心为动画演示基准面，z1=z2，列伯努利方程如下：p1+ρα1v12/2=p2+ρα2v22/2+△pw薄壁小孔流量压力特性∵v1v2v1可忽略不计，收缩断面流动是紊流α2=1；而△pw仅为局部损失即△pw=ζρv22/2∴v2=√2/ρ·(p1-p2)/√α2+ξ=Cv√2△p/ρ故q=A2v2=CcATv2=CvCcAT√2/ρ△p=CqAT√2△p/ρCq=CvCcCc=A2/AT=d22/d2A=πd2/4液流完全收缩情况下（D/d≥7）：当Re≤105Cq=0、964Re-0、05当Re105Cc=0.61∽0.63Cv=0.97∽0.98Cq=0.6∽0.62液流不完全收缩时（D/d7），查表2、5、1薄壁小孔流量压力特性结论：∵q∝√△p，与μ无关。∴流过薄壁小孔的流量不受油温变化的影响。短孔和细长孔的流量压力特性短孔：q=CqAT√2△p/ρCq可查图2、5、2细长孔：q=πd4△p/128μl=πd2△p/32μl=CA△p结论：∵q∝△p反比于μ∴流量受油温变化影响较大（T↑μ↓q↑）流量通用方程∵薄壁孔：q=CqAT√2△p/ρ=Cq√2/ρAT√△p短孔：q=CqAT√2△p/ρ=Cq√2/ρAT√△p细长孔：q=πd4△p/128μl=1/32μlπd4/4△p∴流量通用方程：q=CAT△pф液体流经缝隙的流量—压力特性平面缝隙常见缝隙环状缝隙压差流动缝隙流动状况剪切流动压差流动固定平行平板缝隙流量压力特性如图2、5、3：设缝隙度高为δ，宽度b,度为l,两端压力为p1、p2其压差为ΔP，从缝隙中取一微小六面体，左右两端所受压力为p和p+dp，上下两侧面所受摩擦切应力为τ+dτ和τ，则在水平方向受力平衡方程为：pbdy+(τ+dτ)bdx=(p+dp)bdy+τbdx整理后得：dτ/dy=dp/dx动画演示压差流动固定平行平板缝隙的流量压力特性∵τ=μ·du/dy∴d2u/dy2=1/μ·dp/dx上式对y两次积分得：u=dp/dx·y2/2μ+C1y+C2由边界条件：当y=0,u=0y=δ,u=u0则有：C1=-δdp/dx/2μ,C2=0此外，在缝隙液流中，压力沿x方向变化率dp/dx是一常数，有:dp/dx=p2-p1/l=-(p1-p2)/l=-△p/lu=(δ-y)y·△p/2μl故q=∫0hubdy=b∫0h△p·(δ-y)ydy/2μl=bδ3△p/12μl压差流动固定平行平板缝隙流量压力特性结论：在压差作用下，通过固定平行平板缝隙的流量与缝隙高度的三次方成正比，这说明，液压元件内缝隙的大小对其泄漏量的影响是很大的。相对运动平行平板缝隙流量压力特性相对运动平行平板缝隙（见图2、5、4）剪切流动时：q=vbδ/2压差与剪切流动时：q=bδ3△p/12μl±vbδ/2剪切与压差流动方向一致时，取正号剪切与压差流动方向相反时，取负号液体流经环形缝隙的流量压力特性液压缸缸筒与活环形缝隙阀芯与阀孔同心分类偏心同心环形缝隙流量如图2、5、5：设圆柱体直径为D，缝隙厚度为δ，缝隙长度为l,若沿圆周展开，相当于平行平板缝隙，b=πD∴q=πDδ3△p/12μl±πDδv/2当相对速度V=0时，其流量公式为：q=πDδ3·△p/12μl偏心环形缝隙流量设偏心距为e,则：q=πDδ3△p(l+1.5ε2)/12μl±πDδv/2ε—相对偏心率ε=e/δ当内外圆表面没有相对运动时：q=πDδ3△p(l+1.5ε2)/12μl结论：1）ε=1时q偏=2.5q同2）ε=0时即同心圆环缝隙3）∵q与ε2成正比，ε↑q↑∴应尽量做成同心，以减小泄漏量。2、6液压冲击和空穴现象液压冲击（水锤、水击）气穴（空穴）现象液压冲击（水锤、水击）液压冲击：液压系统中，由于某种原因（如速度急剧变化），引起压力突然急剧上升，形成很高压力峰值的现象。如：急速关闭自来水管可能使水管发生振动，同时发出噪声。液压冲击产生的原因1）迅速使油液换向或突然关闭油路，使液体受阻，动能转换为压力能，使压力升高。2）运动部件突然制动或换向，使压力升高。液压冲击引起的结果∵液压冲击峰值压力工作压力∴引起振动、噪声、导致某些元件如密封装置、管路等损坏；使某些元件（如压力继电器、顺序阀等）产生误动作，影响系统正常工作。减小液压冲击的措施1）延长阀门关闭和运动部件制动换向的时间。2）限制管道流速及运动部件速度v管5m/s，v缸10m/min。3）加大管道直径，尽量缩短管路长度。4）采用软管，以增加系统的弹性。气穴（空穴）现象气穴现象：液压系统中，由于某种原（如速度突变），使压力降低而使气泡产生的现象。气穴现象产生原因压力油流过节流口、阀口或管道狭缝时，速度升高，压力降低；液压泵吸油管道较小，吸油高度过大，阻力增大，压力降低；液压泵转速过高，吸油不充分，压力降低（如高空观缆）。气体来源混入气泡轻微气穴空气溶入气体分子严重气穴蒸汽汽泡强烈气穴气穴现象引起的结果1液流不连续，流量、压力脉动2系统发生强烈的振动和噪声3发生气蚀减小气空穴的措施1减小小孔和缝隙前后压力降，希望p1/p23.5。2增大直径、降低高度、限制流速。3管路要有良好密封性防止空气进入。4提高零件抗腐蚀能力，采用抗腐蚀能力强的金属材料，减小表面粗糙度。5整个管路尽可能平直，避免急转弯缝隙，合理配置。