习题与实践操作

2026年01月15日

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密度是液体的一个重要物理参数,当液体温度或压力发生变化时,其密度也会发生变化,但其变化量一般很小,所以常取密度为定值。

一般矿物油的密度为850～950kg/m3。

2.重度γ

单位体积的流体所具有的重量(均质流体)。

一般矿物油的重度为8400～9500N/m3。

因G=mg　　　所以　γ==ρg

3.液体的可压缩性

当液体受压力作用而体积减小的特性称为液体的可压缩性。液体的压缩性可用体积压缩系数或体积弹性模量表示。

体积压缩系数　βp=-

式中　βp——压缩系数,1/Pa;

dV——液体的体积增量,m3;

dp——液体的压力增量,Pa。

由于dp为正值,dV必为负值,故上式右端加负号,使之为正值。

体积弹性模量

式中　k——体积弹性模量,Pa。

体积弹性模量k,表示了液体反抗压缩变形的能力,k越大表示液体越难压缩。

4.液体的膨胀性

如果压力不变,液体的体积随温度的提高而增大的性质称为液体的膨胀性。膨胀性的大小一般用膨胀系数来度量。

压力不变时,温度的变化引起的体积相对变化量称为膨胀系数,用βt来表示,即

式中　βt——膨胀系数,1/K;

dt——液体的温度增量,K。

其他符号意义同前。

5.流体的黏性

液体在外力作用下流动时,由于液体分子间的内聚力而产生一种阻碍液体分子之间进行相对运动的内摩擦力,液体的这种产生内摩擦力的性质称为液体的黏性。由于液体具有黏性,当流体发生剪切变形时,流体内就产生阻滞变形的内摩擦力,由此可见,黏性表征了流体抵抗剪切变形的能力。处于相对静止状态的流体中不存在剪切变形,因而也不存在变形的抵抗,只有当运动流体流层间发生相对运动时,流体对剪切变形的抵抗,也就是黏性才表现出来。黏性所起的作用为阻滞流体内部的相互滑动,在任何情况下它都只能延缓滑动的过程而不能消除这种滑动。

黏性的大小可用黏度来衡量,黏度是选择液压用流体的主要指标,是影响流动流体的重要物理性质。

当液体流动时,由于液体与固体壁面的附着力及流体本身的黏性使流体内各处的速度大小不等,以流体沿平行平板间的流动情况为例,如图1-5所示,设上平板以速度u0向右运动,下平板固定不动。紧贴于上平板上的流体粘附于上平板上,其速度与上平板相同。紧贴于下平板上的流体粘附于下平板图1-5液体的黏性示意图上,其速度为零。中间流体的速度按线性分布。我们把这种流动看成是许多无限薄的流体层在运动,当运动较快的流体层在运动较慢的流体层上滑过时,两层间由于黏性就产生内摩擦力的作用。根据实际测定的数据所知,流体层间的内摩擦力F与流体层的接触面积A及流体层的相对流速du成正比,而与此二流体层间的距离dy成反比,即:

图1-5　液体的黏性示意图

F=μAdu/dy

以τ=F/A表示切应力,则有:

式中　μ——衡量流体黏性的比例系数,称为绝对黏度或动力黏度;

流体层间速度差异的程度,称为速度梯度。

上式是液体内摩擦定律的数学表达式。当速度梯度变化时,μ为不变常数的流体称为牛顿流体,μ为变数的流体称为非牛顿流体。除高黏性或含有大量特种添加剂的液体外,一般的液压用流体均可看作是牛顿流体。

流体的黏度通常有三种不同的测试单位。

(1)动力黏度μ

它直接表示流体的黏性即内摩擦力的大小。动力黏度μ在物理意义上讲,是当速度梯度du/dy=1时,单位面积上的内摩擦力的大小,即:

动力黏度的国际(SI)计量单位为牛顿·秒/米2,符号为N·s/m2,或为帕·秒,符号为Pa·s。

(2)运动黏度ν

运动黏度是绝对黏度μ与密度ρ的比值:

运动黏度的SI单位为米2/秒,m2/s。还可用CGS制单位:斯(托克斯),St斯的单位太大,应用不便,常用1%斯,即1厘斯来表示,符号为cSt,故:

