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2-4液体在管道中的流动

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液压与气压传动试题库及答案[4]

液压与气压传动试题库及答案[4]

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液压与气压传动试题一、填空题（每空2分，共40分)1．液压传动中，压力决于___负载__________，速度决定于_____流量________。

2．液压传动中，_ 实际输出流量____和____泵的出口压力__相乘是液压功率3．我国生产的机械油和液压油采用 _40o C时的运动粘度(mm2/s)为其标号。

4．管路系统总的压力损失等于_沿程压力损失_及__局部压力损失__之和。

5．方向控制阀的操纵方式有如下五种形式___手动式_、__机动式___、__电磁式____、_液动式、____电液动式_。

6．溢流阀、减压阀、顺序阀都有____直动式______和____先导式_______两种不同的结构形式7．进油路节流调速回路的功率损失由______溢流损失_________和______节流损失____两部分组成。

二、单选题(每小题2分，共20分）1．压力对粘度的影响是（ B ）A 没有影响B 影响不大C 压力升高，粘度降低D 压力升高，粘度显著升高2．目前,90％以上的液压系统采用（）A 合成型液压液B 石油型液压油C 乳化型液压液D 磷酸脂液3．一支密闭的玻璃管中存在着真空度，下面那个说法是正确的（ )A 管内的绝对压力比大气压力大 B管内的绝对压力比大气压力小C 管内的相对压力为正值 D管内的相对压力等于零4．如果液体流动是连续的，那么在液体通过任一截面时，以下说法正确的是（ C ）A 没有空隙B 没有泄漏C 流量是相等的D 上述说法都是正确的5．在同一管道中，分别用Re紊流、Re临界、Re层流表示紊流、临界、层流时的雷诺数，那么三者的关系是（ C ）A Re紊流〈 Re临界〈Re层流B Re紊流= Re临界=Re层流C Re紊流> Re临界〉 Re层流D Re临界〈Re层流〈Re紊流6．有卸荷功能的中位机能是（ A )A H、K、M型B O、P、Y型C M、O、D型D P、A、X型7．顺序阀的主要作用是（ C ）A 定压、溢流、过载保护B 背压、远程调压C 降低油液压力供给低压部件D 利用压力变化以控制油路的接通或切断8．旁油路节流调速回路在（ A ）时有较高的速度刚度A 重载高速B 重载低速C 轻载低速D 轻载高速9．调速阀可以实现（ D）A 执行部件速度的调节B 执行部件的运行速度不因负载而变化C 调速阀中的节流阀两端压差保持恒定D 以上都正确10．可以承受负值负载的节流调速回路是（ C ）A 进油路节流调速回路 B旁油路节流调速回路C 回油路节流调速回路D 三种回路都可以填空题（每空1分，共25分)1．液体静压力沿内法线方向作用于承压面；静止液体内任意点的压力在（各个）方向相等。

各种介质在管道中的流速范围

各种介质在管道中的流速范围

0.3～0.6 0.5～0.7 0.7～1.0 1.2～1.6
0.1～0.2 0.16～0.25 0.25～0.35 0.35～0.55 0.05～0.3
0.3～0.8 0.8～1.5
2 1.5 1.2
2 1.2
1.2
1.5 2～4.5
1.5 0.4～0.8
2.5～3 3～4
2.5～3 10～15 15～20 10～20
102
P ＞10MPa(表)
103
往复式真空泵吸入管
104
往复式真空泵排出管
பைடு நூலகம்
105
油封式真空泵吸入管
106
往复泵吸入管
107
往复泵排出管
水及粘度 相似的液
体
0.5～2 0.5～3
2～3 2～3.5 1.5～3.5 1.0～1.5 1.2～3.5
0.5～1.5
0.2～0.5 2
1.5～2.5
0.5～0.9 0.7～1.0 1.0～1.6
二次蒸汽 高压乏汽
乏汽
压缩气体
氧气
煤气
半水煤气 天然气 烟道气 石灰窑窑
气 氮气 氢氮混合
气
氨气
乙烯气 乙炔气
氮 氯仿 氯化氢 溴 氯化甲烷 氯乙烯 二氯乙烯 三氯乙烯 乙二醇 苯乙烯 二溴乙烯
工作条件或管径范围 DN ＜100
DN ＝100～200 DN ＞200
二次蒸汽要利用时 二次蒸汽不利用时
P ≤20～30MPa（表）
59 60
自来水
主管P ＝0.3MPa(表) 支管P ＝0.3MPa(表)
61 锅炉给水
P ＞0.8MPa(表)
62
蒸汽冷凝 水

