层流时,压力损失较低,大致与平均流速成正比。 紊流时,由于分子团相互撞击严重,压力损失较高,大致与平均流速的平方成正比。
1.影响流态的因素
影响流态的主要因素:黏度、流速、管径
黏度越低则分子团相互之间的吸引力越小,流速越高则惯性力越大,而管径越 大,则液体流动时可依附的部分相对就少,流动越容易成为紊流。
2.流态的转变
如果缓慢开大自来水开关,在层流转为紊流后,再缓慢关小开关,仔细观察,会发现,必须关到更小的开度,紊流才会回复为层流。这与日常生活经验相符:保持整 齐不变为混乱易,而由混乱再恢复为整齐难。
也正是这点,给液压技术带来了最基本的不确定性。在层流和紊流时,压力损失 与流量之间还有一个基本固定的关系。但在层流-紊流过渡区,就不能断定,流态是 紊流还是层流,也就无法估算出压力损失。
- 液流通道的形状 根据对压力损失的影响,液流通道可分为以下两种类型
1.长通道,面积和形状没有突然改变,压力就逐渐下降,术语称沿程损失。这里,造成压力下降的主要原因是液体相互间,以及液体与管道壁的摩擦力。
因为管径越大,与管道壁发生摩擦的液体相对总量越少,所以,压降越小。
2.通流面积或/和形状突然改变,如,小孔、弯头、管道分叉会合处等。在这些地方,由于液流方向改变,造成涡流、分子团相互撞击、*,内耗严重,导致压力 明显下降,术语称局部损失。
液压油的其它作用与特性
1.润滑运动部件
液压系统工作时总是会有相对运动的部件,术语称摩擦副。为了保证润滑,减少摩擦磨损,油的黏度必须保持在一定范围内。因为,黏度过 高,不易进入摩擦副之间;黏度过低,在摩擦副之间就停留不住,特别是在摩擦副承 受很大压力、相互高速运动时(见下图)。
一般较理想的工作黏度范围为 30~50mm²/s,随设备的结构类型不同而变,一般至 少应该在 10~800mm²/s 之间。
2.保护与液压油接触的表面
一般而言,矿物油不会腐蚀金属,可以保护与之接触的金属表面。但液压油中的 水、空气会腐蚀金属。在有些应用场合,很难完全避免水进入液压油,例如一些船舶液压。加入弥散添 加剂(类似家用洗涤剂)后,在水含量不超过 5%时,都会自动形成细微的油包水的 乳化滴,从而不影响润滑膜的形成,也不会腐蚀金属。
在液压油中加入所谓消泡剂,可以提高其空气分离能力。
3.散热
机械设备工作时不可避免会由于摩擦或液压油泄漏产生热,造成温度上升,对设 备中的元件带来不利影响。因此,期望流动的液压油可以把这热量带走。从这点出发,希望液压油有好的导热性和高的热容量。可惜,在这方面,普通矿 物油的能力只有水的一半。
4.带走杂质
设备工作时部件难免会发生磨损,有剥落物。液压油的流动有利于带走杂质。
5.可压缩性
液体也是可压缩的。如果压力增高 40MPa,矿物油体积会缩小约 3%。 液体中混有的未溶解空气会增高液体的可压缩性。 在正常大气压力条件下,液体中总含有一定量的溶解空气。而液体对空气的溶解能力,会随着压力和温度的下降而下降,已溶解的空气会释出,就会增加液体的可压 缩性。
在高压力、大容量情况下用液体去驱动负载,就像用一根弹簧去推动一个物体, 不易准确定位。
6.热胀冷缩
液体也会热胀冷缩
温度每上升 50°C,矿物油体积会膨胀约 3%。如果被密闭在一个容器里,无法膨 胀,就会导致压力增高约 40MPa。这很可能损坏管道及液压件,所以必须有适当的预 防措施。
7.工作持久性
液压油的价格,好的,每吨 3、4 万元,次的也在 1 万多元以上。所以,理想的 是可以长期使用,终生不换。但不利影响是多方面的。
(1)化学不相容 液压系统中的密封圈、软管等,含有天然或人造高分子材料。如果与液压油不相容,长期工作后就会发生侵蚀膨胀。
一般把密封圈、软管浸泡在热油中 24 小时,之后检测膨胀率。超过一定值,就 认为化学不相容。
(2)气蚀
如在 1.2 节已提及,在封闭管道中,通流截面小处,流速高。在 液体分子全都一心一意往前冲的时候,相互间,以及撞击管壁的力就会减小,宏观来 说,就是压力降低。这也符合能量守恒定律,压力能转化为动能。因此,在流速增高 的地方,液体的压力会降低,甚至可能形成负压。手动喷雾器(见下图 ),一些抽真空机就是根据此原理工作的。
在低压区,除了原先溶解的空气会分离出来外,甚至,液压油也会变为蒸气,出 现气泡。混有气泡的液压油快速进入大截面区时,流速变慢,压力又会升高(见下图
)。气泡被快速压缩爆炸,造成局部冲击力,使相接触的固体表面发生剥蚀,出现海绵状小孔(见图 ),这种现象被称为“气蚀”。气蚀会降低液压元件的使用寿命,也会加速油液老化发黑。