实际液体具有粘性或管道形状和截面尺寸发生变化时,对液体流动会产生阻力,因此要损失一部分能量。压力损失由沿程压力损失和局部压力损失两部分组成。在设计液压系统时要尽量减小压力损失,从而提高系统效率、减小由此带来的温升。压力损失的大小与液体的流动状态有关。 液体的流动状态
英国物理学家雷诺通过大量实验,发现了液体在管路中流动时存在的两种流动状态--层流和紊流。雷诺实验表明,层流时液体质点互不干扰,液体沿管路轴线作线性或层状流动;紊流时液体质点相互干扰,运动杂乱无章,除了沿管路轴线运动以外还有剧烈的横向运动。
实验分析表明,层流发生在液体流速较低的场合,粘性力起主导作用,压力损失主要是液体的粘性摩擦损失;紊流发生在液体流速较高的场合,惯性力起主导作用,压力损失主要是液体的动能损失。
雷诺数
液体的流动状态可用雷诺数判断。
雷诺数定义为
式中,d—管路的直径;v—液体的平均流速;ν—液体的运动粘度。雷诺数的物理意义是:液流的惯性作用和粘性作用之比。
对于非圆形截面管路,雷诺数定义为
水力直径可用下式计算
式中,A—液流的有效面积;χ—液流的湿周周长(液流有效流通截面的周界长度)。
由此可见,面积相等但形状不同的通流截面,其水力直径是不同的。计算表明,圆形的水力直径最大,同心圆环的水力直径最小。水力直径大则通流能力强,对液体的流动阻力小。因此管路多是圆形截面。
雷诺数表明了液体的流动状态。把液体由紊流变成层流时对应的雷诺数称为临界雷诺数,记作。一切流动都有层流和紊流两种流动状态及相应临界雷诺数,临界雷诺数的数值由实验测定。当液流的实际雷诺数小于临界雷诺数时,液流为层流;反之,为紊流。常见液流管道的临界雷诺数如表2.2所示。
液体流动状态的判定
2.3.1沿程压力损失
液体在等径直管中流动时产生的压力损失称为沿程压力损失,该损失与液体的流动状态有关。