管道内流速常用值

管道内流速常用值

管道内流速常用值/（m/s）管道内流速常用值/（m/s）流体种类应用场合管道种类平均流速备注水一般给水主压力管道2~3低压管道0.5~1泵进口0.5~2.0泵出口1.0~3.0工业用水离心泵压力管3~4离心泵吸水管DN2501~2DN2501.5~2.5往复泵压力管1.5~2往复泵吸水管1给水管道流速选择原则一、液体工艺介质类别最大允许压降流速0～60m3/h1.381.8~2.460～160m3/h0.922.4~3.0>160m3/h0.463.0~4.6(4)容器、塔器底部排出管线0.141.2~1.8(5)再沸器入口0.030.3~1.2(6)冷凝器出口0.110.9~1.8(7)冷却管线0.090.6~1.2(8)塔器供液管线0.141.2~1.8二、气体工艺介质类别最大允许压降流速kg/cm2/100mm/s(1)一般压力等级>35.0kg/cm2G0.467.0~20.014.0~35.0kg/cm2G0.357.0~20.010.5~14.0kg/cm2G0.147.0~20.03.5~10.5kg/cm2G0.0710.0~30.00.0~3.5kg/cm2G0.0310.0~30.0真空0.0210.0~30.0换气用风道横置4.0~7.0竖置2.0~5.0(3)泵排出口0.401.0~3.0离心泵2.0~3.0往复泵1.0~2.0(4)锅炉给水0.401.5~3.0(5)冷却水0.401.0~2.5四、蒸汽类别最大允许压降流速kg/cm2/100mm/s(1)一般(2)压力等级(3)0.0~3.5kg/cm2G0.0610.0~35.0(4)3.5~10.5kg/cm2G0.1210.0~35.0(5)10.5~21.0kg/cm2G0.2310.0~35.0(6)>21.0kg/cm2G0.3510.0~35.0(7)(2)过热蒸汽(8)口径(mm)(9)>2000.3540.0~60.0(10)100~2000.3530.0~50.0(11)<1000.3530.0~40.0(12)(3)饱和蒸汽(13)口径(mm)(14)>2000.2030.0~40.0(15)100~2000.2025.0~35.0饱和水蒸气（表压0.8MPA以下）????40-60?往复泵吸入管（水类液体）????0.7-1饱和水蒸气（表压3MPA以上）????80往复泵排出管（水类液体）????1-2蛇管入口饱和水蒸气????30-40??离心泵吸入管（水类液体）????1.5-2化工设备的排气管????20-25?离心泵排出管（水类液体）????2.5-3 一般气(体常压）????10-20??真空管道????＜10表二某些流体在管道中的常用流速范围。

