小孔流量—压力特性实验

第1章 液压传动基础知识液体流经小孔和缝隙的流量压力特性小孔在液压与气压传动中的应用非常广泛。

本节主要根据液体经过薄壁小孔、厚壁小孔和细长孔的流动情况，分析它们的流量压力特性，为以后学习节流调速及伺服系统工作原理打下理论基础。

1.5.1 液体流经小孔的流量压力特性1．薄壁小孔的流量压力特性在图1.13中，如果小孔的长度为l ，小孔直径为d ，当长径之比0.5l d≤时，这种小孔称为薄壁小孔。

一般孔口边缘做成刀刃口形式。

各种结构形式阀口一般属于薄壁小孔类型。

液体流过小孔时，因D d ，相比之下，流过断面1—1时的速度较低。

当液流流过小孔时在流体惯性力作用下，使通过小孔后的流体形成一个收缩截面A 2（对圆形小孔，约至离孔口2d 处收缩为最小），然后再扩大，这一收缩和扩大过程便产生了局部能量损失，并以热的形式散发。

当管道直径与小孔直径之比D /d ≥7时，流体的收缩作用不受孔前管道内壁的影响，这时称流体完全收缩；当D /d <7时，孔前管道内壁对流体进入小孔有导向作用，这时称流体不完全收缩。

设收缩截面222π4A d =与孔口截面2π4A d =之比值称为截面收缩系数C c ，即 222c 2A d C A d == （1-41） 在图1.13中，在截面1—1及截面2—2上列出伯努利方程。

由于D d ，12v v ，故v 1可忽略不计。

得221222222p p a v v g g g g ξρρ=++ （1-42） 化简后得2v C == （1-43） 式中，Δp ——小孔前后压差，Δp=p 1- p 2；α2——收缩截面2—2上的动能修正系数；图1.13 薄壁小孔的流量推导简图。

液压实验指导书液压传动综合实验台液压传动实验指导书浙江⼤学城市学院⼯程分院⼆○○五年九⽉⽬录(⼀)液压传动综合实验台基本操作指南2-3(⼆) 实验⼀液压传动基础实验指导书4-7(三) 实验⼆液压基本回路动作实验8-9(四)实验三⼩孔—压⼒流量特性实验10-11(五)实验四变量叶⽚泵静、动态特性实验12-14(六)实验五溢流阀特性实验15-17(七) 实验六换向阀特性测试18(⼋)实验七调速阀特性实验19-20(九)实验⼋液压缸特性实验21(⼗) 实验九液压系统节流调速实验22-23 附图1-1液压系统图24附图1-2液压试验台⾯板⽰意图25附图1-3台架背⾯各换向阀及压⼒表接⼝位置图26(⼀)液压传动综合实验台基本操作指南⼀、微机控制液压综合实验台液压系统图1-1是微机检测液压综合实验液压系统图，整个实验台液压系统由A、B、C、D、E等5个液压模块组成。

试验台的控制有⼿动和微机控制。

⼆、实验选择及选择液压模块组成实验系统A、微机控制操作液压系统图参照图1-1实验者每次可选择其中若⼲个液压模块组成⾃⼰所需同的实验系统。

⼀共可组成四个实验系统。

它们分别是：1、液压传动基础实验2、液压系统节流调速实验3、溢流阀静、动态特性实验4、变量叶⽚泵静、动态特性实验开启计算机，根据屏幕提⽰，选择您想做的实验（代号为1、2、3、4）。

然后选择若⼲液压模块（A、B、C、D、E）组成所需的实验系统。

选择正确，可进⼊下⼀步的实验程序。

如果选择不正确请重新选择⼀次，若三次错误，计算机提⽰“请您再仔细阅读实验指导书”（计算机使⽤⽅法参阅另⼀说明书）。

B、⼿动操作参照图1-1液压系统图及图1-2液压传动综合试验台⾯板⽰意图，试验台能完成的实验项⽬有：1、液压传动基础实验；2、液压基本回路实验；3、⼩孔（薄壁孔和细长孔）流量—压⼒特性实验；4、叶⽚泵特性实验；5、溢流阀特性实验；6、换向阀特性实验；7、调速阀的流量—压⼒特性实验；8、液压缸的运转试验及负载效率测定；9、节流调速特性实验。

本科生流体力学综合设计实验No: 2007-02测定小孔出流中孔径、形状与流量关系实验学生：孙梁雅专业： 2004级应用气象指导教师：赵亮副教授中国海洋大学海洋学国家基础科学人才培养基地2007测定小孔出流中孔径、形状与流量关系实验2004级 应用气象 孙梁雅一． 实验目的1. 加深对伯努力方程的理解；2. 验证课本中提到的小孔出流现象,探索孔的形状和直径的大小对出水速度的影响。

二． 实验原理理想正压流体在有势质量力作用下，其运动方程在定常及无旋两特殊情形下可以积分出来，运动方程的这两个第一积分分别为伯努利积分和拉格朗日积分。

伯努利积分：212p v h ρ++=恒量 是能量守恒的数学表达。

左边各项分别代表单位质量内的压力能，动能，势能。

由此式推出：单位质量内的总能量，即压力能，动能，势能的总和在流线上守恒。

应用伯努利积分的原理，现有一个很大的容器盛满着水，在容器侧面距水面h 的器壁上开一小孔，水从小孔流入大气，求小孔射流的流速v 。

如果我们从出口B 处追溯容器中的流线，就会发现它们都通过自由面A 。

当水外泄时自由面 就慢慢下降。

如果自由面的面积SA 比小孔的面积SB 大得多，那么根据不可压缩流体的连续方程，V A比VB要小得很多，可以近似的认为V A=0，液面A静止不动（注意：V A，VB都是平均速度）。

