1、層流、紊流和雷諾數(shù)

　液體流動(dòng)時(shí)，有兩種基本流態(tài)：層流和紊流。

  層流：液體質(zhì)點(diǎn)互不干擾，流動(dòng)呈線(xiàn)性或?qū)訝睿�平行于管道軸線(xiàn)，沒(méi)有橫向運(yùn)動(dòng)。

　紊流：液體質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)雜亂無(wú)章，除沿管道軸線(xiàn)運(yùn)動(dòng)外，還有劇烈的橫向運(yùn)動(dòng)。

  1883年奧斯本?雷諾(Osborne Reynolds)所作的有名的實(shí)驗(yàn)。對(duì)流體的流動(dòng)模式有了更完整的說(shuō)明。
                     (點(diǎn)擊觀看：雷諾實(shí)驗(yàn))

   根據(jù)雷諾數(shù)判定層流和紊流。

  式中：--液體在管中的流速（m/s）

       d—管道的內(nèi)徑（m）

      --液體的運(yùn)動(dòng)粘度（）

 2、圓管層流

  層流時(shí)管截面上的速度分布，如下圖。

   最大流速在軸線(xiàn)上，最小流速在管壁上。

   泊肅葉公式：

  （流量公式）

   式中, d:管道內(nèi)徑（m）；l:管道長(zhǎng)度（m）；μ:流體的動(dòng)力粘度（）；

         △p=p1-p2：管道兩端的壓力差（）。

　　從上式可知：流量與管徑的4次方成正比；壓差（壓力損失）與管徑的4次方成反比�？梢�(jiàn)，管徑對(duì)流量、壓力損失的影響是很大的。

  根據(jù)上式可得出平均流速的公式，

  3、壓力損失

 1）沿程壓力損失:

   液體在等直徑管內(nèi)流動(dòng)時(shí)，因摩擦而產(chǎn)生的壓力損失，稱(chēng)為沿程壓力損失。

  λ--沿程壓力損失系數(shù),其理論值為λ=64/Re；液體在金屬管道中流動(dòng)時(shí)，取λ=75/Re；

       液體在橡膠軟管中流動(dòng)時(shí)，取λ=80/Re；

  ρ—液體密度。

    液體在直管中作紊流時(shí)，其沿程壓力損失與層流時(shí)相同。但λ值不一樣。

 2）、局部壓力損失

   局部壓力損失△Ρξ是由于管子截面形狀突然變化、液流方向改變或其它形式的液流阻力而引起的壓力損失。

       △Ρζ=ζ

   式中，ρ—液體的密度；

 ν—液體的平均流速，一般情況下指局部阻力下游處的流速。

 ζ—局部阻力系數(shù)。

 3）總壓力損失

　　總壓力損失等于沿程壓力損失加上局部壓力損失。

　　由于管路一般不長(zhǎng)，故沿程壓力損失較小。


                         第4節(jié)　孔口和縫隙液流

  1、薄壁小孔

  小孔的長(zhǎng)度L和小孔直徑d之比L/d≤0.5的孔，稱(chēng)為薄壁小孔。

   流經(jīng)薄壁小孔的流量為：

 式中：A－小孔的截面積；

　　　△P－小孔前后壓差；

　　　ρ－液體的密度；

      Cq—流量系數(shù)。其值由實(shí)驗(yàn)確定。

  小孔的長(zhǎng)度與直徑之比0.5＜≤4時(shí)，稱(chēng)為短孔。其流量公式與薄壁小孔一樣。

　短孔比薄壁小孔容易加工，因此，適合于做固定節(jié)流器。

 2、細(xì)長(zhǎng)孔

　小孔的長(zhǎng)度L與直徑d之比 L/d >4的孔，稱(chēng)為細(xì)長(zhǎng)孔。

　　細(xì)長(zhǎng)孔接近與圓管層流，其流量公式也為：

    式中：d:管道內(nèi)徑（m）；ｌ:管道長(zhǎng)度（m）；μ:流體的動(dòng)力粘度（）；

         △p=p1-p2：管道兩端的壓力差（）。

  比較：　(1)　薄壁小孔流量對(duì)油溫變化不敏感；細(xì)長(zhǎng)孔流量對(duì)油溫變化（粘度變化）敏感。

         (2) 負(fù)載變化，引起壓力變化，在相同的ΔP時(shí)，薄壁小孔結(jié)構(gòu)流量變化比細(xì)長(zhǎng)孔小，從而速度穩(wěn)定。

    因此，薄壁小孔常用作調(diào)節(jié)流量的器件。

 3、縫隙液流

（1）平行平板縫隙

　　　其流量公式：

  式中：b—平行平板縫隙的寬度；ｌ—平行平板縫隙的長(zhǎng)度；

       h—平行平板縫隙的高度；μ—液體的動(dòng)力粘度；

　　　△p—平行平板縫隙兩端的壓力差；νo—平行平板之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度。

　　當(dāng)平行平板之間沒(méi)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，即νo＝0，通過(guò)的液體流量?jī)H由壓力差引起，稱(chēng)為壓差流動(dòng)。

    此時(shí)，平行平板縫隙之間的流量為：

   如果將上面的流量理解為液壓元件縫隙中的泄漏量，我們可以看出：在壓力差作用下，通過(guò)縫隙的流量與縫隙值h的三次方成正比，這說(shuō)明，液壓元件內(nèi)縫隙的大小對(duì)其泄漏量的影響是很大的。

   當(dāng)平行平板兩端不存在壓差時(shí)，即△p＝0，通過(guò)的液流純由平板運(yùn)動(dòng)引起，稱(chēng)為剪切流動(dòng)。

