《液压与气压传动技术》液体流动时的能量损失分析（举一反三考点练）- 讲义

举一反三考点练 《液压与气压传动技术》液体流动时的能量损失分析-讲义 知识点一 管路内液体流动时的压力损失 由于液体具有黏性，在管路中流动时不可避免地存在着摩擦阻力，所以液体在流动过程中必然要损耗一部分能量。这部分能量损耗主要表现为压力损失。 压力损失有沿程压力损失和局部压力损失两种。沿程压力损失是当液体在直径不变的直管中流过一段距离时，因摩擦而产生的压力损失。它主要取决于管路的长度、管径、液流的流速和液体黏度等。液体的流动状态不同，所产生的沿程压力损失也有所不同。局部压力损失是由于管路截面形状突然变化、液流方向改变或其他形式的液流阻力而引起的压力损失。总的压力损失等于沿程压力损失与局部压力损失之和。 液压系统中的压力损失大部分会转化为热能，造成系统油温升高、泄漏增大，以致影响系统的工作性能。在生产实际中，减小流速，缩短管路长度，减少管路截面的突变，提高管壁加工质量，适当增加管道内径及合理选用阀类元件等都可以使压力损失减少。在这些因素中，流速对压力损失的影响最大，故液压系统中的流速不应过高。 由于存在压力损失，泵的额定压力要略大于系统工作时所需的最大工作压力，估算时一般可将系统工作所需的最大工作压力乘以一个1.3~1.5的系数。 管路内液体流动时的压力损失可分为（ ） A. 沿程压力损失和局部压力损失 B. 摩擦压力损失和形状压力损失 C. 静态压力损失和动态压力损失 D. 层流压力损失和湍流压力损失 【答案】A 【解析】管路内液体流动时的压力损失主要分为沿程压力损失和局部压力损失。沿程压力损失是液体在等径直管中流动时因黏性摩擦产生的；局部压力损失是液体流经局部障碍（如弯头、阀门等）时产生的。 1.沿程压力损失与（ ）有关 A. 管道长度、管径、液体流速和黏度 B. 管道的局部形状 C. 液体的密度 D. 管道的材料 【答案】A 【解析】沿程压力损失的计算公式与管道长度、管径、液体流速和黏度相关。管道越长、管径越小、流速越大、黏度越大，沿程压力损失越大。而管道的局部形状主要影响局部压力损失，液体密度对压力损失影响较小且不是沿程压力损失的直接相关因素，管道材料对压力损失影响不大。 2.局部压力损失主要是由于（ ）引起的 A. 液体的黏性 B. 管道的长度 C. 管道的局部形状和尺寸变化 D. 液体的密度 【答案】C 【解析】局部压力损失是液体流经如弯头、三通、阀门等局部障碍时，由于管道的局部形状和尺寸骤然变化，使液体产生扰动、涡流等，从而消耗能量产生的压力损失。液体黏性主要影响沿程压力损失，管道长度是沿程压力损失的影响因素，液体密度对局部压力损失影响不明显。 3. 当液体在圆管中做层流流动时，沿程压力损失与流速的（ ）成正比 A. 一次方 B. 二次方 C. 三次方 D. 四次方 【答案】A 【解析】在圆管层流中，沿程压力损失的计算公式表明其与流速的一次方成正比。而在湍流中，沿程压力损失与流速的 1.75 - 2 次方成正比。 1.以下哪种情况会使局部压力损失增大（ ） A. 管道转弯半径增大 B. 阀门开度增大 C. 管道突然扩大 D. 管道内壁光滑 【答案】C 【解析】管道突然扩大时，液体流动状态发生剧烈变化，会产生大量的涡流和扰动，从而使局部压力损失增大。管道转弯半径增大、阀门开度增大以及管道内壁光滑都会使液体流动更顺畅，减小局部压力损失。 2.总压力损失等于（ ） A. 沿程压力损失 B. 沿程压力损失与局部压力损失之和 C. 局部压力损失 D. 沿程压力损失与局部压力损失之差 【答案】B 【解析】管路内液体流动的总压力损失是沿程压力损失和局部压力损失共同作用的结果。 3.以下关于压力损失的说法，错误的是（ ） A. 压力损失会使液压系统效率降低 B. 层流时沿程压力损失比湍流时小 C. 局部压力损失主要取决于管道长度 D. 减小压力损失可以提高系统性能 【答案】C 【解析】局部压力损失主要取决于管道的局部形状和尺寸变化，而不是管道长度，管道长度主要影响沿程压力损失。