1、层流、紊流和雷诺数

　液体流动时，有两种基本流态：层流和紊流。

  层流：液体质点互不干扰，流动呈线性或层状，平行于管道轴线，没有横向运动。

　紊流：液体质点的运动杂乱无章，除沿管道轴线运动外，还有剧烈的横向运动。

  1883年奥斯本?雷诺(Osborne Reynolds)所作的有名的实验。对流体的流动模式有了更完整的说明。
                     (点击观看：雷诺实验)

   根据雷诺数判定层流和紊流。

  式中：--液体在管中的流速（m/s）

       d—管道的内径（m）

      --液体的运动粘度（）

 2、圆管层流

  层流时管截面上的速度分布，如下图。

   最大流速在轴线上，最小流速在管壁上。

   泊肃叶公式：

  （流量公式）

   式中, d:管道内径（m）；l:管道长度（m）；μ:流体的动力粘度（）；

         △p=p1-p2：管道两端的压力差（）。

　　从上式可知：流量与管径的4次方成正比；压差（压力损失）与管径的4次方成反比。可见，管径对流量、压力损失的影响是很大的。

  根据上式可得出平均流速的公式，

  3、压力损失

 1）沿程压力损失:

   液体在等直径管内流动时，因摩擦而产生的压力损失，称为沿程压力损失。

  λ--沿程压力损失系数,其理论值为λ=64/Re；液体在金属管道中流动时，取λ=75/Re；

       液体在橡胶软管中流动时，取λ=80/Re；

  ρ—液体密度。

    液体在直管中作紊流时，其沿程压力损失与层流时相同。但λ值不一样。

 2）、局部压力损失

   局部压力损失△Ρξ是由于管子截面形状突然变化、液流方向改变或其它形式的液流阻力而引起的压力损失。

       △Ρζ=ζ

   式中，ρ—液体的密度；

 ν—液体的平均流速，一般情况下指局部阻力下游处的流速。

 ζ—局部阻力系数。

 3）总压力损失

　　总压力损失等于沿程压力损失加上局部压力损失。

　　由于管路一般不长，故沿程压力损失较小。


                         第4节　孔口和缝隙液流

  1、薄壁小孔

  小孔的长度L和小孔直径d之比L/d≤0.5的孔，称为薄壁小孔。

   流经薄壁小孔的流量为：

 式中：A－小孔的截面积；

　　　△P－小孔前后压差；

　　　ρ－液体的密度；

      Cq—流量系数。其值由实验确定。

  小孔的长度与直径之比0.5＜≤4时，称为短孔。其流量公式与薄壁小孔一样。

　短孔比薄壁小孔容易加工，因此，适合于做固定节流器。

 2、细长孔

　小孔的长度L与直径d之比 L/d >4的孔，称为细长孔。

　　细长孔接近与圆管层流，其流量公式也为：

    式中：d:管道内径（m）；ｌ:管道长度（m）；μ:流体的动力粘度（）；

         △p=p1-p2：管道两端的压力差（）。

  比较：　(1)　薄壁小孔流量对油温变化不敏感；细长孔流量对油温变化（粘度变化）敏感。

         (2) 负载变化，引起压力变化，在相同的ΔP时，薄壁小孔结构流量变化比细长孔小，从而速度稳定。

    因此，薄壁小孔常用作调节流量的器件。

 3、缝隙液流

（1）平行平板缝隙

　　　其流量公式：

  式中：b—平行平板缝隙的宽度；ｌ—平行平板缝隙的长度；

       h—平行平板缝隙的高度；μ—液体的动力粘度；

　　　△p—平行平板缝隙两端的压力差；νo—平行平板之间的相对运动速度。

　　当平行平板之间没有相对运动时，即νo＝0，通过的液体流量仅由压力差引起，称为压差流动。

    此时，平行平板缝隙之间的流量为：

   如果将上面的流量理解为液压元件缝隙中的泄漏量，我们可以看出：在压力差作用下，通过缝隙的流量与缝隙值h的三次方成正比，这说明，液压元件内缝隙的大小对其泄漏量的影响是很大的。

