【正文】 例：試直觀判斷下列兩種流體的流態(tài) 層流 紊流直徑 d外徑 D內(nèi)徑 d邊長 a水力直徑對管道通流能力影響很大，水力直徑大，表明液流與管壁接觸少，通流能力大，不易堵塞；反之，通流能力小，易堵塞。 結(jié)論：為什么管道都用圓形截面？ 以面積均為單位 1的圓形和方形截面管道為例說明： 因?yàn)?A=1因?yàn)?A=1三、沿程壓力損失 （一）圓管中流量的計(jì)算圓管中流速分布規(guī)律作用在小圓柱體上的軸向力有兩端的壓力 (p1， p2)和圓柱側(cè)面的剪切應(yīng)力 τ 所產(chǎn)生的力，其力 的 平衡方程為假設(shè)：★ 管道 直徑為 d， 自左向右作層流運(yùn)動 。★ 在液流中取一軸線與管道軸線重合的 小圓柱體 ，其直徑為 2r， 長為 l。由牛頓內(nèi)摩擦阻力定律可知將此式代入，積分得確定積分常數(shù) C當(dāng) r＝ d/2時 ， u=0圓管中的流速分布表達(dá)式【 結(jié)論 】 液體在圓管中作層流運(yùn)動時，其速度分布是一個對稱于管道軸線、縱截面為拋物線 (見圖 )的錐體 (以下簡稱拋物線體 )。 層流時的流速分布規(guī)律 圓管中心的最大流速當(dāng) r=0 時 ，流速最大 ， u= umax上式中令在單位時間內(nèi)，流經(jīng)直管液體的流量 q就是該拋物線體的體積。 流經(jīng)圓管的流量在半徑為 r處取一厚度為 dr的微小圓環(huán)，通過此環(huán)形面積的流量為 dq。 流經(jīng)圓管的流量（對 dq積分）：層流時的流速分布規(guī)律 哈根－泊肅葉流量公式 (見課本 )圓管通流截面上的平均流速 液體在圓管中作層流流動時，其中心處的最大流速正好等于其平均流速的兩倍 ，即 umax＝ 2v 結(jié)論：（二）沿程壓力損失計(jì)算由哈根－泊肅葉流量公式，可知整理得 沿程阻力系數(shù) λ 的 確定：λ＝ 80/Re， 液壓油在橡膠管中λ＝ 64/Re（ 理論值，計(jì)算時一般不用）λ＝ 75/Re， 液壓油在金屬圓管中作層流流動時；層流時：層流時：紊流時：紊流時： λ不僅與雷諾數(shù) Re有關(guān)，而且與管壁表面粗糙度有關(guān)。阻力系數(shù)只能由實(shí)驗(yàn)確定，對于光滑管。 當(dāng) 103Re105時， 見課本 P43頁 四、局部壓力損失 液體流經(jīng)如閥口、彎管、通流截面突然變化等局部阻力處所引起的壓力損失。局部壓力損失的計(jì)算公式為式中 ζ 為 局部阻力損失系數(shù)，大多通過實(shí)驗(yàn)求得。 注意： 對于液流通過各種標(biāo)準(zhǔn)液壓元件的局部損失，一般可從產(chǎn)品技術(shù)規(guī)格中查到，但所查到的數(shù)據(jù)是在額定流量 qn時的壓力損失 △ pn， 若實(shí)際通過流量與其不一樣時，可按下式計(jì)算，即見課本 P44頁五、管路系統(tǒng)中的總壓力損失 管路系統(tǒng)中的 總 的壓力損失等于所有直管中的沿程 壓力損失和 局部 壓力損失之和，即 由于存在壓力損失，一般液壓系統(tǒng)中液壓泵的壓力 pp應(yīng)比執(zhí)行元件的工作壓力 p1高 ∑△ p， 即 167。25 液體流過小液體流過小 孔的流量孔的流量 小孔的類型：當(dāng)孔的長度 l 與孔徑 d 之比（長徑比 ） l/d≤ 小孔稱為薄壁小孔。薄壁小孔：細(xì)長小孔： 當(dāng)孔的長度 l與孔徑 d 之比 l/d 4時的 小孔稱為細(xì)長小孔。短 孔： 當(dāng)孔的長度 l與孔徑 d 之比 ＜l/d ≤4 時的 小孔稱為短孔。一、液經(jīng)薄壁小孔的流量計(jì)算，液體質(zhì)點(diǎn)突然加速；分析與假設(shè) ：，截面 22，然后再擴(kuò)散；，并使油液發(fā)熱 。 A2－ 2和孔口截面積 A的比值稱為 收縮系數(shù)Cc， 即 Cc = A2－ 2 /A ：當(dāng)管道直徑 D與小孔直徑 d的比值 D／ d＞ 7時，收縮作用不再受大孔側(cè)壁的影響。取 斷面 1－ 1， 2－ 2，并以管道中心線為基準(zhǔn)，并設(shè)動能修正系數(shù)為 α ＝ 1。 列伯努利方程因?yàn)橐怨艿乐行木€為基準(zhǔn)，故 Z1=Z2=0又因?yàn)? D》 d，故 v1 ≈0式中 Cd＝ CvCc為小孔流量系數(shù)。 Cd和 Cc一般由實(shí)驗(yàn)確定。 