《液压与气压传动技术》液体流经小孔及缝隙的流量分析（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》液体流经小孔及缝隙的流量分析-讲义 知识点一 液体流经小孔的流量 在液压系统中，常见的小孔有薄壁小孔，如图1所示、短孔和细长孔。孔的长度用表示、孔的直径用表示，长径比时为薄壁小孔，长径比时为短孔，长径比时为细长孔液体流经小孔的流量可以用一个通用公式来计算，即 式中：——由小孔的形状、尺寸和液体性质决定的系数，细长孔，为液体的动力黏度，薄壁小孔和短孔，为流量系数，一般由实验确定； ——小孔的通流截面面积； ——小孔的两端压差； ——由小孔的长径比决定的指数，薄壁小孔，细长孔。 这个小孔流量通用公式经常用于分析小孔的流量压力特性。 从公式中可看出，无论是哪种小孔，其通过的流量均与小孔的通流截面面积及两端压差成正比，改变或即可改变液体流经小孔的流量，从而达到对运动部件调速的目的。 液体流经薄壁小孔的流量与薄壁小孔前后压差的1/2次方成正比，薄壁小孔的沿程压力损失非常小，流量受黏度影响小，对油温变化不敏感，且薄壁小孔不易堵塞，故常用作液压系统的节流器。短孔比薄壁小孔容易加工，故常用作固定节流器。液体流经细长孔的流量与细长孔前后压差成正比，与液体黏度成反比，当温度变化引起液体黏度变化时，液体流经细长孔的流量也发生变化，且细长孔较易堵塞。 图1 流经薄壁小孔的流量 液体流经小孔的流量通用公式中， 表示（ ） A. 由小孔的形状、尺寸和液体性质决定的系数 B. 小孔的通流截面面积 C. 小孔的两端压差 D. 由小孔的长径比决定的指数 【答案】B 【解析】在液体流经小孔的流量通用公式中， 代表小孔的通流截面面积。 1.要改变液体流经小孔的流量，可改变（ ） A. 小孔的通流截面面积或两端压差 B. 小孔的长度 C. 液体的颜色 D. 小孔的材料 【答案】A 【解析】从流量通用公式可知，通过的流量与小孔的通流截面面积A及两端压差成正比，改变A或即可改变流量。 2.以下哪种孔常用作液压系统的节流器（ ） A. 薄壁小孔 B. 短孔 C. 细长孔 D. 大孔 【答案】A 【解析】薄壁小孔的沿程压力损失非常小，流量受黏度影响小，对油温变化不敏感，且不易堵塞，故常用作液压系统的节流器。 3.短孔常用作（ ） A. 可调节流器 B. 固定节流器 C. 安全阀 D. 溢流阀 【答案】B 【解析】短孔比薄壁小孔容易加工，故常用作固定节流器。 1.液体流经细长孔的流量与（ ）成正比 A. 前后压差的1/2次方 B. 前后压差 C. 液体黏度 D. 小孔长度 【答案】B 【解析】液体流经细长孔的流量与细长孔前后压差成正比，与液体黏度成反比。 2.当温度变化引起液体黏度变化时，液体流经（ ）的流量会发生变化 A. 薄壁小孔 B. 短孔 C. 细长孔 D. 都不会 【答案】C 【解析】液体流经细长孔的流量与液体黏度成反比，当温度变化引起液体黏度变化时，流经细长孔的流量也会发生变化。 3.液体流经小孔的流量通用公式适用于（ ） A. 薄壁小孔 B. 短孔 C. 细长孔 D. 以上都是 【答案】D 【解析】该流量通用公式可用于分析薄壁小孔、短孔和细长孔的流量压力特性。 · 小孔分类：液压系统常见小孔有薄壁、短孔和细长孔，由长径比区分。 · 流量公式：有通用公式，流量与通流面积和两端压差有关，不同小孔系数和指数不同。 · 特性应用：薄壁小孔适合作节流器，短孔用作固定节流器，细长孔流量受黏度和温度影响大。 · 调速原理：改变通流面积或两端压差可改变流量，实现运动部件调速。 