工程流体力学第4章流体在圆管中的流动

工程流体力学第4章流体在圆管中的流动

流体在圆管中的摩擦系数
定义
表示流体在圆管中流动时， 流体与管壁之间的摩擦力 与压力梯度之间的比值。
影响因素
流体的物理性质、管道的 粗糙度、流动状态等。
测量方法
通过实验测定，常用的实 验设备有摩擦系数计和流 阻仪等。
流体在圆管中的流动效率
定义
表示流体在圆管中流动的能量转 换效率，即流体在流动过程中所 消耗的能量与流体所具有的能量
流速分布受流体粘性和密度的影响， 粘性越大、密度越小，靠近管壁处流 速降低越快。
03
流体在圆管中的流动现象
流体阻力
01
02
03
定义
流体在流动过程中，由于 流体内部以及流体与管壁 之间的摩擦力而产生的阻 力。
影响因素
流体的物理性质、流动状 态、管道的形状和尺寸等。
减小阻力措施
选择适当的流速、优化管 道设计、使用减阻剂等。
之比。
影响因素
流体的物理性质、管道的形状和尺 寸、流动状态等。
提高效率措施
优化管道设计、改善流体物性、降 低流速等。
流体பைடு நூலகம்圆管中的流动稳定性
定义
表示流体在圆管中流动时，流体的速 度和压力等参数随时间的变化情况。
影响因素
流动稳定性控制
通过控制流体物性、流速和管道设计 等措施，保持流体在圆管中的流动稳 定性。
根据输送距离、流量和扬程要求，选择合适的水 泵。
输送效率
优化输送管道布局，降低流体阻力，提高输送效 率。
输送安全性
确保输送过程中不发生泄漏、堵塞等安全问题。
液压系统
液压元件
根据液压系统要求，选择合适的液压元件，如油泵、阀、油缸等。
系统稳定性
确保液压系统在各种工况下稳定运行，避免压力波动和振动。

化工原理流体在管内的流动讲义

化工原理流体在管内的流动讲义
返回
例1-4 如附图所示，从高位槽向塔内进料，高位槽
中液位恒定，高位槽和塔内的压力均为大气压。送液
管 为 φ45×2.5mm 的 钢 管 ， 要 求
pa
送液量为3.6m3/h。设料液在管
h
内 的 压 头 损 失 为 1 . 2 m（ 不 包 括
出口能量损失），试问高位槽的
液位要高出进料口多少米？
返回
面上总机械能、总压头为常数，即
gz u2 p Const.
2
u2 p z Const.
2g g 返回
0 u12 2g
H
p1 g
1
u22 2g
p2 g
2 z2
返回
（3）单位质量流体具有的能量：
gz、u2/2、p/ρ是指在某截面上流体本身所具有
的能量；We和∑hf是指流体在两截面间流动时获 得和消耗的能量。
设1kg流体在系统中流动，因克服流体阻力而损失
的能量为∑hf （J/kg）
Qe' Qe hf
返回
U Qe hf
v2 pdv
v1
gZ u2 / 2 ( pv)
v2 v1
pdv
We
hf
( pv)
2
d( pv)
v2 pdv
p2 vdp
1
v1
p1
gZ u2 / 2
p2 p1
vdp
We
hf
表示1kg流体流动时机械能的变化关系，称为流体 稳态流动时的机械能衡算式,可压缩流体与不可压缩 流体均适用。
返回
不可压缩流体的v或ρ为常数
p2 p1
vdp
v( p2
p1 )
p
g Z

第二章 液压油与液压流体力学基础

第二章 液压油与液压流体力学基础

液体单位面积上所受的法向力，称为压力，以p表示，单位Pa、Mpa
F p lim A 0 A

静止液体的压力称为静压力。
性质： （1）液体的压力沿内法线方向作用于承压面上； （2）静止液体内任一点处的压力在各个方向上都相等。
二、重力作用下静止液体中的压力分布 间内流过某一通流截面的液体体积称为流量。 流量以q表示，单位为m³ /s或L/min。
q = V/t = Al/t = Au

当液流通过微小的通流截面dA时，液体在该截面上各 点的速度u可以认为是相等的，所以流过该微小断面的 流量为 dq=udA 则流过整个过流断面A的流量为
m V
(kg / m 3 )
式中：V——液体的体积，单位为m3；
m——液体的质量，单位为kg。
液体的密度随压力或温度的变化而变化，但变化量很 小，工程计算中忽略不计。
（二）液体的可压缩性 液体受压力作用而使体积减小的性质称为液体的可 压缩性。通常用体积压缩率来表示：
1 V k p V0

