以分布参数法确定低雷诺数局部阻力系数

　　引 言

　　液压集成块的流道中广泛存在着各种结构的局部阻碍，它们所引发的局部损失，是评价流道的通流品质以及实施结构优化的重要依据。局部阻力系数是反映局部损失大小的关键参数，通常是通过局部损失计算得出。显然，建立局部损失的数学模型并由此获得相应的局部阻力系数，有助于提高液压集成块的设计质量。

　　目前研究局部损失及局部阻力系数的主要手段是实验和数值模拟[1-3]，其中文献[2]消除了局部阻碍上、下游管路上摩擦损失的影响，文献[3]通过建立三个管路模型的方法对模拟了异形件的局部损失。但对于面向任意局部阻碍的局部损失计算模型的研究，在目前公诸于众的文献中还很鲜见。另外，手册给出的局部阻力系数大多对应着阻力平方区[4]，而液压介质粘度较大、流速较低的特点，决定了流动的雷诺数较低，因此大多手册数据不宜供液压工程使用。基于此，本文基于分布参数法建立起局部损失的数学模型，运用CFD方法对局部阻碍影响下的管流特性进行模拟，并从 CFD 的后处理结果中获取局部损失模型中诸如压力、动能修正系数等参量，最终确定局部阻碍(以直角转向及组合转向为例)在低雷诺数流态下的局部阻力系数。

　　1 数学模型

　　1.1 局部损失的产生机理

　　如图1 所示，流体进入管路后经过0l 的进口起始段后得到了充分发展;在流向局部阻碍的过程中，由于粘性的作用，流态在局部阻碍的上游就开始从均匀流向非均匀流转化，则在局部阻碍上游进行速度分布调整的区域即是上游影响长度1l ;而在局部阻碍的下游，速度分布也要不断调整，流态重新转化为均匀流，则局部阻碍下游中速度分布重新调整的区域即为下游影响长度2l 。在局部阻碍的上、下游影响长度上，流体质点间剧烈混杂、相互碰撞和摩擦而产生动量交换，是诱发局部损失的根本原因。

　　因此，为了准确地确定局部损失，流体在局部阻碍的上、下游长度以外的区域上必须得以充分发展。在图 1 中'oo是以断面 A11为基准位置的总压头线，obck 表示管路中没有局部阻碍时的压头线，而obef 是存在局部阻碍时的压头线。当流速分布得到充分发展后，obck 与obef 之间的压头差即为局部阻碍引起的局部损失

　　根据公式(1)确定沿程损失WO H时必须等效管路中的流态，等效原则如下：1)满足流量连续性方程，即通过上、下游直管路的流量相等;2)所研究管路上的流态必须是已经得到了充分发展。具体表现为：当局部阻碍的进、出口不产生变径，即构成局部阻碍的两段直管路等径时，流体介质按原则 2)进行等效;当局部阻碍存在变径，即构成局部阻碍的两段直管路异径，此时对上游直管路中的流体按原则 2)进行等效，而对下游管路中的流体则需按原则 1)及原则2)进行等效。