   当平行平板两端不存在压差时，即△p＝0，通过的液流纯由平板运动引起，称为剪切流动。

   此时，平行平板缝隙之间的流量为：

  （2）同心环形缝隙

   当h/r<<1时（相当于液压元件内配合间隙的情况），可以将环形缝隙间的流动近似地看作是平行平板缝隙间的流动，将b替换成πd，得到流量：

    当圆柱体和内孔之间没有相对运动时，即νo＝0，其流量为：

 （3）偏心环形缝隙

   如图所示，在偏心环形缝隙间的流动。设内外圆相互间的偏心量为e。

   当内外圆之间没有轴向相对移动，即νo＝0，其流量为：

    式中：h—内外圆同心时半径方向的缝隙值      e—内外圆相互间的偏心量,

          ε—相对偏心率，ε＝e/h

  从上式可以看出，当ε＝0时，就是同心环形缝隙流量公式；当ε＝1时，即在最大偏心量时，其流量为同心环形缝隙流量的2.5倍。

　因此，在液压元件中，为了减少缝隙流量（泄漏量），尽量使其配合件处于同心状态。

                     第5节　气穴现象

 1、几个概念

（1）空气的分离压：在一定温度下，当油的压力低于某个值时，溶于油中的空气就会迅速地从油中分离出来，产生大量气泡。这个压力称为液压油在该温度下的空气分离压。

（2）饱和蒸气压：当液压油在某温度下的压力低于一定数值时，油液本身迅速汽化，即油从液态变为气态，产生大量油的蒸气气泡，这时的压力称为液压油在该温度下的饱和蒸汽压。

（3）气穴现象：在液体流动中，某点处的压力低于空气分离压而产生大量气泡的现象，称为气穴现象。

   气穴现象的本质：

   当液压系统中出现气穴现象时，大量的气泡波坏了液流的连续性。当大量气泡随着液流到压力较高的部位时，气泡在高压下迅速破裂，并又凝结成液体，使体积突然减小而形成真空，周围高压油迅速流过来补充。由于这一过程时间极短，液体质点高速碰撞，产生局部高温，温度可达1149℃，冲击压力高达几百兆帕，并产生强烈的振动和噪声。在这样的高温高压作用下，液压油局部氧化,变黑，对金属管壁产生化学腐蚀作用，使液压元件表面受到侵蚀，剥落，长时间会形成麻点，海绵状的小洞穴。这种现象称为气蚀。

  气蚀：当附着在金属表面上的气泡破灭时，所产生的局部高温和高压使金属剥落，从而使表面粗糙或出现海绵状小洞穴，这种现象称为气蚀。

  2、减少气穴现象的措施

 a. 减小阀孔前后的压差。

 b. 正确合理设计液压系统的结构参数。

 c. 减少空气侵入。

 d. 提高零件的机械强度，提高零件的制造精度。

                第6节　液压冲击

 1、概念

（1）液压冲击：在液压系统中，出现液体压力突然急剧上升，形成很高的压力峰值的现象，称为液压冲击。

（2）产生的原因和危害

     液体在系统中的流动受阻或方向改变，由于液流的惯性作用，其能量发生转换，因而产生压力冲击波；这种冲击波的往复传播，便在系统内形成压力振荡。

   系统中出现液压冲击时，瞬时压力峰值比正常压力大几倍。会损坏密封装置、管道和液压元件，引起振动，产生噪音。有时会造成元件误动作，甚至造成设备事故。

（3) 减小液压冲击的措施

 a.延长阀门关闭时间和运动部件制动的时间。

 b. 限制液体的流速和运动部件的运动速度。

 c. 适当加大管道直径，缩短管路长度。

 d. 设置缓冲装置，或采用软管。

 e. 在液压系统中设置蓄能器或安全阀。

                                                            [编著：曾保国]