单位：㎡/s 1㎡/s=104㎝2/s =104斯（St）=106mm2/s =106厘斯（cSt）
液压油牌号：
国际标准按运动粘度对油液的粘度等级（即牌号）进行 划分。常用它在某一温度下（40℃）的运动粘度平均值来表 示，如VG32液压油，就是指这种液压油在40℃时运动粘度 的平均值为32mm2/s（cSt）。
2、粘度 粘性的大小用粘度表示。常用的粘度有三种，即动力 粘度、运动粘度和相对粘度。 ⑴动力粘度 动力粘度又称绝对粘度
du / dy

动力粘度的物理意义是：液体在单位速度梯度下流动 时，流动液层间单位面积上的内摩擦力。 单位： N· s/㎡或Pa· s

第七章流体在管路中的流动

图5-6 圆管中层流的速度分布
U max
J 2 J 2 r0 d 4 16
(6)
二、流量及平均流速
现求圆管中层流的流量：取半径r处厚度为d 的一个微小环形 r 面积，每秒通过这环形面积的流量为
dqV u 2rdr
由通过圆管有效截面上的流量为
Q udA
A ro
o
故油在管中是层流状态。
[例5-2] 水流经变截面管道，已知d2/d1=2，则相应的 Re2/Re1=?
解题分析
[解 ] 因
Re
Vd


4Q 1 d d
V
4Q d 2
故
d1 Re 2 / Re1 (1 / d 2 ) /(1 / d1 ) 0.5 d2
5.2 流动损失分类



沿程水头损失计算 局部水头损失计算 章目解析 从力学观点看，本章研究的是流动 阻力。
产生流动阻力的原因：
内因——粘性+惯性 外因——流体与固体壁面的接触情况流
体的运动状态(外界干扰）

从能量观看，本章研究的是能量损 失（水头损失）。


研究内容 管流：研究hw的计算（本章重 点）。 水头损失的两种形式 hf ：沿程水头损失(由摩擦引 起)； hj ：局部水头损失（由局部干 扰引起）。
w
总水头损失： h
hf hj
5.1 层流与湍流流动
粘性流体两种流动状态：

紊流状态 层流状态
一、雷诺实验.
1. 装置
2. 实验条件
液面高度恒定. 水温恒定
图5-1 雷诺实验装置
3.实验步骤
层流状态
(a)

2-4流体流动系统的能量衡算

1-4 流体流动系统的能量衡算 （19）
qm
23:26:03
16
管内流体压力的计算
将以上各值代入Bernoulli Equation
3 p2 1 147 10 1 2 2 1.26 20.94 2 1000 2 1000
解得:
p2=－71.45 kPa （表压）
即喷嘴出口处的真空度为71.45kPa。
23:26:03 1-4 流体流动系统的能量衡算 （19） 17
Bernoulli Equation是能量守恒定律在流体 流动系统中的应用，是流体力学的最重要的方 程。希望同学们通过做作业而掌握它，不然你 就不是“伯努力”了，而是“白努力”了。
The End
谢谢同学们！
即，位能=mgz
单位质量的流体所具有的位能为 gz，其单位为 J/kg。
23:26:03
1-4 流体流动系统的能量衡算 （19）
2
各项的能量形式
（2）静压能：在流体内部，任一处都有静压力。对于一个流动系
统，由于在1-1截面处流体具有一定的静压力，流体要通过该截面 进入系统，就需要对流体做一定的功，以克服这个静压力。换句话
计算结果表明，动能项数值很小，流体位能主要用于克服管路阻力。
压头损失不包括出口能量损失，因此2-2截面应取管出口内侧。若选2-2 截面为管出口外侧，计算过程有所不同，但结果一样。
23:26:03
1-4 流体流动系统的能量衡算 （19）
15
管内流体压力的计算
合成氨厂利用喷射泵输送氨。稀氨水的质量流量为1×104kg/h，密度 为1000kg/m3，入口处的表压为147kPa。管道的内径为53mm，喷嘴出口处 内径为13mm，喷嘴能量损失可忽略不计，试求喷嘴出口处的压力。 解：取稀氨水入口为1-1截面，喷嘴出口