完全收縮時， Cd ＝ ～ 不完全收縮時， Cd ＝ ～ 二、液經(jīng)細(xì)長小孔的流量計(jì)算將 細(xì)長小孔當(dāng)作管道考慮，應(yīng)用哈根－泊肅葉流量公式，有 比較前述薄壁小孔流量公式 三、液經(jīng)短孔的流量計(jì)算按薄壁小孔流量公式計(jì)算 注意： Cd= 四、液經(jīng)任意孔口的流量公式A為孔口通流截面面積 △ p為孔口前后的壓力差 m為由孔口形狀決定的指數(shù)：當(dāng)孔口為薄壁小孔時， m＝ ， 當(dāng)孔口為細(xì)長孔時， m＝ 1； K為孔口的形狀系數(shù)：當(dāng)孔口為薄壁小孔時 ,當(dāng)孔口為細(xì)長孔時，結(jié)論 ：（ 1）對薄壁小孔，流過小孔流量與小孔前后壓差的平方根成正比，與油液粘度無關(guān)。（ 2）對細(xì)長小孔，流過小孔流量與小孔前后壓差成正比，與油液粘度成反比。167。25 液壓沖擊和空穴現(xiàn)象在流動的液體中，因某點(diǎn)處的壓力低于空氣分離壓或油液的飽和蒸汽壓時而產(chǎn)生大量氣泡的現(xiàn)象。液壓沖擊：在液壓系統(tǒng)中，由于某種原因，液體壓力在一瞬間會突然升高，產(chǎn)生很高的壓力峰值的現(xiàn)象。空穴現(xiàn)象：一、液壓沖擊（一）液壓沖擊產(chǎn)生的原因 管內(nèi)液流速度突然變化，由液流慣性力引起的液壓沖擊。液體動能 彈性擠壓能式中： K 為液體的體積彈性模量； d為管道內(nèi)徑； δ為管道壁厚； E為管道材料的彈性模量；沖擊波在管道中的液壓油內(nèi)的傳播速度 c 一般約為 890～ 1420m/s 理想情況下沖擊壓力的變化規(guī)律 實(shí)際情況下沖擊壓力的變化規(guī)律當(dāng) 閥門不是完全關(guān)閉，流速從 v 降到 v’完全沖擊： 當(dāng)閥門關(guān)閉時間 t小于壓力波來回一次所需的時間 tc（ 臨界關(guān)閉時間），即 t ≤ tc （ tc = 2l/c）， 稱為完全沖擊（直接液壓沖擊）。 上述兩公式適用。非完全沖擊： 當(dāng)閥門關(guān)閉時間 t大于壓力波來回一次所需的時間 tc（ 臨界關(guān)閉時間），即 t tc （ tc = 2l/c）， 稱為非完全沖擊（又稱 間接液壓沖擊）。由于運(yùn)動部件制動時引起的液壓沖擊。設(shè)總質(zhì)量為 ∑M的運(yùn)動部件在制動時的減速時間為 △ t， 速度的減小值為 △ v， 液壓缸的有效工作面積為 A， 則根據(jù)動量定理可近似地求得系統(tǒng)中的沖擊壓力 △ p。 Σ Mvx（二） 減小液壓沖擊的措施 ⑴ 使直接沖擊變?yōu)殚g接沖擊，這可用減慢閥的關(guān)閉速度和減小沖擊波傳遞距離來達(dá)到。 ⑵ 限制管道中油液的流速 v。 ⑶ 用橡膠軟管或在沖擊源處設(shè)置蓄能器，以吸收液壓沖擊的能量。 ⑷ 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。 二、空穴現(xiàn)象（一） 油液的空氣分離壓和飽和蒸汽壓 空氣分離壓 ：過飽和狀態(tài) 在一定的溫度下，如壓力降低到某一值時，過飽和的空氣將從油液中分離出來形成氣泡，這一壓力值稱為該溫度下的空氣分離壓。 通常液壓油中都溶解有一定的空氣，常溫時在一個大氣壓下溶解量約為 6－ 12％ (體積 )。在大氣壓下溶解于油液中的空氣，當(dāng)壓力低于大氣壓時，就成為過飽和狀態(tài)。 一般來說，液壓油的飽和蒸汽壓相當(dāng)小 ,比空氣分離壓小得多，因此，要使液壓油不產(chǎn)生大量氣泡，它的 壓力最低不得低于液壓油所在溫度下的空氣分離壓。 當(dāng)液壓油在某溫度下的壓力低于某一數(shù)值時，油液本身迅速汽化，產(chǎn)生大量蒸汽氣泡，這時的壓力稱為液壓油在該溫度下的 飽和蒸汽壓。 飽和蒸汽壓： 空穴現(xiàn)象舉例 1）節(jié)流口處的空穴現(xiàn)象 2）液壓泵的空穴現(xiàn)象 引起振動、噪聲；使金屬零件表面剝落、腐蝕，使表面粗糙，或出現(xiàn)海綿狀的小洞穴，即氣蝕現(xiàn)象。（二）空穴現(xiàn)象的危害（三）減小空穴現(xiàn)象的措施 （ 1）減小流經(jīng)節(jié)流小孔前后的壓力差，一般希望小孔前后壓力比小于 。 （ 2）正確設(shè)計(jì)液壓泵的結(jié)構(gòu)參數(shù)，適當(dāng)加大吸油管內(nèi)徑。 （ 3）提高零件的抗氣蝕能力，增加零件的機(jī)械強(qiáng)度，采用抗腐蝕能力強(qiáng)的金屬材料，減小零件表面粗糙度等。