第二章 液压流体力学 第四节 液体流动时的压力

第四节 液体流动时的压力损失

一、压力损失的基本概念

1、基本概念 在液压传动中，能量损失主要表现为压力损失 ，压力损失分为两类：沿程压力损失和局部压力损失

2、沿程压力损失： 油液沿等直径直管流动时所产生的压力损失，这类压力损失是由液体流动时的内、外摩擦力所引起的。

3、局部压力损失： 是油液流经局部障碍（如弯管、接头、管道截面突然扩大或收缩）时，由于液流的方向和速度的突然变化，在局部形成旋涡引起油液质点间，以及质点与固体壁面间相互碰撞和剧烈摩擦而产生的压力损失。

二、层流、流态、雷诺数

1．层流和紊流

层流：液体质点互不干扰，液体的流动呈线性或层状，且平行于管道轴线； 紊流：液体质点的运动杂乱无章，除了平行于管道轴线的运动以外，还存在着剧烈的横向运动。

液流状态：

a）层流 b）层流开始破坏

c）流动趋于紊流 d）紊流

层流和紊流是两种不同性质的流态。

层流时，液体流速较低，质点受粘性制约，不能随意运动，粘性力起主导作用；

紊流时，液体流速较高，粘性的制约作用减弱，惯性力起主导作用。

液体流动时，究竟是层流还是紊流，要用雷诺数来判定。

2．雷诺数

实验表明真正决定液流流动状态的是用管内的平均流速v、液体的运动粘度ν、管径d三个数所组成的一个称为雷诺数Re的无量纲数，即

上临界雷诺数和下临界雷诺数

临界雷诺数：

当液流的实际流动时的雷诺数小于临界雷诺数时，液流为层流，反之液流则为紊流。常见的液流管道的临界雷诺数可由实验求得。

雷诺数的物理意义：影响液体流动的力主要有惯性力和粘性力，雷诺数就是惯性力对粘性力的无因次比值。

对于非圆截面管道来说，Re可用下式来计算 Re＝4vR/ν

式中 R为通流截面的水力半径。它等于液流的有效截面积A和它的湿周χ（通流截面上与液体接触的固体壁面的周长）之比，即 R＝A /χ

水利半径对管道通流能力影响很大，水利半径大，表明液流与管壁接触少，通流能力大；水利半径小，表明液流与管壁接触多，通流能力小，易堵塞。

三、沿程压力损失

1．圆管中的流量

通过整个通流截面的流量可由对上式积分求得，

即

圆管通流截面上的平均流速为

比较上面两式可知:

液体在圆管中在层流流动时，其中心处的最大流速正好等于其平均流速的两倍，即Umax＝2v。

2．沿程压力损失

沿程压力损失为

因为q＝vπd2/4，μ＝ρν，Re=d v/ν，代入并整理得

λ称为沿程阻力系数。

λ的理论值为64/Re，水在作层流流动时的实际阻力系数和理论值是很接近的。液压油在金属圆管中作层流流动时，常取λ＝75/Re，在橡胶管中λ＝80/Re。

３．紊流时的压力损失

紊流流动现象很复杂的，

因此紊流状态下液体流动的压力损失仍用上式来计算，

式中的λ值不仅与雷诺数Re有关，而且与管壁表面粗糙度有关。