这样，不同时刻容器内水流的状况应该是一样的，也就是说运动是定常的。

对图中（图1）某一流线应用伯努利积分，并考虑到自由面A处和射流出口B处的压力都是大气压，则有：小孔处流速与质点自液面A自由下落到达小孔时的速度相同。

当然，这是按理想流体计算的，在实际流体中由于粘性阻力，射流的速度要小一些。

如果管嘴是圆形的，则射流速度为理想流体射流速度的0.98左右。

图1 小孔出流示意图当水箱体积相同，小孔的位置也相同，小孔的直径变化时，如逐渐减小，出水量会有什么变化？小孔的形状对出水量会有影响吗？法国数学家和工程师彭赛列(Jean-Victor Poncelet,1788年~1867年)和洛斯布罗斯(Losbros)于1827年~1835年，美国矿业工程师和流体力学家史密斯（Hamitton Smith,1840年~1900年）于1885年，以及其他人在不同的时间都作了这样的实验。

实验一液压系统中工作压力形成的原理一实验目的1、通过实验理解液压系统压力和外加负载的关系；2、通过实验分析液压系统负载由哪几方面组成；3、通过实验理解液压系统中工作压力的组成，有效工作压力，无效工作压力（压力损失）。

二实验原理（一）液压缸的外加负载变化对液压缸工作压力的影响。

实验在常摩擦阻力的情况下和液压工作不变的情况下进行。

在实验装置中，液压缸垂直布置，外负载用砝码直接加在活塞杆的一端，通过加不同的砝码观察液压工作压力值的变化、通过实验，计算液压缸的有效工作压力，做出负载——压力曲线。

注意此实验不同负载时的液压缸运动速度变化情况。

（二）进入液压缸的流量改变时，对液压缸工作压力的影响。

液压传动中流量和压力是两个独立的重要参数，它们之间没有直接的相互影响。

在一定负载下，仅改变进入液压缸的流量。

观察压力变化值及速度情况。

注意：此项实验，液压缸回油阻力必须很小，否则将产生不同背压，造成一定误差值。

（三）液压缸活塞下时，回油路的液压局部阻力（背压）变化时对液压缸工作压力的影响。

液压阻力包括两部分，即局部阻力与沿程阻力，本实验装置采用改变局部阻力（节流阀的通流截面积）的方法进行。

当液压缸上腔进油时，回油路上的节流阀阻力，可以看成是液压缸的无效负载，改变节流阀的通流截面积，就可研究液压局部阻力变化对液压缸的影响。

实验应在正常摩擦阻力和外负载不变的发现情况下进行。

（四）多缸并联时，外加负载不同时，对系统工作压力的影响。

实验装置中采用三个液压缸的并联施加不同负载，观察压力变化及它们的运动状态。

三实验步骤本实验在QCS002实验台上进行。

实验前调试：（1）实验油温控制在工作中20℃~40℃范围内。

（2）调整溢流阀4使压力15kgf/cm2(1.5MPa), 节流阀8、9、10开至最大，不加砝码慢慢打开调速阀6，使活塞杆运动速度不宜快，要求在运动过程中，有充分观察出压力表指示值。

1、观测液压缸的外加负载变化时，对液压缸工作压力的影响。

实验一液压传动基础实验液压传动是机械能转化为压力能，再由压力能转化为机械能而做功的能量转换传动机构。

油泵产生的压力大小，取决于负载的大小，而执行元件液压缸按工作需要通过控制元件的调节提供不同的压力、速度及方向，理解液压传动的基本工作原理和基本概念，是学习本课程的关健。

本实验通过液压缸的往复运动，了解压力控制、速度控制和方向控制的相关控制阀的作用及进一步理解液压传动基本工作原理和基本概念。

本实验教师可以边演示、边讲解、边提出问题；也可以使学生自行完成实验：并观察现象、记录数据，解答问题。

一、实验目的：通过教师边实验演示、边讲解，边提出问题，使学生进一步熟悉、掌握液压实验的基本操作，了解各种液压控制元件及在系统中的作用。

理解液压传动基本工作原理和基本概念，也可以在学生充分阅读理解实验指导书的基础上完成本实验，记录实验结果，回答指导书所列出的思考题。

二、实验装置：图1为液压基础实验系统图。

按图1所示用带快速接头体的软管分别连接各模块组成实验用的液压系统图。

液压基础实验系统的组成：液压元件：油缸一只，7：单向调速阀（2FRM5）一只，8：单向节流阀（DRVP8）一只，1、2：先导式溢流阀（DB10）两只，4：直动式溢流阀（DBDH6P）一只，5：减压阀（DR6DP）一只，6：三位四通电磁换向阀（4WE6E）一只，3、二位三通电磁换向阀（3WE6A）一只，油泵（VP8）一只；辅助元件：压力表两只、四通接头一只、三通接头三只、软管20支、流量计一台。

图1注意：接好液压回路之后，再重新检查各快速接头的连接部分是否连接可靠，最后请老师确认无误后，方可启动。

三、实验步骤：1、读通图1的液压系统，了解各液压元件的名称、熟悉液压职能符号及各液压元件在系统中的作用。

2、压力控制：1)、溢流阀遥控口卸荷，减压阀出口暂不接油箱，Z1不带电，开泵P1压力指示很小（主要是管路的阻力），并且不可调节，何故？2)、溢流阀调压，Z1得电，开启泵P1 指示值随阀1的调节而变化。