【正文】 ） 紊流 液體分子除沿平行與管道軸線方向流動外還有其他方向不規(guī)則運(yùn)動，出現(xiàn)雜亂的流動狀態(tài)。 液體的流動狀態(tài)有 層 流 紊 流 （三）臨界雷諾數(shù)和雷諾數(shù) Re 如何判斷液體在管道中的流動狀態(tài) 用雷諾數(shù) 。 雷諾數(shù)通過實驗得出 。 雷諾實驗見下圖 ↓ 水流是分層的： 水流開始紊亂： 紅色液體和水完全混合 。 雷諾實驗 （動畫 23雷諾試驗 .swf） 通過雷諾實驗證明 :同一種液體在同一種管道中流動時，由于流速的不同形成完全不同的兩種流動狀態(tài)，故流速是決定液體流動狀態(tài)的一個重要因素。 實驗還證明，液體在圓管中流動狀態(tài)不僅與管內(nèi)的平均 流速 v有關(guān)還和管道內(nèi)經(jīng) d、液體的運(yùn)動粘度 μ 有關(guān)。 實際上，判定液流狀態(tài)的是上述三個參數(shù)組成的稱 雷諾數(shù) 的無量綱數(shù) 在水利學(xué)中，將兩種流動狀態(tài)發(fā)生轉(zhuǎn)變時的流速稱臨界流速。這樣雷諾數(shù)便有 vudk ?eR上臨界雷諾數(shù) 下臨界雷諾數(shù) 上臨界雷諾數(shù)： 下臨界雷諾數(shù)： 實驗證明下 臨界雷諾數(shù)比較穩(wěn)定 ，一般 以下臨界雷諾數(shù)作為判斷液體流動狀態(tài)的標(biāo)準(zhǔn)。 以后使用的臨界雷諾數(shù)既是下臨界雷諾數(shù)。 計算 Re值 臨界雷諾數(shù)時，液體為層流。 計算 Re值 臨界雷諾數(shù)時，液體為紊流。 由層流轉(zhuǎn)變?yōu)槲闪鲿r的 臨界雷諾數(shù)。 由紊流轉(zhuǎn)變?yōu)閷恿鲿r的 臨界雷諾數(shù)。 雷諾數(shù)的物理意義： 液體流動時其慣性力與 粘性力比值。 Re=（慣性力 / 粘性力）。 Re=（慣性力 / 粘性力）。 ?vd?Re若 Re值大， 維持液體質(zhì)點(diǎn)作紊亂運(yùn)動的慣性力對液體質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動起主導(dǎo)作用，液體處于紊流狀態(tài) 若 Re值小， 說明粘滯性內(nèi)摩擦力對液體質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動起主導(dǎo)作用，控制質(zhì)點(diǎn)不作紊亂運(yùn)動，液體處于層流狀態(tài)。 有關(guān)臨界雷諾數(shù)可見相關(guān)表。 圓形光滑金屬管使用的臨界雷諾數(shù)值為 2300。 對非圓截面的管道， Re由下式計算： 式中： dH過水?dāng)嗝娴乃睆健? A過水?dāng)嗝婷娣e。 X濕周。 ?vd H?Re xAdH4?三、液體的沿程壓力損失 液體在等徑直管中流動時，因粘性摩擦而產(chǎn)生的壓力損失 稱沿程壓力損失。 （一）層流狀態(tài)時的沿程壓力損失 層流時液體質(zhì)點(diǎn)作有規(guī)則的流動，分析如下： （參見課本 P16 圖 116 或下圖） 直管（即沿程）中的壓力損失分析圖 參數(shù)設(shè)定 如下圖分析 設(shè)管子的內(nèi)徑 d，小圓柱體的直徑 2r， 長度 l，液體從左向右流動，此時液柱受力情況 左端受有壓力 p1 ， 右端受有油壓力 p2 ， 由于 p1 大于 p2 液體才會運(yùn)動。 推動液體運(yùn)動的力的大小 P1 為： P1=（ p1 p2 ） πr178。 （ 1） 由于液體的粘性，流動時在液柱表面產(chǎn)生的內(nèi)摩擦力 P2 為： P2 = τ 2πr178。 l （ 2） 液體在圓管中穩(wěn)定流動，液柱受力平衡，即P1= P2 這樣得出速度的公式： rldrdvrpp ??? 2)(221 ???對上式進(jìn)行積分： （ A） 利用邊界條件，當(dāng) ， 時，求得積分常數(shù) C： （ B） 將（ B）代入（ A） Crlppv ???? 2212)(?2dr? 0?v22116)( dlppC???得： 該式是圓管中層流流速分布的一般公式，可見，流速分布圖是旋轉(zhuǎn)拋物面。 液體通過圓管的層流流量計算公式為： )4(42221 rdlppv ?????流經(jīng)圓管層流的流量 Q： )2( r d rdQ ??? ?? 202dr v d rQ ?r d rrdlpp d? ???202221 )4(2)(??lpdlppd????1 2 81 2 8)( 4214 ???? 層流時圓管的壓力損失 ?p 經(jīng)整理得： λ —圓管層流狀態(tài)時沿程阻力系數(shù)。 一般在 ，考慮一些因素 阻力系數(shù)取 。 Re75??24 d32128 平均lvdlQp??????2dlp 2 平均v????Re85~64??（二）紊流狀態(tài)時的沿程壓力損失 紊流狀態(tài)時的沿程壓力損失： 當(dāng)流動狀態(tài)為紊流時，其壓力損失要比層流時的大，其原因是由于液體流動時除了要克服流層之間的摩擦力外，還要克服由于液體流動時擾動所引起的附加紊流摩擦力，而紊流時的摩擦力遠(yuǎn)遠(yuǎn)比層流時液體之間的摩擦力大。 