减少摩擦损失的方法

在相同的流道壁面粗糙度和液体黏度的情况下，液流速度与层流或紊流的流动状态有很大关系。液流速度不高时液体处于层流状态，有一个很薄的液流层黏附在流道壁面上，壁面粗糙度对流动影响很小，其阻力主要来自各层液体间的内摩擦，此时液体的黏性力占优，流动损失主要受液流速度的影响；在液流速度较高时，黏附在流道壁面上的液体层被破坏并使液流形成漩涡，造成了液体的紊流（或称湍流），但紊流状态下的能量损失要比层流状态下大，而且在紊流时的流动阻力不仅与流速有关而且与通道壁的粗糙度有关。为了能以较小尺寸的液力元件传递较大的功率，一般通过提高液流速度的手段来增加循环流量、传递更高功率，因此在液力元件中液流大多处于紊流状态。因此，摩擦损失对液力元件的性能有较大影响。

液流在工作轮内流动时，摩擦损失可参考管道流的摩擦损失的公式给出，即

式中，λmc——由实验确定的液力元件流道壁面摩擦阻力系数；

lm——中间流线上叶片骨线长度；

Ry——流道水力半径；

W——液流在叶轮中的相对速度；

β——液流角；

vm——轴面速度；

F——垂直于轴面速度的过流截面面积。(www.xing528.com)

由于在流道中从入口端到出口端的液流角不断变化，因此摩擦损失也随之变化，为计算便利通常取入口和出口的平均值：

式中，摩擦损失系数，其中，此公式为静止管道流动的摩擦损失计算公式，其中S为流道壁面粗糙度，一般取S=（0.4～1）μm；Ry为水力半径，Ry=2anbn/（an+bn），其中an为叶片间流道沿叶片法向宽度，bn为叶片间流道垂直于vm的轴面宽度；雷诺数Re由公式Re=4RyW/ν确定，ν为运动黏度。

上式中λmc≈0.03，而实际试验表明摩擦系数要大得多，有数据表明λmc的取值范围往往比上述按静止管道的理论计算值大2～3倍（其中包含扩散损失在内）。这是因为液力元件旋转叶轮流道内的漩涡会引起一些附加损失。

必须指出，上述的分析只是给出了有关液力传动各种损失的定性描述，在进行各种损失量化计算时，采用逐项计算然后叠加的方法，很难获得精确的结果。液力传动中各项液力损失的计算，不能完全利用流体力学中所推荐的类似液力损失的计算方法，因为在液力元件中损失的产生并不是孤立的，而是相互影响的。但是在流体力学中，计算这些损失的公式和方法是在单项独立条件下进行的。因此，在流体力学中计算各种损失所推荐的系数对于液力元件往往是不能直接适用的。

在液力元件中各叶轮彼此紧密相连，当液流在前一叶轮内流动受到阻力而损失能量以后，液流的流动状态就会受到一定的扰动，当进入下一叶轮时，这种扰动就会反映到下一叶轮的损失中，因此各叶轮中的损失也是不能分别加以计算的。此外，循环圆内高速流动的液体由于受到有限叶片数目的影响存在一定的流量脉动，即便外特性的转矩转速保持相对稳定，内部液流也不会绝对稳定下来，这种不稳定也会带来额外的损失，所以用一般的流体力学公式来计算液力元件中的各项液力损失时，必须根据液力元件中的液流情况加以修正，而且这种修正应该以试验数据为依据。

一般情况下，在设计过程中扩散与收缩损失归并到摩擦损失中统一处理，但前面也曾提及，在出口分离对能量平衡影响较大时，比如出口半径与入口半径有大幅增加时，则需要单独对扩散与收缩损失采用下式进行计算：

液力元件中扩散与收缩损失所占总损失的百分比较小。因此，除个别这种损失较为显著的液力元件外，一般在考虑能量平衡时可以忽略扩散与收缩损失。