液压系统中压力损失的分析与计算

　　1压力损失的原因及种类

　　在密封管道中流动的液压油和管壁之间存在着摩擦，液压油分子之间存在着内部摩擦，管道方向的改变、断面积的变化、油液冲击等原因产生涡流现象，这些因素都使流体内部摩擦增大。 这就造成了在液压油传递过程中的压力损失。

　　液压油的流动存在 2 种状态： 即层流和紊流。二者的流动阻力产生的原因不同导致压力损失的规律也不相同。 一种是在圆管中的直线流段中，黏性摩擦起主导作用的沿程压力损失，另一种是由于管道断面突然变化、油液流速大小和方向突然改变等引起的局部压力损失。

　　2压力损失分析与计算

　　2.1层流状态沿程压力损失hf分析与计算

　　如图 1 所示，设液体在半径为 R 的水平圆管内做稳定层流运动。 在管内取一半径为 r、长度为 l 的微小圆柱体，两端作用压力分别为 p1、p2，作用在周面上的内摩擦力为 F。

　　式(1)为二次抛物线方程，表明圆管层流流速呈以管道轴线为中心的抛物线分布，r=0 处速度最大，即

　　根据旋转抛物面的体积等于同底同高圆柱体体积的一半，管中流量应等于圆管断面积和轴心处最大流速乘积的一半，所以

　　式(3)表明圆管层流流量与沿程损失 hf的一次方、管径 d 的 4 次方成正比，而与管长 l 及动力黏度μ 成反比。

　　圆管内的平均流速

　　由式(4)可知，平均流速为管道中心轴线上最大流速的一半。

　　由式(4)可得出圆管层流时的压力损失

　　式(5)的物理意义：圆管层流中，沿程损失与断面平均流速的一次方成正比， 而与管壁粗糙度无关。 只适用于稳定流动层流状态情况，在管路进口附近无效。

　　将式(5)右边乘、除 2v 为

　　由式(6)可以看出，“沿程损失与液体平均流速的二次方成正比”，这显然与式(5)的结论相矛盾，其实，式(6)是经过式(5)的变换而成，在参数之间的关系上，应以原始的为准，因此，不能理解为“沿程损失与液体平均流速的 2 次方成正比”。

　　2.2紊流状态沿程压力损失分析与计算

　　由式(6)可以计算紊流的沿程损失，但由于紊流状态是黏性阻力起主导作用， 其沿程阻力系数与液流管壁表面粗糙度 Ra、流速及液流的 Re有很大的关系，只能按经验公式或实验求得。 在液压系统中，一般按照光滑金属圆管(铜、黄铜及其他由轻金属制成的光滑圆管) 计算， 当 4 000< Re<105时，λ=0.3164Re-0.25;当 105e<3×106时，λ=0.032+0.221 Re-0.237。