当前课程知识点:液压传动 > 第三章:流体力学基础 > 3.5 液体流态的判定 > 3.5.2液体流态的判定
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今天我们学习的内容是液体流态的判定
我们在学习伯努利方程内容时
知道
实际液体的伯努利方程中
最后一项为hw
我们将其称为能量损失
这是由于实际液体具有黏性
加上流体在流动时的相互撞击和旋涡等
会产生阻力
为了克服这些阻力而造成的能量损失
能量损失的大小
与液体在管路中的运动状态是有关系的
这节课我们来学习
有关液体流动状态的知识
对于液体的流动状态
在1883年
英国物理学家雷诺就通过大量实验
证明了黏性液体在管道中的流动
存在层流和紊流两种流动状态
并且
还给出了判断液体流动状态的判定依据
这个实验就是著名的雷诺实验
层流和紊流这两种流动状态的物理现象
可以通过雷诺实验装置来观察
实验装置如图所示
水箱4由进水管不断供水
多余的液体从水箱隔板1溢流走
从而保持水箱4的水位恒定
水箱下部装有透明的玻璃直管6
玻璃管6的出口
用开关7控制管内液体的流速
水杯2内盛有红颜色的水
将开关3打开后红颜色的水经
细导管5流入水平玻璃管6中
导管5的出口中心与
水平玻璃管6中心尽量重合
逐渐打开开关7
开始时
液体流速较小
从细导管5流出的红色水
在玻璃管6中呈一条明显的直线
与玻璃管6中的清水流互不混杂
这说明玻璃管6中的水是分层流动的
液层和液层之间互不干涉
液体的这种流动状态称之为层流
当逐步开大开关7
使管6中的流速
逐渐增大到一定流速时
可以看到红线开始呈波纹状
此时为过渡阶段
开关7再开大时
流速进一步加大
红色水流和清水完全混合
红线完全消失
玻璃管6的水全部变为红色并流出
这种流动状态称之为紊流
该实验还可倒过来进行
在紊流状态下
若将开关7逐步关小
当流速减小至一定值时
玻璃管6中的红线又会出现
水流又重新恢复为层流
物理学家雷诺经过大量的实验
最终得出了液体流动状态
是层流还是紊流的判定依据
液体的流动状态是呈现层流还是紊流
可利用雷诺数来判别
实验证明
液体在管道中的流动状态
不仅与管道内液体的平均流速v有关
还与管道水力直径dH
及液体的运动黏度有关
而上述三个因数所组成的
无量纲数就是雷诺数
用Re表示
Re=vdH/υ
υ为运动黏度
公式中
dH为水力直径
dH=4A/x
A为通流截面的面积
x为湿周长度
湿周长度是指
在通流截面处与液体相接触
的固体壁面的周长
例如
圆管的水力直径
dH=4倍的圆管通流截面的面积
再除以圆管周长
即πd
即可得到
圆管的水力直径
dH=d
d也就是圆管的直径
其他形式管路的水力直径
都可按照这种方法来计算
从雷诺实验可以知道
液体从层流变为紊流时的雷诺数
大于由紊流变为层流时的雷诺数
前者称上临界雷诺数
后者称下临界雷诺数
在工程中是
以下临界雷诺数Rec
作为液流状态的判断依据
如果根据管路的各种参数
计算得出的雷诺数小于
下临界雷诺数
那么液流状态为层流
若计算得出的雷诺数大于等于
那么液流状态为紊流
通过大量试验得到的常见管道的
液流的临界雷诺数如表中所示
表中光滑的金属圆管的
下临界雷诺数建议值为2000到2320
但一般取2000
同心环状间隙的下临界雷诺数为1100
滑阀阀口的为260
以上这些数据都不是
根据任何理论公式计算出来的
而是通过试验得到的
雷诺数是有物理意义的
从雷诺数的公式可知
雷诺数是
液流的惯性力对黏性力的无因次比
当雷诺数大时
说明惯性力起主导作用
这时液体流态为紊流
当雷诺数小时
说明黏性力起主导作用
这时液体流态为层流
在这里需注意一点
在有些书籍中
也用水力半径R来表示雷诺数
Re=4R×v/υ
水力半径R等于通流截面的面积