1cSt=10-2St=10-6m2/s

运动黏度ν没有什么明确的物理意义,它不能像μ一样直接表示流体的黏性大小,但对ρ值相近的流体,例如各种矿物油系液压油之间,还是可用来大致比较它们的黏性。由于在理论分析和计算中常常碰到绝对黏度与密度的比值,为方便起见才采用运动黏度这个单位来代替它之所以被称为运动黏度,是因为在它的量纲中只有运动学的要素长度和时间因素的缘故。机械油的牌号上所标明的号数就是表明以厘斯为单位的,在温度40℃时运动黏度ν的平均值。例如10号机械油指明该油在40℃时其运动黏度ν的平均值是10cSt。蒸馏水在20.2℃时的运动黏度ν恰好等于1cSt,所以从机械油的牌号即可知道该油的运动黏度。例如20号油说明该油的运动黏度约为水的运动黏度的20倍,30号油的运动黏度约为水的运动黏度的30倍,如此类推。动力黏度和运动黏度是理论分析和推导中经常使用的黏度单位。它们都难以直接测量,因此,工程上采用另一种可用仪器直接测量的黏度单位,即相对黏度。

(3)相对黏度

相对黏度是以相对于蒸馏水的黏性的大小来表示该液体的黏性的。相对黏度又称条件黏度。各国采用的相对黏度单位有所不同。有的用赛氏黏度,有的用雷氏黏度,我国采用恩氏黏度。恩氏黏度的测定方法如下:测定200cm3某一温度的被测液体在自重作用下流过直径2.8 mm小孔所需的时间tA,然后测出同体积的蒸馏水在20℃时流过同一孔所需时间tB(tB=50～ 52s),tA与tB的比值即为流体的恩氏黏度值。恩氏黏度用符号°E表示。被测液体温度t℃时的恩氏黏度用符号°Et表示

工业上一般以20℃、40℃和100℃作为测定恩氏黏度的标准温度,并相应地以符号°E20、°E40和°E100来表示。

知道恩氏黏度以后,利用下列的经验公式,将恩氏黏度换算成运动黏度

为了使液体介质得到所需要的黏度,可以采用两种不同黏度的液体按一定比例混合,混合后的黏度可按下列经验公式计算。

式中　°E——混合液体的恩氏黏度;

°E1、°E2——用于混合的两种油液的恩氏黏度,°E1>°E2;

a、b——用于混合的两种液体°E1、°E2各占的百分数,a+b=100;

c——与a、b有关的实验系数,见表1-2。

表1-2　系数c的值

(4)压力对黏度的影响

在一般情况下,压力对黏度的影响比较小,在工程中当压力低于5MPa时,黏度值的变化很小,可以不考虑。当液体所受的压力加大时,分子之间的距离缩小,内聚力增大,其黏度也随之增大。因此,在压力很高以及压力变化很大的情况下,黏度值的变化就不能忽视。在工程实际应用中,当液体压力在低于50MPa的情况下,可用式(1-7)计算其黏度:

(5)温度对黏度的影响

液压油黏度对温度的变化是十分敏感的,当温度升高时,其分子之间的内聚力减小,黏度就随之降低。不同种类的液压油,它的黏度随温度变化的规律也不同。我国常用黏温图表示油液黏度随温度变化的关系。对于一般常用的液压油,当运动黏度不超过76mm2/s,温度在30～150℃时,可用下述近似公式计算其温度为t℃的运动黏度:

黏温指数n随油的黏度而变化,其值可参考表1-3。

表1-3　黏温指数

二、液压系统对液压油的要求

液压油是液压传动系统的重要组成部分,是用来传递能量的工作介质。除了传递能量外,它还起着润滑运动部件和保护金属不被锈蚀的作用。液压油的质量及其各种性能将直接影响液压系统的工作。从液压系统使用油液的要求来看,有下面几点:

(1)适宜的黏度和良好的黏温性能一般液压系统所用的液压油其黏度范围为:

ν=11.5×10-6～35.3×10-6m2/s

(2)润滑性能好在液压传动机械设备中,除液压元件外,其他一些有相对滑动的零件也要用液压油来润滑,因此,液压油应具有良好的润滑性能。为了改善液压油的润滑性能,可加入添加剂以增加其润滑性能。

