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第六章流体节流与缝隙流动(了解各种节流及缝隙流动现象，理解影响流量的因素，理解偏心状缝。
掌握气蚀现象。
) §6.1 流体的节流节流：管道内流体流经断面突然缩小的截面后，又进入和以前一样断面的管道，致使压力下降的现象，称为节流。
一、气体节流气体节流后各参数的变化规律，表6－1进行简要分析二、液体节流缝隙中油液产生运动的原因：1）缝隙两端存在压力差；1）组成缝隙的壁面存在相对运动；3）缝隙大小的变化。
缝隙中油液的运动大都呈稳定层流：1）缝隙高度与其长度宽度相比很小，液体在缝隙中流动时受固体壁面的影响；2）油液具有一定的粘度，Re一般很小。
§6.2 液体在小孔中的流动通道截面为圆孔型（分为薄壁小孔型和细长小孔型）。
l d≤。
薄壁小孔：当横隔板壁厚L与孔口直径d之比小于0.5，即/0.5l d>。
液压和润滑系统中的导油管。
细长小孔：小孔的长径比/4§6.3 液体流经平面缝隙平面缝隙：由两平行平面夹成的缝隙。
齿轮泵齿顶与泵壳之间的油液运动，柴油机中滑块与导板之间的油液流动。
结论：1）缝隙中液体流速按抛物线规律分布的；2）流经平面缝隙的流量与缝隙厚度δ的三次方成正比，和动力粘度μ成反比。
§6.4 液体流经同心环状缝隙同心环状缝隙：由内外两个同心圆柱面所围成的缝隙。
结论：流经平面缝隙的流量与缝隙厚度δ的三次方成正比。
§6.5 液体流经偏心环状缝隙偏心环状缝隙：在船舶机械中的环状缝隙，当运动部件装配不当或工作受力不均时，同心环状缝隙就变成偏心环状缝隙。
结论：流经偏心环状缝隙的流量与偏心距成正比，偏心距最大时，泄漏量为同心环状缝隙的2.5倍。
§6.6 液体流经具有相对运动的平行面缝隙喷油泵中的柱塞泵。
类型：（1、2、3）1）平行剪切流动∆=p，由于液体粘滞性，通过平行板的运动液体运动。
2）压差流动液体的运动，在缝隙两端的压差作用下实现。
3）压差与剪切流动的合成液体的运动，在缝隙两端的压差和平行剪切力的作用下共同实现。
液体流经小孔和缝隙时的流量计算液压传动中常利用液体流经阀的小孔或间隙来控制流量和压力，达到调速和调压的目的。
液压元件的泄漏也属于缝隙流动。
因而讨论小孔和间隙的流量计算，了解其影响因素对于正确分析液压元件和系统的工作性能是很有必要的。
一、液体流经小孔时的流量计算小孔可分为三种，当小孔的长度与直径的比值≤0.5时，称为薄壁小孔；当＞4，称为细长孔；当0.5＜≤4时，则称为短孔（厚壁孔）。
1．薄壁小孔流量的计算图2—18所示为液体流过薄壁小孔的情况。
当液体从薄壁小孔流出时，左边大直径处的液体均向小孔汇集，．在惯性力的作用下，在小孔出口处的液流由于流线不能突然改变方向，通过孔口后会发生收缩现象，而后再开始扩散。
这一收缩和扩散过程就产生了很大的压力损失。
图2—18流经薄壁小孔的流量计算图收缩断面积与孔口断面积之比称为断面收缩系数。
即=/。
收缩系数决定于雷诺数、孔口及边缘形状、孔口离管道侧壁的距离等因素。
当管道直径与小孔直径的比值/≥7时，收缩作用不受孔前管道内壁的影响，这时收缩称为完全收缩。
反之，当/＜7时，孔前管道对液流进入小孔起导向作用，这时的收缩称为不完全收缩。
现对小孔前后断面1—1和收缩断面C—C列伯努利方程+=++ (2—58)式中为液体流经小孔时流束突然缩小的局部阻力系数。
由于>>，可认为≈0，又由于小孔过流的收缩断面上流速基本均布，故有=1，则得＝=（2—59) 式中——小孔速度系数，=；——小孔前后压力差，=。
考虑=，由式(2—33)可得通过薄壁小孔的流量公式为＝＝=（2—60）式中——小孔流量系数，=；流量系数值由实验确定，当完全收缩时，= 0.61～0.62；当不完全收缩时，= 0.7～0.8。
流经薄壁小孔时，孔短，其摩擦阻力的作用很小，并与压力差的平方根成正比，所以，流量受温度和粘度变化的影响小，流量稳定。
因此，液压系统中常采用薄壁小孔作为节流元件。
2．短孔的流量计算短孔的流量公式仍为式（2—60），但流量系数不同，一般取= 0.82。
课题 5: 流动液体的压力损失和流经小孔，间隙的流量
计算
目的要求: 理解层流、紊流及雷诺数的概念；明确液压传动中能量损失的主要表现形式——压力损失的计算方法；常见孔口、缝隙流量的计算方法，为后续理论
打下必要基础；
重点：雷诺数，压力损失和孔口流量计算方法及公式意义
复习提问：1作业讲评
2．上次课主要内容：一组基本概念：①理想液体与稳定流动②通流A、υ、q；③二个基本方程：连续性及伯努利方程
3．二个基本方程的物理意义、量纲、理想液体与实际液体伯氏方程的差别？作业： 2-15；2—19
教具: 课件
教学内容：（附后）
第3节液体流动时的压力损失
引言：在液传中，伯氏方程中的hw主要为压力损失,其后果是增加能耗和泄漏，故在液压传动中研究发生压力损失的途径具有实际意义
