流体流动特性研究：孔口与缝隙的流动分析

在液压传动系统中经常遇到油液流经小孔或缝隙的情况，如节流调速中的节流小孔、液压元件相对运动表面间的各种间隙。研究流体流经这些小孔和缝隙的流量压力特性，对于研究节流调速性能、计算泄漏量都是很重要的。在此仅介绍液压系统中的孔口流动，便于理解后续章节中液压阀的工作原理。

流体流经小孔的情况可以根据孔长l与孔径d的比值分为3种情况：l/d≤0.5时，称为薄壁小孔；0.5＜l/d≤4时，称为短孔；l/d＞4时，称为细长孔。

1.流体流经薄壁小孔的流量

根据伯努利方程、连续性方程及实验修正，可推导出流经小孔的流量为

式中，A——小孔通流面积；

Cd——小孔流量系数；

Δp——小孔前后压差。

流量系数Cd一般由实验确定。当雷诺数Re＞105时，Cd可视为常数，取值为Cd=0.60～0.62。(www.xing528.com)

图1.6.4　流体在薄壁小孔中的流动

由式（1.6.9）可知，薄壁小孔的流量与小孔前后压差的开方成正比其压差—流量特性如图1.6.4所示。由于薄壁小孔的沿程阻力损失非常小，流量受液体黏度影响小，对油温变化不敏感，且不易堵塞，故常用作液压系统的可变节流器。

2.流体流经细长孔和短孔的流量

由于油液流经细长小孔时，一般都是层流状态，所以可直接应用液流流经直管的流量公式来计算。当孔口直径为d，截面积为时，流量可写成：

由式（1.6.10）可以看出，油液流经细长小孔的流量与小孔前后的压差Δp成正比，同时由于公式中包含油液的黏度μ，因此流量受油温变化的影响较大。

流体流经短孔的流量仍可用薄壁小孔的流量计算式：，其中的流量系数Cd可在有关液压设计手册中查得，一般取Cd=0.82。短孔的加工比薄壁小孔容易，故也常用作固定的节流器使用。