第四節(jié) 管道流動

1、第四節(jié)第四節(jié) 管道流動管道流動 在液壓傳動中，能量損失主要表現(xiàn)為壓力損失， 即伯努利方程中的ghw（或PW），其組成為： 沿程壓力損失 局部壓力損失 1)沿程壓力損失： 油液沿等直徑直管流動時因粘性摩擦而引起的 壓力損失。 2)局部壓力損失： 液體流經(jīng)管道的彎管、接頭、突然變化的截面 以及閥口等處時，液體流速的大小和方向發(fā)生變化， 會產(chǎn)生漩渦并發(fā)生紊動現(xiàn)象，由此造成的壓力損失 稱為局部壓力損失。 液體在管道中流動時的沿程壓力損失和液流的 流動狀態(tài)有關(guān)。 一、流態(tài)與雷諾數(shù)一、流態(tài)與雷諾數(shù) 1、雷諾數(shù)實驗裝置雷諾數(shù)實驗裝置 2、流動狀態(tài)層流和紊流 1）層流：液體質(zhì)點定向而不相混雜的流動狀 態(tài)，稱為

2、層流。 粘性力起主導(dǎo)作用。 2）紊流：如果液體流動時質(zhì)點具有脈動速度， 引起流層間質(zhì)點相互錯雜交換，這種流動稱為 紊流或湍流。 慣性力起主導(dǎo)作用。 3、雷諾數(shù) 決定液流流動狀態(tài)的是用管內(nèi)的平均流速v、液 體的運動粘度(紐）、管徑d三個數(shù)所組成的一 個稱為雷諾數(shù)Re的無量綱數(shù)。 1）雷諾數(shù) dv Re 液體的流動狀態(tài)可用雷諾數(shù)來判斷。 雷諾數(shù)的物理意義： 影響液體流動的力主要有慣性力和粘性力，雷 諾數(shù)就是慣性力對粘性力之比。 定義? 臨界雷諾數(shù)： 流動液體由層流轉(zhuǎn)變?yōu)槲闪骰蛴晌闪鬓D(zhuǎn)變?yōu)閷?流的雷諾數(shù)是不相同的，后者小，一般以此來作 為判別依據(jù)，稱之為臨界雷諾數(shù)，記作Recr 。 當(dāng)ReRecr

3、，為層流 當(dāng)ReRecr ，為紊流 常見的液流管道的臨界雷諾數(shù)可由實驗求得， 如表1-5所列。 光滑的金屬圓管：Recr=2320。 2）對于非圓截面管道： 式中：RH通流截面的水力半徑。 x A RH H Rv 4 Re 水力半徑對管道通流能力影響很大，水力半徑大， 表明液流與管壁的接觸周長短，管壁對液流的阻力 小，通流能力大；反之，通流能力小，易堵塞。 在面積相等，形狀不同的所有通流截面中，圓形 管道的水力半徑最大。 式中：A有效截面積； x濕周，有效截面的周長。 二、圓管流動的沿程壓力損失二、圓管流動的沿程壓力損失 （一）層流的沿程壓力損失 1、通流截面上的流速分布規(guī)律 液體在等徑水平圓

4、管中作層流運動。取微小液柱， 在水平方向進(jìn)行受力分析，列力平衡方程式： 0)( 2 21 f Frpp 內(nèi)摩擦力： )(2 dr du rlFf r l p dr du 2 解得： 積分得：液體在流通截面上的速度分布： 圓管內(nèi)流速u沿半徑方向按拋物 線規(guī)律分布。 )( 4 22 rR l p u p l d l pR u 164 22 max 軸線處的最大流速為： 44 22 0 2 48128 R A pRd qudARrrdrpp lll （） 3、管道內(nèi)的平均流速 2 max 32 qd vpu Al 1 2 4、沿程壓力損失 22Re 6432 22 2 v d lv d l d lv

5、 pp 為沿程阻力系數(shù)，理論值= 64 / Re。 實際計算：金屬管取= 75/Re，橡膠管= 80/Re。 忽略液體自重和位置變化對壓力的影響，該公式 同樣適用于非水平管。 2、通過管道的流量 （二）紊流時的沿程壓力損失 紊流時慣性力起主導(dǎo)作用，流動現(xiàn)象很復(fù)雜 的，紊流時的沿程壓力損失比層流時大的多； 紊流時的沿程壓力損失的計算。 式中：值不僅與雷諾數(shù)Re有關(guān)，而且與管壁表面 粗糙度有關(guān)，即= f（Re，/ d ），為管壁的絕 對粗糙度，/d 為相對粗糙度。 紊流時圓管的沿程阻力系數(shù)值見表1-6。 2 2 v d l p 三、管道流動的局部壓力損失三、管道流動的局部壓力損失 1、概念：液體流

6、經(jīng)如閥口、彎管、通流截面變 化等局部障礙處所引起的壓力損失。 2、局部壓力損失的計算公式： 式中：v液體的平均流速， 局部阻力系數(shù)。(查閱相關(guān)手冊) 液流流過各種閥的局部壓力損失可由閥在額定 流量下qs的壓力損失ps 來換算： 2 2 v p 2 )( s q q pp S 四、管路系統(tǒng)中的總壓力損失與壓力效率四、管路系統(tǒng)中的總壓力損失與壓力效率 1、管路系統(tǒng)中的總壓力損失 22 22 vv d l ppp 注意：該公式適用于兩相臨局部障礙間的距離大于 管道內(nèi)徑1020倍的場合。否則實際數(shù)值比上式計算 出的壓力損失大。 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： pppP 1 2、管路系統(tǒng)的壓力效率 課堂測試題 如圖，管道輸送=9000N/m3 液體，