压力损失可分为：沿程压损和局部压损。
一、层流、紊流、雷诺数
实验证明，液体流动的压力损失与液体的流动状态有关。
液体的流动有两种状态，即层流和紊流。
Re）可以判断液体的流态。
雷诺数（
v d H Re υ=
(2-17)
实验证明：流体从层流变为紊流时的雷诺数大于由紊流变为层流时的雷诺数，前者称上临界雷诺数，后者称下临界雷诺数。
工程中是以下临界雷诺数
c Re 作为液流状态判断依据，简称临界雷诺数，若Re ﹤c Rc 液流为层流；Re ≥c Re 液流为紊流。
常见管道的液流的临界雷诺数，见表2-2。
二、沿程压力损失
液体在等径直管中流动时，因内外摩擦而产生的压力损失称之。
经理论推导和实验修正：
2
2
λρυλd l p =∆ （2-18）
式中阻力系数λ的取值： 层流：理论值 λ=64/Re 实际值 λ=75/Re(金属管)
λ=80/Re(橡胶管)
紊流：λ=0.3164Re(-o.25)
可见，△P λ的大小与流动状态有关，还与流速（故要限制流速）、管长、管径等因素有关，在应用上式时，先要判断流态、确定λ后才能进行计算。
三、局部压力损失
产生局部压损的场所、原因。
其大小一般以实验确定。
22
ρυζζ=∆p （2-19）
式中ξ是局部阻力系数，由实验求得，一般查手册。
液体流经各种阀的局部压力损失常用经验公式：
2vn
v v )(q q p p n ∆=∆ (2-20) 式中:qn —阀的额定流量; q —阀的实际流量; △pn —阀在额定流量下的压力损失
四、管路系统总的压力损失
整个管路系统的总压力损失应为所有沿程压力损失和所有局部压力损失之和，即
2
vn
v n 2
2v λ)(22q q p d l p p p p ∑∆+∑+∑=∑∆+∑∆+∑∆=∑∆ρυζρυλζ (2-21)
减少液压系统的压力损失，常常采取以下措施。
（1）油液在管路中流动的速度对压力损失影响最大。
因此流速不能太高，但也不能过低，否则会加大管路尺寸和阀类元件的尺寸，这就需要将油液的流速限制在适当的范围内。
(2)管道内壁应光滑。
（3）油液的粘度应适当。
（4）尽量缩短管道长度，减少管道的弯曲和突然变
第四节 液体流经小孔和缝隙的流量
液压传动中小孔和缝隙的用途：控制压力、流量以调压或调速 弊端：产生压力损失、能量损失、油液发热。
一、液体流经小孔的流量
小孔的分类：
薄壁小孔： l/d ≤0.5
细长小孔： l/d>4
短 孔： 0.5<l/d ≤4
1．流经薄壁小孔的流量（图2-15）
推导过程见教材
p A C q ∆=ρ2T
q (2-23)
2．短孔的流量 短孔加工比薄壁孔容易，实际应用较多。
短孔的流量公式依然是式（2-23）、但流量系数q C 不同，一般为q C =0.82。
3．流经细长小孔的流量
将λ=64/Re 、v=q/A 、代入沿程压损公式可得：
)128/(4l p d q μπ∆= （2-24）
注意：该式与μ有关，故q 受油温的影
4．孔口流量通用公式
ϕp KA q ∆=T （2-25）
式中：k 与孔的形状，尺寸和流体的性质有关。
M 由孔的长径比决定，m=0.5；0.5-1; 1
分析：当q ≠0时，必有△p ≠0,这是今后要经常用到的一个念。
二、液体流经缝隙的流量（一般了解）
许多元件之间产生间隙是必然的、它有利也有弊。
有间隙会产生压力损失。
1． 平行平板缝隙的流量
（1） 流过固定平行平板缝隙的流量
p l
b q ∆=μδ123 (2-26) （2） 流过相对运动平行平板缝隙的流量
δυb u A q 2'0=
= (2-27) 在一般情况下，相对运动平行平板缝隙中既有压差流动，又有剪切流动。
因此，流过对运动平板缝隙的流量为压差流量和剪切流量二者的代数和
δμδb u p l b q 2
1203
±∆= (2-28)
2． 圆环缝隙的流量
（1）流过同心圆环缝隙的流量 21203
u d p l d q δπμδπ±∆= (2-29)
当相对运动速度0u =0时，即为内外表面之间无相对运动的同心圆环缝隙流量公式
p l
d q ∆=μδπ123
（2-30）
（2）流过偏心圆环缝隙的流量 2
)5.11(12023u d l p d q δπεμδπ±+∆= (2-31)
一、 小孔和缝隙的利用 液压传动中常利用改变通过阀的小孔的流量来达到调速的目的，通过压力控制阀的阀口缝隙产生压力降，来控制系统的压力。
四、液压系统中的泄漏
1．产生泄漏的原因
（１）多孔隙泄漏
（2）缝隙泄漏
（3）动力泄漏
（4）粘附泄漏
2．泄漏故障的危害
由于泄漏故障，对液压设备带来的危害表现在如下几方面：（１）使系统压力下降。
（２）油液消耗增大，系统效率降低，油温升高。
（３）执行机构速度不稳定。
（４）造成油液和其他物质浪费，增加设备运转成本。
（５）可能引起控制失灵，元件损坏。
（６）污染环境，工作条件恶化。
（７）外泄漏可能引起火灾。