知识点二 液体流经平行平板间隙的流量 平行平板间隙分为固定平行平板间隙和相对运动平行平板间隙两种。 1.液体流经固定平行平板间隙的流量： 在这种间隙中液体的流动属于压差流动，其流量计算公式为 式中：——间隙两端的压差； ——间隙的宽； ——间隙的长； ——间隙的高； ——液体的动力黏度。 2.液体流经相对运动平行平板间隙的流量： 如图2所示，液体充满两平行平板之间，平板宽度为，间隙为。 当一平板不动，另一平板以速度做相对运动时，由于液体存在黏度，紧贴于相对运动平板上的液体以速度运动，紧贴于不动平板上的液体则保持静止，中间液体的速度呈线性分布，液体做剪切流动，其平均流速。则平板运动使液体流经平板间隙的流量为 3.液体在平行平板间隙既有压差流动又有剪切流动的流量： 图2-a所示剪切流动和压差流动方向相同，其流量相加；图2-b所示剪切流动和压差流动方向相反，其流量相减，流量计算公式为 其中，平板运动速度与压差作用下的液体流向相同时取“+”号，反之取“-”号。 图2 平行平板间隙在压差流动与剪切流动联合作用下的流动图 平行平板间隙分为（ ） A. 固定平行平板间隙和相对运动平行平板间隙 B. 圆形平行平板间隙和方形平行平板间隙 C. 高压平行平板间隙和低压平行平板间隙 D. 大间隙平行平板和小间隙平行平板 【答案】A 【解析】平行平板间隙明确分为固定平行平板间隙和相对运动平行平板间隙两种。 1.液体流经固定平行平板间隙的流动属于（ ） A. 压差流动 B. 剪切流动 C. 紊流 D. 层流 【答案】A 【解析】在固定平行平板间隙中液体的流动是由间隙两端的压差导致的，属于压差流动。 2.液体流经固定平行平板间隙的流量计算公式中，b表示（ ） A. 间隙两端的压差 B. 间隙的宽 C. 间隙的长 D. 间隙的高 【答案】B 【解析】在液体流经固定平行平板间隙的流量计算公式里， b代表间隙的宽。 3.当一平板不动，另一平板以速度做相对运动时，液体做（ ） A. 压差流动 B. 剪切流动 C. 紊流 D. 无规则流动 【答案】B 【解析】当平板有相对运动时，由于液体黏度，液体速度呈线性分布，做剪切流动。 1.当剪切流动和压差流动方向相同，液体在平行平板间隙的流量（ ） A. 相加 B. 相减 C. 不变 D. 无法确定 【答案】A 【解析】当剪切流动和压差流动方向相同时，其流量相加。 2.在液体在平行平板间隙既有压差流动又有剪切流动的流量计算公式中，平板运动速度与压差作用下的液体流向相同时（ ） A. 取“×”号 B. 取“-”号 C. 取“+”号 D. 取“÷”号 【答案】C 【解析】在相应流量计算公式中，平板运动速度与压差作用下的液体流向相同时取“+”号，反之取“-”号。 3.以下关于液体流经平行平板间隙流量的说法，错误的是（ ） A. 固定平行平板间隙流量与间隙两端压差有关 B. 相对运动平行平板间隙流量与平板运动速度有关 C. 剪切流动和压差流动方向相反时流量为零 D. 流量与液体的动力黏度有关 【答案】C 【解析】剪切流动和压差流动方向相反时，流量是两者相减，不一定为零。 · 间隙分类：平行平板间隙分固定和相对运动两种。 · 流动类型：固定间隙为压差流动，相对运动间隙有剪切流动，还可能两者并存。 · 流量计算：不同情况有对应公式，且与压差、平板速度、间隙尺寸、液体黏度等有关。 · 流量关系：剪切与压差流动同向流量相加，反向则相减。 知识点三 液体流经环状间隙的流量 1.液体流经同心环状间隙的流量： 图3所示圆柱体直径为，间隙为，长度为。 