第四节 管道流动


1)沿程压力损失： 油液沿等直径直管流动时因粘性摩擦而引起的 压力损失。 2)局部压力损失： 液体流经管道的弯管、接头、突然变化的截面 以及阀口等处时，液体流速的大小和方向发生变化， 会产生漩涡并发生紊动现象，由此造成的压力损失 称为局部压力损失。 液体在管道中流动时的沿程压力损失和液流的 流动状态有关。
四、管路系统中的总压力损失与压力效率
1、管路系统中的总压力损失
l v 2 v 2 p p p d 2 2
注意：该公式适用于两相临局部障碍间的距离大于 管道内径10～20倍的场合。 实际数值比上式计算出的压力损失大。 由于存在压力损失，一般液压系统中液压泵的压力 pp应比执行元件的工作压力p1高∑△p，即：
圆管内流速u沿半径方向按抛物 线规律分布。 轴线处的最大流速为：
p 2 2 u (R r ) 4l
umax
pR 2 d2 p 4l 16l
p 2 2 R d q A udA （R r ）rdr 2 p p 4l 8l 128l 1 q d2 3、管道内的平均流速 v p u max A 32l 2
pP p1 p
2、管路系统的压力效率

p1 pP p p 1 pP pP pP
课堂测试题 如图，管道输送γ=9000N/m3 液体，已知h=15m，A点压力 为0.4MPa，B点压力为 0.45MPa。则管中油流方向 是 ，管中流体流动压 力损失是 。
作业
一、流态与雷诺数
1、雷诺数实验装置
2、流动状态——层流和紊流
1）层流：液体质点定向而不相混杂的流动状 态，称为层流。 粘性力起主导作用。 2）紊流：如果液体流动时质点具有脉动速度， 引起流层间质点相互错杂交换，这种流动称为 紊流或湍流。 惯性力起主导作用。