在紊流狀態(tài)下沿層壓力損失不僅與液體的粘性有關(guān)，而且與管道內(nèi)壁的粗糙度有關(guān)，由公式得出： λ —光滑圓管紊流狀態(tài)時的沿程阻力系數(shù)。 光滑圓管紊流狀態(tài)時的沿程阻力系數(shù)取值為： (參見課本例題 ) 4 Re3 1 6 ??2dlp2平均v????是它 四、液體的局部壓力損失 當(dāng)液體流過某些局部地方時，通流面積的增大、減小，彎管，各閥口，節(jié)流小孔，縫隙等處會引起壓力損失。 在這些地方液體的流動方向和流速發(fā)生改變，并形成了旋渦，液體質(zhì)點(diǎn)互相撞擊，這是產(chǎn)生局部損失的主要原因。 其計算公式通過實驗 22vp ????得出的 —局部阻力系數(shù)。 一般由實驗得出，參看 P20表 13給出的一些元件的局部阻力系數(shù)，液體流經(jīng)各種閥的局部壓力損失可由技術(shù)規(guī)格查取。 查取的壓力損失是指額定流量 Q額 下的壓力損失 ?p額 。如果實際通過的流量不是 Q額 ，壓力損失的計算公式是： 式中： Q—通過閥的實際流量。 Q額 —閥的額定流量。 ?p額 —額定壓力損失。 ?額額pp ???2)(五、總的壓力損失 實際管道是很復(fù)雜的，它是由若干段直管、若干個局部等組成的。在計算時，系統(tǒng)中總的壓力損失等于 加上 總的局部 壓力損失之和 總的沿程 壓力損失之和。 ? ?????? 局沿總 ppp????2222 vvdl????使用時應(yīng)注意：各局部之間必須有足夠的距離時，才能發(fā)揮液壓傳動的效果。 因為當(dāng)液體流經(jīng)一個局部后的阻力，要在直管中經(jīng)過一段距離后動才能穩(wěn)定。否則，液流在不穩(wěn)定的情況下又流經(jīng)另一局部處，彼此之間就生互相干擾，此時的阻力系數(shù)要比正常情況下大 2~3倍。 一般在兩局部之間直管的長度： L（ 10~20） d0 。 d0 –管子的內(nèi)徑。 使用時，如果執(zhí)行機(jī)構(gòu)（液壓缸或液壓馬達(dá)）需要考慮有效工作壓力時，就應(yīng)考慮到系統(tǒng)中的壓力損失，此時液壓泵輸出的調(diào)整壓力為： 因此系統(tǒng)的壓力效率為： 管道中的壓力損失將導(dǎo)致傳動效率降低，油溫升高泄漏增加，有時會造成液壓泵因吸油阻力過大而吸不上油。 總損工調(diào) ppp ??調(diào)總調(diào)總調(diào)調(diào)工pppppppp??????? 1?使用時應(yīng)盡量縮短管路的長度，避免不必要的彎頭和管道截面的突變，以減少壓力損失。同時液體在管道中的流速不應(yīng)過高，一般要求為： 液壓泵吸油管路根據(jù)直徑大小流速在 v~； 壓油管路： v3~5m/s ； 回油管路： v3m/s ； 溢流閥： v15m/s ； 安全閥： v30m/s ； 分析特點(diǎn)：在液壓系統(tǒng)中，絕大部分壓力損失將轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，造成系統(tǒng)溫度升高，泄漏增大，以致影響系統(tǒng)的工作性能。 從計算壓力損失的公式可以看出，減小流速，縮短管道的長度，減小管道截面的突變，提高管道內(nèi)壁的加工質(zhì)量等，都可以使壓力損失減小。 其中以流速的影響為最大，故液體在管道系統(tǒng)中的流速不應(yīng)過高。 但流速過低也會使管道和閥類的元件的尺寸加大并使成本提高。 167。 25節(jié) 液體在小孔和縫隙中的流動 （流量或泄漏量） 在液壓傳動系統(tǒng)中，常會遇到油液流過小孔或縫隙的情況，如液壓元件中有許多相對運(yùn)動的表面，在這些相對運(yùn)動的表面之間必須保持一定的間隙，一旦有高壓有存在，便會出現(xiàn)泄漏。 有些正常需要的間隙，流經(jīng)它的液體則為流量。有時需要這些小孔和縫隙來調(diào)節(jié)流量和壓力。 因此，弄清液體在縫隙與小孔中流動時的流量和壓力的變化規(guī)律，對于液體傳動系統(tǒng)的分析、計算具有很重要的意義。 流量 泄漏量 如果出現(xiàn)泄漏就影響系統(tǒng)的容積效率、工作環(huán)境，應(yīng)盡量減少泄漏。 從規(guī)定的小孔和縫隙中流過的液體稱 從不應(yīng)該流過處流過的液體稱 一、油液在小孔中的流動 小孔分為薄壁小孔、細(xì)長小孔、短孔。 （一）油液在薄壁小孔中的流動 薄壁小孔： 薄壁小孔 ： 如圖分析：在管道中有一薄壁小孔，小孔的直徑為 d，截面積為 A， 分析如下圖 液體在管道中的流速 ν1 ， 在小孔中的流速為 v2 。 取兩個過水?dāng)嗝?1 22，以中心軸為基準(zhǔn)（如圖） 。 在兩個過水?dāng)嗝嫔系膮?shù)分別為： p h1 、 v p h v2。 2222121122hgvgphgvgp???????由理想液體的伯努利方程得知 ： 由于管道水平放置故 h1 = h2