由于液压元件内配合间隙较小，因此可以将环状间隙的流动近似看成平行平板间隙的流动。只要将代入式 即可求得其流量为 图3 流经同心环状间隙的流量 其中，第一项为压差流动的流量；第二项为剪切流动的流量；“+”号和“-”号的确定同上。 2.液体流经偏心环状间隙的流量： 实际形成环状间隙的两圆柱表面很难完全同心，通常会带有一定的偏心距。图4所示为一个偏心环状间隙的横截面，其流量计算公式为 其中，第一项为压差流动的流量；第二项为剪切流动的流量；当长圆柱表面相对于短圆柱表面的运动方向与压差作用下的液体流动方向一致时取“+”号，反之取“-”号为相对偏心率，，为偏心距，为两圆柱表面同心时的间隙。 由式可见，当时，相当于同心环状间 隙。当偏心距达到最大值时，有，则其流量为同心环状间隙的2.5倍(压差流动)。因此在液压元件中，为了减少液体流经间隙时的流量，应保证较高的同 轴度。 图4 一个偏心环状间隙的横截面 液体流经同心环状间隙的流量计算中，可将环状间隙流动近似看成（ ）的流动 A. 平行平板间隙 B. 薄壁小孔 C. 细长孔 D. 短孔 【答案】A 【解析】由于液压元件内配合间隙较小，因此可以将环状间隙的流动近似看成平行平板间隙的流动。 1.当液体流经偏心环状间隙，长圆柱表面相对于短圆柱表面的运动方向与压差作用下的液体流动方向一致时，流量计算公式中第二项前面应取（ ） A. “+” 号 B. “-” 号 C. “×” 号 D. “÷” 号 【答案】A 【解析】当运动方向与压差作用下的液体流动方向一致时，剪切流动和压差流动叠加，流量计算公式中第二项前面取“+”号。 2.在液压元件中，为了减少液体流经环状间隙的流量，应该（ ） A. 增大间隙值 B. 减小圆柱长度 C. 提高液体温度 D. 保证较高的同轴度 【答案】D 【解析】因为偏心会使流量增大，保证较高的同轴度可减小偏心距，从而减少液体流经间隙的流量。 3.若液体流经同心环状间隙时，其他条件不变，仅增大圆柱体的直径，流量将（ ） A. 增大 B. 减小 C. 不变 D. 先增大后减小 【答案】A 【解析】同心环状间隙流量公式与圆柱体直径有关，直径增大，流量会增大。 1.对于液体流经环状间隙的流量，以下说法正确的是（ ） A. 只与压差有关 B. 只与剪切运动有关 C. 与压差和剪切运动都有关 D. 与间隙的形状无关 【答案】C 【解析】无论是同心还是偏心环状间隙，流量公式都包含压差流动和剪切流动两项，所以与压差和剪切运动都有关。 2.液体流经同心环状间隙时，若间隙值增大，其他条件不变，流量将 ( ) A. 增大 B. 减小 C. 不变 D. 无法确定 【答案】A 【解析】同心环状间隙流量与间隙值有关，间隙值增大，流量增大。 3.在液体流经偏心环状间隙的流量计算中，若运动方向与压差方向相反且相对偏心率较大时，流量会（ ） A. 增大 B. 减小 C. 不变 D. 先增大后减小 【答案】B 【解析】运动方向与压差方向相反时，剪切流动和压差流动相互抵消，且相对偏心率较大时会使这种抵消作用更明显，导致流量减小。 · 同心环状间隙：可将其流动近似看成平行平板间隙流动。 · 偏心环状间隙：存在相对偏心率，流量公式与同心环状间隙有关，受运动方向和压差方向关系影响。 · 流量差异：偏心距最大时，偏心环状间隙压差流动流量是同心环状间隙的2.5倍。 · 应用要点：液压元件中保证较高同轴度可减少液体流经间隙的流量。 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 $$