压力损失会消耗能量，使液压系统效率降低，减小压力损失可以提高系统性能；一般情况下，层流时沿程压力损失比湍流时小。 · 损失分类：管路内液体流动压力损失分沿程和局部压力损失。 · 影响因素：沿程与管长、管径、流速、黏度有关；局部与管道局部形状尺寸变化有关。 · 应对措施：增大管径、优化局部形状可减小压力损失，提高系统效率。 知识点二 液体流动时的流量损失 在液压系统中，各液压元件都有相对运动的表面，如液压缸内表面和活塞外表面，因为需要相对运动，所以它们之间会有一定的间隙，如果间隙的一边为高压油，另一边为低压油，则高压油就会经间隙流向低压区从而造成泄漏。 同时，由于液压元件密封不完善， 一部分油液也会向外部泄漏。这种泄漏会造成实际流量有所减少，这就是流量损失。 流量损失影响运动速度，而泄漏又难以绝对避免。 所以在液压系统中泵的额定流量要略大于系统工作时所需的最大流量，估算时通常可将系统工作所需的最大流量乘以一个1.1~1.3的系数。 液压系统中流量损失主要是由（ ）引起的 A. 油液黏性 B. 泄漏 C. 油温变化 D. 压力变化 【答案】B 【解析】在液压系统里，液压元件间隙导致的内部泄漏以及密封不完善造成的外部泄漏，是造成流量损失的主要原因。 1.液压元件相对运动表面间隙中，高压油流向低压区会造成（ ） A. 压力损失 B. 流量损失 C. 速度损失 D. 功率损失 【答案】B 【解析】高压油经间隙流向低压区，使实际流量减少，这属于流量损失。 2.因液压元件密封不完善导致油液向外部泄漏，会（ ） A. 增加流量 B. 增强系统稳定性 C. 提高系统效率 D. 造成流量损失 【答案】D 【解析】外部泄漏会使油液流出系统，导致实际流量减少，即造成流量损失。 3.流量损失会影响液压系统的（ ） A. 运动速度 B. 压力大小 C. 油温高低 D. 油液黏性 【答案】A 【解析】流量与执行元件的运动速度相关，流量损失会影响运动速度。 1.液压系统中泵的额定流量要（ ）系统工作时所需的最大流量 A. 小于 B. 等于 C. 略大于 D. 远大于 【答案】C 【解析】由于存在流量损失，泵的额定流量要略大于系统工作时所需的最大流量。 2.估算泵的额定流量时，通常将系统工作所需的最大流量乘以（ ）的系数 A. 0.8 - 1.0 B. 1.1 - 1.3 C. 1.4 - 1.6 D. 1.7 - 1.9 【答案】B 【解析】估算时通常可将系统工作所需的最大流量乘以一个1.1 - 1.3的系数来确定泵的额定流量。 3.以下哪种情况不会造成流量损失（ ） A. 液压缸内表面与活塞外表面间隙泄漏 B. 液压阀密封良好 C. 油管接头密封不严 D. 泵的内部泄漏 【答案】B 【解析】液压阀密封良好不会导致油液泄漏，也就不会造成流量损失，而其他选项都会因泄漏造成流量损失。 · 损失原因：液压系统中流量损失主要由液压元件间隙泄漏和密封不完善导致的内外泄漏引起。 · 损失影响：流量损失会影响执行元件运动速度，降低系统效率。 · 泵的选型：泵的额定流量要略大于系统工作最大流量，估算乘 1.1 - 1.3 系数。 · 应对措施：可通过减小间隙、提高密封性能等措施减少流量损失.。 知识点三 液压冲击与空穴现象 一、液压冲击： 在液压系统工作过程中，管路中流动的液体往往会因执行部件换向或阀门关闭而突然停止运动。由于液流和运动部件的惯性，系统内会产生很大的瞬时压力峰值，这种现象称为液压冲击。 液压冲击会引起振动和噪声，其压力峰值可超过工作压力的几倍，有时会使某些液压元件，如压力继电器、顺序阀等产生误动作而影响系统正常工作，甚至使某些液压元件、密封装置和管路损坏。因此，在液压系统设计和使用中必须采取适当的措施来防止和减小液压冲击，通常有以下几种方法： （1）延长阀门关闭和运动部件换向制动的时间。 （2）限制管道内液体的流速及运动部件的速度。 （3）适当增大管径或采用橡胶软管，尽量缩短管道长度。 （4）在系统中设置蓄能器和安全阀，在液压元件中设置缓冲装置。 二、空穴现象： 在液压系统中，液压油中总是溶解有一定量的空气。