(3)良好的化学稳定性即对热、氧化、水解、相容都具有良好的稳定性。

(4)对液压装置及相对运动的元件具有良好的润滑性。

(5)对金属材料具有防锈性和防腐性。

(6)比热、热传导率大,热膨胀系数小。

(7)抗泡沫性好,抗乳化性好。

(8)油液纯净,含杂质量少。

(9)倾点和凝固点低,闪点(明火能使油面上油蒸汽内燃,但油本身不燃烧的温度)和燃点高。

此外,对油液的无毒性、价格便宜等,也应根据不同的情况有所要求。

三、液压介质的种类

液压油的种类很多,主要有石油型、合成型和乳化型三类。液压油的主要品种及其性质列于表1-4。

表1-4　工作介质的主要类型及其性质

续表

石油型液压油是以机械油为原料,精练后按需要加入适当添加剂而成。这类液压油润滑性能和防锈性能好,黏度等级范围宽,目前有90%以上的液压系统采用石油型液压油作为工作介质。但它抗燃性较差,液压油的主要品种及其特性和用途列于表1-5。

表1-5　液压油的主要品种及特性和用途

在一些高温、易燃、易爆的工作场合,为了安全起见,应该在系统中使用合成型和乳化型。其中合成型液压油主要有水—乙二醇液、磷酸酯液和硅油等;乳化型液压油分为水包油乳化液(L-HFA)和油包水乳化液(L-HFB)两大类。

四、液压油的污染与防护

液压油是否清洁,不仅影响液压系统的工作性能和液压元件的使用寿命,而且直接关系到液压系统是否能正常工作。液压系统多数故障与液压油受到污染有关,因此控制液压油的污染是十分重要的。

1.液压油被污染的原因液压油被污染的原因主要有以下几方面

(1)液压系统的管道及液压元件内的型砂、切屑、磨料、焊渣、锈片、灰尘等污垢在系统使用前冲洗时未被洗干净,在液压系统工作时,这些污垢就进入到液压油里。

(2)外界的灰尘、砂粒等,在液压系统工作过程中通过往复伸缩的活塞杆,流回油箱的漏油等进入液压油里。另外在检修时,稍不注意也会使灰尘、棉绒等进入液压油里。

(3)液压系统本身也不断地产生污垢,而直接进入液压油里,如金属和密封材料的磨损颗粒,过滤材料脱落的颗粒或纤维及油液因油温升高氧化变质而生成的胶状物等。

2.油液污染的危害

液压油污染严重时,直接影响液压系统的工作性能,使液压系统经常发生故障,使液压元件寿命缩短。造成这些危害的原因主要是污垢中的颗粒。对于液压元件来说,由于这些固体颗粒进入到元件里,会使元件的滑动部分磨损加剧,并可能堵塞液压元件里的节流孔、阻尼孔,或使阀芯卡死,从而造成液压系统的故障。水分和空气的混入使液压油的润滑能力降低并使它加速氧化变质,产生气蚀,使液压元件加速腐蚀,使液压系统出现振动、爬行等。

3.防止污染的措施

造成液压油污染的原因多而复杂,液压油自身又在不断地产生脏物,因此要彻底解决液压油的污染问题是很困难的。为了延长液压元件的寿命,保证液压系统可靠地工作,将液压油的污染度控制在某一限度以内是较为切实可行的办法。对液压油的污染控制工作主要是从两个方面着手:一是防止污染物浸入液压系统;二是把已经浸入的污染物从系统中清除出去。污染控制要贯穿于整个液压装置的设计、制造、安装、使用、维护和修理等各个阶段。

为防止油液污染,在实际工作中应采取如下措施:

(1)使液压油在使用前保持清洁。液压油在运输和保管过程中都会受到外界污染,新买来的液压油看上去很清洁,其实很“脏”,必须将其静放数天后经过滤加入液压系统中使用。

(2)使液压系统在装配后、运转前保持清洁。液压元件在加工和装配过程中必须清洗干净,液压系统在装配后、运转前应彻底进行清洗,最好用系统工作中使用的油液清洗,清洗时油箱除通气孔(加防尘罩)外必须全部密封,密封件不可有飞边、毛刺。

(3)使液压油在工作中保持清洁。液压油在工作过程中会受到环境污染,因此应尽量防止工作中空气和水分的侵入,为完全消除水、气和污染物的侵入,采用密封油箱,通气孔上加空气滤清器,防止尘土、磨料和冷却液侵入,经常检查并定期更换密封件和蓄能器中的胶囊。

(4)采用合适的滤油器。这是控制液压油污染的重要手段。应根据设备的要求,在液压系统中选用不同的过滤方式,不同的精度和不同的结构的滤油器,并要定期检查和清洗滤油器和油箱。