比上湿周长度
也就是R=A/x
水力半径R与水力直径的关系为
dH=4R
水力直径的大小对通流能力的影响很大
水力直径大
意味着液流和管壁的接触周长短
管壁对液流的阻力小
通流能力大
在各种管道的过流断面中
圆管的水力直径最大
因此
在液压系统的管路中
多选用圆管作为液压管路
液体流态的判定非常重要
在进行能量损失的计算时
先要对液体的流态进行判定
由于层流和紊流
所造成的能量损失差异非常大
在液压系统设计时
我们应尽量按照层流
来考虑液体在管路中的流动
对吸油
压油
回油等不同管路的流速
要进行必要的限制
以防液体在管路中
流动时能量损失太大
造成油液的发热
以上就是液体流态的判定的授课内容
谢谢收看
-1.1 液压传动的工作原理
--1.1.3小节测验
-1.2 液压传动系统的组成及图形符号
--小节测验
-1.3 章节讨论
--1.3.1讨论一
--1.3.2讨论二
-2.1 液压油的主要性质
--2.1.3小节测验
-2.2 液压油的污染与控制
--2.2.3小节测验
-2.3 章节讨论
--2.3.1讨论一
--2.3.2讨论二
-3.1 静止液体的力学特性
--3.1.3小节测验
-3.2 连续性方程
--3.2.3 小节测验
-3.3 伯努利方程
--3.3.3小节测验
-3.4 动量方程
--3.4.2小节测验
-3.5 液体流态的判定
--3.5.3小节测验
-3.6 液体流动时的能量损失
--3.6.3小节测验
-3.7 液体在小孔中的流动
--3.7.3小节测验
-3.8 液体在间隙中的流动
--3.8.3小节测验
-3.9 章节讨论
--3.9.1讨论一
--3.9.2讨论二
-4.1 液压泵概述
--4.1.3小节测验
-4.2 齿轮泵的结构及原理
--4.2.3小节测验
-4.3 齿轮泵的结构分析
--4.3.3小节测验
-4.4 叶片泵的结构及原理
--4.4.3小节测验
-4.5 叶片泵的结构分析
--4.5.3小节测验
-4.6柱塞泵的结构及原理
--4.6.3小节测验
-4.7 柱塞泵的结构分析
--4.7.3小节测验
-4.8 液压马达概述
--4.8.3小节测验
-4.9 章节讨论
--4.9.1讨论一
--4.9.2讨论二
-5.1液压缸的类型与原理
--5.1.3小节测验
-5.2液压缸的结构及安装
--5.2.3小节测验
-5.3 章节讨论
--5.3.1讨论一
--5.3.2讨论二
-6.1液压阀概述
--6.1.3小节测验
-6.2 单向阀
--6.2.3小节测验
-6.3 换向阀
--6.3.3小节测验
-6.4 溢流阀
--6.4.3小节测验
-6.5 减压阀
--6.5.3小节测验
-6.6 顺序阀
--6.6.3小节测验
-6.7 节流原理及节流阀
--6.7.3小节测验
-6.8 调速阀
--6.8.3小节测验
-6.9 章节讨论
--6.9.1讨论一
--6.9.2讨论二
-7.1密封元件
--7.1.3小节测验
-7.2蓄能器
--7.2.3小节测验
-7.3液压滤油器
--7.3.3小节测验
-7.4 章节讨论
--7.4.1讨论一
--7.4.2讨论二
-8.1调压回路
--小节测验
-8.2卸荷回路
--小节测验
-8.3平衡回路
--8.3.3小节测验
-8.4节流调速回路
--小节测验
-8.5容积调速回路
--小节测验
-8.6方向控制回路
--小节测验
-8.7顺序动作回路
--小节测验
-8.8同步控制回路
--小节测验
-8.9 汽车起重机液压系统支腿油路
--8.9.3小节测验
-8.10 汽车起重机的上装液压系统——回转及伸缩臂回路
--8.10.3小节测验
-8.11 汽车起重机的上装液压系统——变幅及起升回路
--小节测验
-8.12 章节讨论