   此時(shí)，平行平板縫隙之間的流量為：

  （2）同心環(huán)形縫隙

   當(dāng)h/r<<1時(shí)（相當(dāng)于液壓元件內(nèi)配合間隙的情況），可以將環(huán)形縫隙間的流動(dòng)近似地看作是平行平板縫隙間的流動(dòng)，將b替換成πd，得到流量：

    當(dāng)圓柱體和內(nèi)孔之間沒(méi)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，即νo＝0，其流量為：

 （3）偏心環(huán)形縫隙

   如圖所示，在偏心環(huán)形縫隙間的流動(dòng)。設(shè)內(nèi)外圓相互間的偏心量為e。

   當(dāng)內(nèi)外圓之間沒(méi)有軸向相對(duì)移動(dòng)，即νo＝0，其流量為：

    式中：h—內(nèi)外圓同心時(shí)半徑方向的縫隙值      e—內(nèi)外圓相互間的偏心量,

          ε—相對(duì)偏心率，ε＝e/h

  從上式可以看出，當(dāng)ε＝0時(shí)，就是同心環(huán)形縫隙流量公式；當(dāng)ε＝1時(shí)，即在最大偏心量時(shí)，其流量為同心環(huán)形縫隙流量的2.5倍。

　因此，在液壓元件中，為了減少縫隙流量（泄漏量），盡量使其配合件處于同心狀態(tài)。

                     第5節(jié)　氣穴現(xiàn)象

 1、幾個(gè)概念

（1）空氣的分離壓：在一定溫度下，當(dāng)油的壓力低于某個(gè)值時(shí)，溶于油中的空氣就會(huì)迅速地從油中分離出來(lái)，產(chǎn)生大量氣泡。這個(gè)壓力稱(chēng)為液壓油在該溫度下的空氣分離壓。

（2）飽和蒸氣壓：當(dāng)液壓油在某溫度下的壓力低于一定數(shù)值時(shí)，油液本身迅速汽化，即油從液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)，產(chǎn)生大量油的蒸氣氣泡，這時(shí)的壓力稱(chēng)為液壓油在該溫度下的飽和蒸汽壓。

（3）氣穴現(xiàn)象：在液體流動(dòng)中，某點(diǎn)處的壓力低于空氣分離壓而產(chǎn)生大量氣泡的現(xiàn)象，稱(chēng)為氣穴現(xiàn)象。

   氣穴現(xiàn)象的本質(zhì)：

   當(dāng)液壓系統(tǒng)中出現(xiàn)氣穴現(xiàn)象時(shí)，大量的氣泡波壞了液流的連續(xù)性。當(dāng)大量氣泡隨著液流到壓力較高的部位時(shí)，氣泡在高壓下迅速破裂，并又凝結(jié)成液體，使體積突然減小而形成真空，周?chē)�高壓油迅速流過(guò)來(lái)補(bǔ)充。由于這一過(guò)程時(shí)間極短，液體質(zhì)點(diǎn)高速碰撞，產(chǎn)生局部高溫，溫度可達(dá)1149℃，沖擊壓力高達(dá)幾百兆帕，并產(chǎn)生強(qiáng)烈的振動(dòng)和噪聲。在這樣的高溫高壓作用下，液壓油局部氧化,變黑，對(duì)金屬管壁產(chǎn)生化學(xué)腐蝕作用，使液壓元件表面受到侵蝕，剝落，長(zhǎng)時(shí)間會(huì)形成麻點(diǎn)，海綿狀的小洞穴。這種現(xiàn)象稱(chēng)為氣蝕。

  氣蝕：當(dāng)附著在金屬表面上的氣泡破滅時(shí)，所產(chǎn)生的局部高溫和高壓使金屬剝落，從而使表面粗糙或出現(xiàn)海綿狀小洞穴，這種現(xiàn)象稱(chēng)為氣蝕。

  2、減少氣穴現(xiàn)象的措施

 a. 減小閥孔前后的壓差。

 b. 正確合理設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)。

 c. 減少空氣侵入。

 d. 提高零件的機(jī)械強(qiáng)度，提高零件的制造精度。

                第6節(jié)　液壓沖擊

 1、概念

（1）液壓沖擊：在液壓系統(tǒng)中，出現(xiàn)液體壓力突然急劇上升，形成很高的壓力峰值的現(xiàn)象，稱(chēng)為液壓沖擊。

（2）產(chǎn)生的原因和危害

     液體在系統(tǒng)中的流動(dòng)受阻或方向改變，由于液流的慣性作用，其能量發(fā)生轉(zhuǎn)換，因而產(chǎn)生壓力沖擊波；這種沖擊波的往復(fù)傳播，便在系統(tǒng)內(nèi)形成壓力振蕩。

   系統(tǒng)中出現(xiàn)液壓沖擊時(shí)，瞬時(shí)壓力峰值比正常壓力大幾倍。會(huì)損壞密封裝置、管道和液壓元件，引起振動(dòng)，產(chǎn)生噪音。有時(shí)會(huì)造成元件誤動(dòng)作，甚至造成設(shè)備事故。

（3) 減小液壓沖擊的措施

 a.延長(zhǎng)閥門(mén)關(guān)閉時(shí)間和運(yùn)動(dòng)部件制動(dòng)的時(shí)間。

 b. 限制液體的流速和運(yùn)動(dòng)部件的運(yùn)動(dòng)速度。

 c. 適當(dāng)加大管道直徑，縮短管路長(zhǎng)度。

 d. 設(shè)置緩沖裝置，或采用軟管。

 e. 在液壓系統(tǒng)中設(shè)置蓄能器或安全閥。

                                                            [編著：曾保國(guó)]