(5)定期更换液压油。更换新油前,油箱必须先清洗一次,系统较脏时,可用煤油清洗,排尽后注入新油。

(6)控制液压油的工作温度。液压油的工作温度过高对液压装置不利,液压油本身也会加速变质,产生各种生成物,缩短它的使用期限,一般液压系统的工作温度最好控制在65℃以下,机床液压系统则应控制在55℃以下。

任务实施

为千斤顶液压系统选用液压油。

正确而合理地选用液压油,乃是保证液压设备高效率正常运转的前提。

选用液压油时,可根据液压元件生产厂样本和说明书所推荐的品种号数来选用液压油,或者根据液压系统的工作压力、工作温度、液压元件种类及经济性等因素全面考虑,一般是先选择合适的液压油品种,再选择液压油的牌号(即黏度等级)。同时还要考虑液压系统工作条件的特殊要求,如在寒冷地区工作的系统则要求油的黏度指数高、低温流动性好、凝固点低;伺服系统则要求油质纯、压缩性小;高压系统则要求油液抗磨性好。在选用液压油时,黏度是一个重要的参数。

一、选择液压油的品种

应根据其工作性质和工作环境要求来选择。

二、选择液压油的牌号

主要是根据工作条件选用适宜的黏度。选择时应考虑液压系统在以下几个方面的情况:

(1)工作压力　工作压力较高的系统宜选用黏度较大的液压油,以减少泄漏。

(2)运动速度　当液压系统的工作部件运动速度较高时,宜选用黏度较小的液压油减轻液流的摩擦损失。

(3)环境温度　环境温度较高时宜选用黏度较大的液压油。因为环境温度高会使油的黏度下降。

此外,也可根据液压泵的类型及工作情况选择液压油的黏度。各类液压泵适用的黏度范围如表1-6所示。

表1-6　各类液压泵适用的黏度范围

知识拓展

液压油的现场检测

1.外观检测

外观检测主要是通过观察液压油的颜色和气味来进行判断的。如果油的颜色变浅,应考虑是否混入了稀释油,必要时测量油的黏度;如果油的颜色变深,稍微发黑,则表明液压油已经开始变质或被污染,此时,若油的工作时间不长,可能是过滤器失效或有其他污染途径;如果油的颜色变得比较深、不透明、混浊,这表明液压油已经完全劣化或严重污染;如果油本身的颜色没有多大变化,只是混浊、不透明,这可能是液压油中混入了水,至少有0.03%的水,必要时可以进行水分测定。但必须注意,有些高级的液压油在初装到油箱里时,看起来好像混浊,但经过一段运转时间后便透明了,并没有丧失原有的性质,这应当视为正常。液压油污染程度及处理见表1-7。

表1-7　液压油污染程度及处理表

2.黏度测量

黏度是衡量液压油优劣的主要指标。在化验室可以通过运动黏度测定仪进行定量测量。其测定值与新油的运动黏度进行比较,若变化量超过±10%的变化范围,则应该更换液压油。

现场简易测量时可采用直径为15～20mm、长为200～250mm的两根试管,分别在两根试管中装入三分之二高度的同一型号的新旧两种液压油,然后将管口封好,在相同的温度下,将装有液压油的两根试管同时倒置,同时测量液压油中气泡上升的时间。如果新旧液压油气泡上升的时间差值超过新液压油气泡上升整个时间的10%时,则表明就液压油的黏度变化已经超过了10%,此时应考虑过滤或更换液压油。

3.水分的测量

水分是指液压油中的含水量,使液压油中的液体污染物。液压油中的含水量一般用百分率来表示。

化验室测定水分的标准方法是卡尔—费谢尔(Karl—Fisher)法,主要用于液压油中微量水分含量的测定。若操作仔细,最小可测定1ppm。

现场可以采取经验测定方法:取一根试管(ϕ15×150mm),将油样注入试管50mm高,再将试管中的油样充分摇匀,用试管夹夹住并放在酒精灯上加热。如果没有显著的响声,可以认定液压油中不含水分,如果发生连续不断的响声,而且持续时间不超过20～30s,响声小时,则可估计油中的含水量小于0.03%,若连续响声持续到40～50s以上时,可粗略估计油中的含水量在0.05%～0.10%,这时应该考虑离心脱水或换油。

另外,也可以采用滤纸法测试,如果油滴扩散边缘有花边状浸润,也说明油中的含水量超标;还可以用观测液压油的混浊程度来评定液压油中的含水量。

任务3　静止液体的力学分析

知识目标：★掌握液体静压力及其特性、液体静压力基本方程

　　　　　★掌握压力的表示方法、压力的传递

能力目标：★能计算液体作用在固体壁上的总压力

任务导入

在千斤顶液压系统中,如果用力F作用在千斤顶杠杆上(如图1-6所示),能够举升重物的重量G是多少?