第4讲 流体在管内的流动

衡算基准： 单位质量流体（1kg）；
基准水平面： 0-0’平面
三、机械能衡算-柏努力方程式
1.流动的流体所具有的机械能
(1)位能：质量为m的流体距基准水平面高度为Z时的位能 为mgZ。单位为J。
比位能：单位质量的流体距基准水平面高度为Z时的位能， 称为比位能。比位能大小为gZ。单位为J/kg。
(2)动能：质量为m，流速为u的流体所具有的动能为1 mu2
如图示。实验证明，对大多数流体，有： F u S y
或 F du
S dy
——牛顿黏性定律
上板以恒定 速度u沿x的 正方向运动
式中： F——内摩擦力，N。τ——剪应力，N/m2 du/dy——速度梯度；μ——比例系数，黏度。 牛顿黏性定律：黏性产生的剪应力与速度梯度成正比。
流体分类：牛顿型流体(Newtonian fluid) 非牛顿型流体(non-Newtonian fluid)
注意: 理想流体是指无黏性（μ=0）的流体，即流体流动 时不存在黏性力，即内摩擦力为零。
二. 质量衡算-- 连续性方程式 1、管内定态流动的连续性方程式的推导：
如右图示：一维稳定的管路系统。以管内壁，截面1-1’与2-2’ 间的管段作物料衡算。
依据质量守恒定律： ws1
ws 2
ws1 ws2
即： u1A11 u2 A2 2
J/kg)。是选择流体输送机械的重要依据。
A、有效功率Ne： Ne Wews
——用于流体输送的功率，单位：W(J/s) 或 KW(kJ/s)
B、轴功率N ： N Ne
——实际消耗的功率
C、效率η： Ne ——反映了泵对外加能量的利用程度。
N
4) 对于可压缩流体，若所取系统两截面间的绝对压强变化小 于原来绝对压强的20%（即 p1 p2 20% ）时，伯努利方程仍
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过流断面上的流速及其分布规律
•在轴线上列力平衡方程
第2章
第四节
液体在管道中的流动
•内摩 2 rl dr dr
表明：液体在直管中作层流 运动时，速度对称于圆管中 心线并按抛物线规律分布。 当 r = 0 时，流速为最大。
•对上式积分并代入边界条件
2
l v pl d 2
2
• 不仅与Re有关，还与管壁的相对粗糙度△/d有关，往 往由经验公式求得
第2章
第四节
液体在管道中的流动
四、局部能量损失
• 局部能量损失是指液体在流经阀口、弯头、接头、突变 截面、滤网等处时，由于流速的大小或方向发生急剧变化， 极易形成紊流并产生旋涡，使质点发生相互碰撞，由此所 造成的能量损失。
第四节
液体在管道中的流动
•则由上式可知
8l 128 l p Q Q 4 4 R d
平均流速
第2章
第四节
液体在管道中的流动
2、圆管中的层流流动时的沿程能量损失 • 沿程能量损失是指液体在等断面直管内流动时，液体沿 其流动方向上，由于液体流动时其内摩擦力和液体于管壁 面间的摩擦力所造成的能量损失。 • 单位重量液体所对应的沿程能量损失
液体在管道中的流动
液体的流态及其实验装置
第2章
第四节
液体在管道中的流动
层流时，液体的流速较低，质点受粘性的约束，不 能随意运动，粘性力起主导作用；紊流时，液体的流速 较高，粘性的制约作用减弱，惯性力起主导作用。 2、圆形断面管道的雷诺数
vd Re
vcr
Recr
Re Recr 层流 Re Recr 紊流
沿程压力损失
第2章
第四节
液体在管道中的流动
三、液体在圆管中的紊流流动及其沿程能量损失
第2章
第四节
液体在管道中的流动
• 紊流时，由于质点之间的碰撞形成涡流，其能量损失比 层流大。 • 影响紊流能量损失的因素有d、、、△等。
• 紊流的沿程能量损失和压力损失计算公式形式同层流一 样，即
l v hl d 2g
第二章
液压油和液压流体力学
液体在管道中的流动
第四节
一、液体的流动状态 1、层流和紊流 层流
液体各质点互不干扰和混杂，沿管道轴线做平行运动，没 有垂直于轴向的横向运动，液体的流动呈线性或层状。
紊流
液体各质点相互混杂，除了有平行于管道轴线运动外，还 存在剧烈的横向运动，液体的流动呈紊乱状态。
第2章
第四节
液流的雷诺数相同，其流动状态就相同
第2章
第四节
液体在管道中的流动
2、非圆形断面管道的雷诺数
4vR Re A R
R—过流断面的水力半径，即液 流的有效过流面积A与其湿周 （有效断面的周界长度）之比。
二、液体在圆管中的层流流动及其沿程能量损失 1、圆管中的层流流动
第2章
第四节
液体在管道中的流动
五、管路系统总能量损失
l v v h w h l h d 2g 2g
2
2
l v v p pl p d 2 2
2
2
1、过流断面突然扩大处的局部能量损失
•假设理想液体不可压缩且作恒定流动，列 出1-1，2-2断面处的伯努利方程
hl
第2章
第四节
液体在管道中的流动
hl
—沿程能量损失，这里可近似忽略不计 —单位重量液体的局部能量损失
h
•列出控制体的动量方程
第2章
第四节
液体在管道中的流动
对于紊流 由此，推导出过流断面突然扩大处的局部能量损失
p p hl g
8l p Q 4 R
Q Av R v
2
第2章
第四节
液体在管道中的流动
2 2
8 lv 64 l v 64 l v hl 2 vd d 2 g vd d 2 g gR
令
64 Re
pl
l v2 hl d 2g
第2章
第四节
液体在管道中的流动
圆形管道截面上的流量 流线的特性
dQ udA u 2 rdr
Q d Q u 2 rdr
R 0 R 0

R 0
p 2 (R 4l
2
r ) rdr
2
R 4 d 4 Q p p 8L 128 l
第2章
A1 2 (1 ) A2
其中，ξ突然扩大局部损失系数
第2章
第四节
液体在管道中的流动
2、其它形式的局部能量损失
式中，ξ为局部损失系数，一般由实验确定，具体数值可 查阅有关液压传动设计手册
由此，可得局部压力损失的计算公式
第2章
第四节
液体在管道中的流动
2
v p h g 2