生活中小孔与缝隙流动的案例Word下载.docx

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1. 

液流流经薄壁小孔的流量

液体流经薄壁小孔的情况如图所示。

液流在小孔上游大约d/2处开始加速并从四周流向小孔。

由于流线不能突然转折到与管轴线平行，在液体惯性的作用下，外层流线逐渐向管轴方向收缩，逐渐过渡到与管轴线方向平行，从而形成收缩截面Ac。

对于圆孔，约在小孔下游d/2处完成收缩。

通常把最小收缩面积Ac与孔口截面积之比值称为收缩系数Cc，即Cc＝Ac/A。

其中A为小孔的通流截面积。

液流收缩的程度取决于Re、孔口及边缘形状、孔口离管道内壁的距离等因素。

对于圆形小孔，当管道直径D与小孔直径d之比D/d≥7时，流速的收缩作用不受管壁的影响，称为完全收缩。

反之，管壁对收缩程度有影响时，则称为不完全收缩。

对于图所示的通过薄壁小孔的液流，取截面1—1和2—2为计算截面，设截面1—1处的压力和平均速度分别为p1、υ1，截面2—2处的压力和平均速度分别为p2、υ2。

经过推导得流经小孔的流量为：

式中：

Δp为小孔前后压差，Cd为流量系数。

流量系数一般由实验确定。

在液流完全收缩的情况下，当Re≤105时，Cd可按下式计算：

当Re＞105时，Cd可视为常数，取值为Cd＝0.60～0.62。

当液流为不完全收缩时，其流量系数为Cd≈0.7～0.8。

2.液流流经细长孔和短孔的流量

液体流经细长小孔时，一般都是层流状态，所以可直接应用前面已导出的直管流量公式来计算，当孔口直径为d，截面积为A＝πd2/4时，可写成：

不难发现，通过孔口的流量与孔口的面积、孔口前后的压力差以及孔口形式决定的特性系数有关，可知，通过薄壁小孔的流量与油液的粘度无关，因此流量受油温变化的影响较小，但流量与孔口前后的压力差呈非线性关系；

油液流经细长小孔的流量与小孔前后的压差Δp的一次方呈正比，同时由于公式中也包含油液的粘度μ，因此流量受油温变化的影响较大。

为了分析问题的方便起见，将两式一并用下式表示，即：

m为指数，当孔口为薄壁小孔时，m＝0.5，当孔口为细长孔时，m＝1；

K为孔口的通流系数，当孔口为薄壁孔时，K＝Cd（2/ρ）0.5；

当孔口为细长孔时，K＝d2/32μl。

液流流经短孔的流量仍可用薄壁小孔的流量计算式：

q＝CdA（2Δp/ρ） 

m，但其中的流量系数可在有关液压设计手册中查得。

由于短孔介于细长孔和薄壁孔之间，故有：

q=CdA（2Δp/ρ） 

m，0.5<

m<

1短孔加工比薄壁小孔容易，故常用作固定的节流器使用。

二、间隙流动

液压元件内各零件间有相对运动，必须要有适当间隙。

间隙过大，会造成泄漏；

间隙过小，会使零件卡死。

如图2-24所示的泄漏，泄露是由压差和间隙造成的。

内泄漏的损失转换为热能，使油温升高，外泄漏污染环境，两者均影响系统的性能与效率，因此，研究液体流经间隙的泄漏量、压差与间隙量之间的关系，对提高元件性能及保证系统正常工作是必要的。

间隙中的流动一般为层流，一种是压差造成的流动称压差流动，另一种是相对运动造成的流动称剪切流动，还有一种是在压差与剪切同时作用下的流动。

内泄漏与外泄漏

平行平板的间隙流动

液体流经平行平板间隙的一般情况是既受压差Δp=p1-p2的作用，同时又受到平行平板间相对运动的作用。

如图所示。

设平板长为l，宽为b（图中未画出），两平行平板间的间隙为h，且l>

>

h，b>

h，液体不可压缩，质量力忽略不计，粘度不变。

平行平板间隙流动

下面分两种情况进行讨论。

（1）固定平行平板间隙流动（压差流动）且

0。

上、下两平板均固定不动，液体在间隙两端的压差的作用下而在间隙中流动，称为压差流动。

推导流量公式，得：

可以看出，在间隙中的速度分布规律呈抛物线状，通过间隙的流量与间隙的三次方成正比，因此必须严格控制间隙量，以减小泄漏。

（2）两平行平板有相对运动时的间隙流动。

①两平行平板有相对运动，速度为u0，但无压差，这种流动称为纯剪切流动。

其流量为：

②两平行平板既有相对运动，两端又存在压差时的流动，这是一种普遍情况，其速度和流量是以上两种情况的线性叠加，即：

上两式中正负号的确定：

当长平板相对于短平板的运动方向和压差流动方向一致时，取“+”号；

反之取“-”号。

此外，如果将泄漏所造成的功率损失写成：

由上式得出结论：

间隙h越小，泄漏功率损失也越小。

但是h的减小会使液压元件中的摩擦功率损失增大，因而间隙h有一个使这两种功率损失之和达到最小的最佳值，并不是越小越好。

2.圆柱环形间隙流动

同心环形间隙间的液流 

偏心环状间隙中的液流

（1）同心环形间隙在压差作用下的流动。

如上图，当h/r<

<

1时，可以将环形间隙间的流动近似地看作是平行平板间隙间的流动，推导流量公式得：

该式中“+”号和“-”号的确定同固定平行平板间隙流动。

（2）偏心环形间隙在压差作用下的流动。

液压元件中经常出现偏心环状的情况，例如活塞与油缸不同心时就形成了偏向环状间隙。

生活中小孔的案例：

我们常见的锁，锁孔旁边为什么还有一个小孔？

难道是bug？

挂锁

其实这个小孔有大用处。

第一就是防止锁芯内部积水，导致锁芯生锈，第二就是我们日常想要维护锁时可以从小孔滴入润滑油，方便使用。

家中常用的塑料凳子中间为什么都有一个小孔？

这种凳子一般都是批量生产，在运输时需要摞起来，没有小孔的话摞的时候两个凳子间会存密闭空间，很难你摞紧，就算摞紧了你想在分开不容易了。

家中存放凳子也是摞起来，可见小孔是有大智慧的。

为什么笔盖上一般都会有一个小孔？

关键时候能救命的！

快了解了解吧。

4.为什么飞机窗户上会有一个小孔？

不知道大家有没有发现飞机窗户上的小气孔，其实它是有用途的哦，一是为了平衡气压，当飞机升至飞行高度后，这个小孔能够降低一定的机舱内外的气压差，二是为了防止窗玻璃雾化，让你可以看到更多的美景。

不然的话汽车的玻璃就非常容易起雾，为什么飞机的就不起雾呢。