小孔流量—压力特性实验
1.5.1 液体流经小孔的流量压力特性[共2页]
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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。
第二章第五节流量压力特性
900 40106 Pa s 36103 Pa s
l 0.002m
例题：有一固定同心圆环缝隙，直径d=1cm,缝 隙δ=0.01mm,缝隙长度l=2mm,缝隙两端的压差 △p=21MPa，油的运动粘度ν=4×10-5m2/s,油的 密度为900kg/m3，求其泄漏量。 带入上式得
液流收缩的程度取决于Re、孔口边缘形状、孔口离 管道内壁的距离等因素。对于圆形小孔，当管道直径D 与小孔直径d之比D/d大等于7时，流速的收缩作用不受 管壁的影响，称为完全收缩；反之，管壁对收缩程度有 影响时，称为不完全收缩。
和 Ⅱ 取图示 Ⅰ 为计算截面，设截面Ⅰ处的压力和 平均流速为p1和v1，截面Ⅱ处的压力和平均流速为p2和 v2。选取轴线为参考基准，则z1=z2，据此该薄壁小孔 的伯努利方程为：
液体流经薄壁的情形如图所示，液流在小孔上游大 约d/2处开始加速并从四周流向小孔。由于流线不能突 然转折到与管轴线平行，在液体惯性的作用下，外层流 线逐渐向轴线方向收缩，形成收缩截面A2。对于圆孔， 约在小孔下游d/2处完成收缩。通常把最小收缩面积A2 与孔口截面积A0之比值称为收缩系数Cc，即
A2 Cc A0
2、短孔和细长孔的流量压力特性
短孔和细长孔的定义也是根据长径比，长径比小于 4时定义为短孔，大于4的为细长孔。 短孔的流量可以根据式2.5.3计算，但其流量系数 要根据图2.5.2查出。短孔常用语固定节流器使用。
液流在细长孔中的流动一般为层流，可以用式 2.4.3来表达其流量压力特性，即
d 4 d2 q p Ap CAp 128l 32l
例题：有一固定同心圆环缝隙，直径d=1cm,缝 隙δ=0.01mm,缝隙长度l=2mm,缝隙两端的压差 △p=21MPa，油的运动粘度ν=4×10-5m2/s,油的 密度为900kg/m3，求其泄漏量。 解： 只在压差作用下，流经同心圆环缝隙流量的计 算公式为
第7章液体在缝隙中的流动
流体力学－杨阳
重庆大学
1）小孔类型
(1)细长孔：孔长比孔径大的多，L>4d; (2)薄壁孔: 孔长比孔径小的多，L<0.5d; (3) 厚壁孔（短孔）：长径比介于细长孔和薄壁孔之间。 在细长孔中，流体流动为层流，薄壁孔中流体流动为完全 紊流，而短孔中的流动为过渡流动。
流体力学－杨阳
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流体力学－杨阳
dy
dy 2
代入 d dp 得
dy dx
d2u 1 dp
dy2
dx
流体力学－杨阳
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d2u 1 dp
dy2
dx
dp dx
：压力在x轴方向的变化率，常数。
沿缝隙长度l
的压力降为p，有：
dppp1p2
dx l
l
const
可得
d 2u dy 2
p l
将上式对y进行两次积分得
p(x)p1p1 lp2xp1 lpx
p1 p2
p1
u
x l
x P2
流体力学－杨阳
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通过缝隙的流量：
Q bh3 p 12 .l
缝隙流基本方程
流过缝隙的压力降（压力损失）：
沿程阻力系数：
其中
流体力学－杨阳
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缝隙流计算的一般步骤：
（1）选择流体单元（dx×dy×b），p(x)，（y）；
第七章 液体在缝隙中的流动
在机械设备中相对运动的两个零件其接触面必然有一
定的间隙（缝隙），间隙的合理确定直接影响到机械的 性能。
液压系统中泵、马达和换向阀等液压元件都是利用元
件的相对运动进行工作的，处处存在着缝隙流动问题。
流量特性
倒锥的液压侧向力使偏心距加大，当液压侧向力足够大时， 阀芯将紧贴孔的壁面，产生所谓液压卡紧现象；而顺锥的液压侧 向力则力图使偏心距减小，不会出现液压卡紧现象。 • 为减少液压侧向力，一般在阀芯或柱塞的圆柱面开径向均压 槽，使槽内液体压力在圆周方向处处相等，槽深和宽为0.3～ 1.0mm。
液压冲击
气穴现象
气穴现象——液压系统中，某点压力低于液压油液所在温度下的空气
分离压时，原先溶于液体中的空气会分离出来，使液体产生大量的气 泡，这种现象称为气穴现象。当压力进一步减小低于液体的饱和蒸汽 压时，液体将迅速汽化，产生大量蒸汽气泡使气穴现象更加严重。气 穴现象多发生在阀口和泵的吸油口。