对于矿物油型液压油，常温时在一个大气压下含有6%~12%的溶解空气。当某一处的压力低于空气分离压力时，溶解于液压油中的空气就会分离出来形成气泡，当压力降至液压油的饱和蒸气压力以下时，液压油就会迅速气化而产生大量气泡。这些气泡混杂在油液中，使得原本充满导管和元件的液压油变为不连续状态，这种现象称为空穴现象。 在液压系统中，泵的吸油口及吸油管路中的压力低于大气压力时容易产生空穴现象。液压油流经节流口等狭小缝隙处，由于速度增加，压力下降至空气分离压力以下时，也会产生空穴现象。空穴现象产生的气泡，随着液压油运动到高压区时，在高压油作用下迅速破裂，又凝结成液体，使体积突然减小而形成真空，周围的高压油会快速流过来补充。由于这一过程是在瞬间发生的，因而会引起局部液压冲击，压力和温度都会急剧升高，并产生强烈的噪声和振动。气泡凝结区域的管壁及其他液压元件表面，因长期受冲击压力和高温作用，以及从液压油中游离出来的空气中的氧气的氧化作用，零件表面会受到腐蚀， 这种因空穴现象而产生的零件腐蚀称为气蚀。 为了防止产生空穴现象和气蚀， 一般可采取下列措施： （1）减小流经小孔和间隙处的压降； （2）合理确定液压泵油管内径，对管内液体的流速加以限制，降低液压泵的吸油高度， 尽量减小吸油管路中的压力损失，确保管接头良好密封，对于高压泵可采用辅助泵供油； （3）整个系统管路应尽可能直，避免急弯和局部窄缝等； （4）提高元件的抗气蚀能力。 液压系统中，因执行部件换向或阀门关闭使液流突然停止运动，产生的现象是（ ） A. 空穴现象 B. 液压冲击 C. 气蚀 D. 节流现象 【答案】B 【解析】在液压系统工作过程中，管路中流动的液体因执行部件换向或阀门关闭而突然停止运动，由于液流和运动部件的惯性，系统内会产生很大的瞬时压力峰值，这种现象称为液压冲击。 1.液压冲击产生的压力峰值可（ ）工作压力 A. 低于 B. 等于 C. 超过几倍 D. 是其一半 【答案】C 【解析】液压冲击的压力峰值可超过工作压力的几倍。 2.下列不属于防止和减小液压冲击措施的是（ ） A. 缩短阀门关闭时间 B. 限制管道内液体流速 C. 适当增大管径 D. 设置蓄能器 【答案】A 【解析】防止和减小液压冲击通常要延长阀门关闭和运动部件换向制动的时间，而不是缩短。 3.液压冲击会导致（ ） A. 系统压力降低 B. 元件误动作 C. 油温降低 D. 流量增大 【答案】B 【解析】液压冲击会引起振动和噪声，使某些液压元件如压力继电器、顺序阀等产生误动作，影响系统正常工作。 1.空穴现象是指（ ） A. 液压油中出现大量气泡 B. 液压油泄漏 C. 液压系统压力突然升高 D. 液压泵损坏 【答案】A 【解析】当液压系统中某一处压力低于空气分离压力或饱和蒸气压力时，溶解于液压油中的空气分离出来或液压油气化产生大量气泡，使液压油变为不连续状态，这种现象称为空穴现象。 2.液压系统中，泵的吸油口及吸油管路容易产生空穴现象的原因 ( ) A. 压力高于大气压力 B. 压力低于大气压力 C. 流速过低 D. 油温过高 【答案】B 【解析】泵的吸油口及吸油管路中的压力低于大气压力时容易产生空穴现象。 3.空穴现象产生的气泡在高压区破裂会导致（ ） A. 局部液压冲击 B. 流量增大 C. 压力降低 D. 油温降低 【答案】A 【解析】空穴现象产生的气泡在高压区迅速破裂，会引起局部液压冲击，压力和温度急剧升高。 · 液流突然停止因惯性产生瞬时高压，会致元件误动作、损坏，可延长换向时间、限流速等预防。 · 空穴现象：压力低于阈值使油中产生气泡，液压油不连续，泵吸油口等易出现。 · 气蚀危害：空穴气泡高压破裂引起冲击，使零件表面受腐蚀。 · 预防措施：针对两者分别有相应办法，部分措施如限流速可同时预防。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！2 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$