•
气穴现象的危害 大量气泡使液流的流动特性变坏，造成流量和压 力不稳定；气泡进入高压区，高压会使气泡迅速崩溃，使局部产生非 常高的温度和冲击压力，引起振动和噪声；当附着在金属表面的气泡 破灭时，局部产生的高温和高压会使金属表面疲劳，时间一长会造成 金属表面的侵蚀、剥落，甚至出现海绵状的小洞穴，这种气蚀作用会 缩短元件的使用寿命，严重时会造成故障。
对孔前、孔后通道断面1－1、2－2 列伯努利方程，其中的压力损失包括 突然收缩和突然扩大两项损失。
流经薄壁小孔流量
q = CdAo（2Δp /ρ）1/2
– Cd—流量系数，Cd=CvCc
•
Cv称为速度系数 ；Cc称为截面收缩系数 薄壁小孔因沿程阻力损失小，q 对油温变化不敏感， 多被用作调节流量的节流器。
平板缝隙
•
两平行平板缝隙间 充满液体时，压差作用 会使液体产生流动；两 平板相对运动也会使液 体产生流动。
• q = b h 3Δp / 12μl ± u ob h / 2
1.5小孔和缝隙的流量特性
第1章 液压流体力学基础
液压油
液体静力学 流体动力学
管路系统流动分析 液压冲击与气穴现象
流动液体的压力损失 小孔和缝隙的流量特性
q
δ bP 1 2μ l
（1-31）
3
2、液体流经环形缝隙的流量特性
q π
Dδ P
3
(1 1 .5 ) ε
2
12l
e-偏心距 ε=e/δ δ-无偏心时的环形缝隙值， ΔP-液体沿轴向流动的压力差； l-环的轴向长度
1.6 液压冲击和空穴现象
1.6.1 液压冲击
在液压系统中,由于某种原因引起的液体压力急剧交替升 降的阻尼波动过程,称为液压冲击。
2、空穴现象举例
1）节流口处的空穴现象
2）液压泵的空穴现象
f
P
lρ v d 2
2
ρ v 2
2
1.5 小孔和缝隙的流量特性
1.5.1节流与阻尼
1、节流原理
液体在管道中流动时，若流道突然变窄， 在液压传动系统中常遇到油 形成小孔，如图1-13所示，则液流流经小 液流经小孔或间隙的情况，例如 孔时会产生一个较大的局部压力损失。孔 节流调速中的节流小孔，液压元 越小，局部压力损失越大。 件相对运动表面间的各种间隙。 此时，将在小孔的前后形成一个压力降 研究液体流经这些小孔和间隙的 ΔP，同时使流经小孔的液体量受到限制。 流量压力特性，对于研究节流调 液体的这种流动损失称为节流损失，这个 速性能，计算泄漏都是很重要的。 图1-13 薄壁小孔液流状态示意图 过程就是节流原理。 2、阻尼 由于液体流经小孔时存在着节流损失，故常利用小孔的这一特性来制成限 制液体流动的元器件。这种利用节流原理来阻挡液体流动的过程称为阻尼。
测定小孔出流中孔径、形状与流量关系实验
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。
液压实验指导书
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。
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五、实验数据及结果
1
P6（MPa） P10（MPa） P1（MPa） V(L) T(s) Q(l/min)
2
3
4
5
678六、绘制 Nhomakorabea验曲线油路部分
电气部分
回路中P6为泵的出口压力，P10压与P1压为小孔前后的 压力(采用精密压力表一、二)用测压软管相连，通过调节流 阀改变小孔的流量，其流量值由量杯测得，再用容积法算 得单位时间里通过小孔的流量。 四、实验步骤 旋紧节流阀，调溢流阀(带溢流阀泵源)，使得P的出口压 力为3Mpa Z1得电，关紧量杯的放油口。 全松节流阀，Z1不得电，测得通过小孔的流量，同时读小孔 前后的压力差ΔP=P10-P1，通过调节流阀的开口量，从小 到大逐点记录在表格 注意：输入量杯流量过多时，及时使Z1得电，以免油溢出量 杯
小孔压力——流量特性实验
一概述： 液压流体力学基础的基本知识，为分析、设计以至使用液 压传动系统，打下必要的理论基础。小孔压力——流量特性， 是流体运动的重要概念之一。 L∕d≥4 为细长孔 Q =（Лd4△P）∕（128ηL） L∕d≤0.5 为薄壁小孔 C=0.6～0.62 本实验装置可完成细长孔(Φ1.2mm L=6mm )的压力-流量 特性实验。 细长孔在层孔围内，其压力——流量特性应为线性关系。 二、实验目的 1、学会小孔压力——流量特性的实验方法 2、实测小孔压力——流量特性和理论推导值作比较。 三、实验装置 用带有快速接头的液压软管，根据下图组成液压回路 注意：接好的液压回路之后，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。