图1-6　液压千斤顶的受力关系

任务分析

要想知道千斤顶所能举升重物的重量G,就必须对千斤顶中的工作液体进行受力分析,那么该怎样来分析呢?下面我们一起来分析工作液体的受力。

相关知识

液压传动是以液体作为工作介质进行能量传递的,因此要研究液体处于相对平衡状态下的力学规律及其实际应用。所谓相对平衡是指液体内部各质点间没有相对运动,至于液体本身完全可以和容器一起如同刚体一样做各种运动。因此,液体在相对平衡状态下不呈现黏性,不存在切应力,只有法向的压应力,即静压力。下面我们主要讨论液体的平衡规律和压强分布规律以及液体对物体壁面的作用力。

一、液体静压力及其特性

作用在液体上的力有两种类型:一种是质量力,另一种是表面力。

质量力作用在液体所有质点上,它的大小与质量成正比,属于这种力的有重力、惯性力等。单位质量液体受到的质量力称为单位质量力,在数值上等于重力加速度。

表面力作用于所研究液体的表面上,如法向力、切向力。表面力可以是其他物体(例如活塞、大气层)作用在液体上的力;也可以是一部分液体间作用在另一部分液体上的力。对于液体整体来说,其他物体作用在液体上的力属于外力,而液体间作用力属于内力。由于理想液体质点间的内聚力很小,液体不能抵抗拉力或切向力,即使是微小的拉力或切向力都会使液体发生流动。因为静止液体不存在质点间的相对运动,也就不存在拉力或切向力,所以静止液体只能承受压力。

所谓静压力是指静止液体单位面积上所受的法向力,用p表示。静压力在物理学中称为压强,在液压传动中简称为压力。

液体内某质点处的法向力ΔF对其微小面积ΔA的极限称为压力p,即:

若法向力均匀地作用在面积A上,则压力表示为:

静压力具有下述两个重要特征:

(1)液体静压力垂直于作用面,其方向与该面的内法线方向一致。

(2)静止液体中,任何一点所受到的各方向的静压力都相等。

二、液体静力学方程

静止液体内部受力情况可用图1-7来说明。设容器中装满液体,在任意一点A处取一微小面积dA,该点距液面深度为h,距坐标原点高度为Z,容器液平面距坐标原点为Z0。为了求得任意一点A的压力,可取dA·h这个液柱为分离体(见图(b))。根据静压力的特性,作用于这个液柱上的力在各方向都呈平衡,现求各作用力在Z方向的平衡方程。微小液柱顶面上的作用力为p0dA(方向向下),液柱本身的重力G=γhdA(方向向下),液柱底面对液柱的作用力为pdA(方向向上),则平衡方程为:

为了更清晰地说明静压力的分布规律,将(1-11)式按坐标Z变换一下,即以:h=Z0-Z代入式(1-11)整理后得:

图1-7　静压力的分布规律

上式是液体静力学基本方程的另一种形式。其中Z实质上表示A点的单位质量液体的位能。设A点液体质点的质量为m,重力为mg,如果质点从A点下降到基准水平面,它的重力所做的功为mgz。因此A处的液体质点具有位置势能mgz,单位质量液体的位能就是Z又常称作位置水头。而表示A点单位质量液体的压力能,常称为压力水头。由以上分析及式(1-12)可知,静止液体中任一点都有单位质量液体的位能和压力能,即具有两部分能量,而且各点的总能量之和为一常量。

分析式(1-11)可知:

(1)静止液体中任一点的压力均由两部分组成,即液面上的表面压力p0和液体自重而引起的对该点的压力γh。

(2)静止液体内的压力随液体距液面的深度变化呈线性规律分布,且在同一深度上各点的压力相等,压力相等的所有点组成的面为等压面,很显然,在重力作用下静止液体的等压面为一个平面。

(3)可通过下述三种方式使液面产生压力p0:

①通过固体壁面(如活塞)使液面产生压力;

②通过气体使液面产生压力;

③通过不同质的液体使液面产生压力。

三、压力的表示方法及单位

液压系统中的压力就是指压强,液体压力通常有绝对压力、相对压力(表压力)、真空度三种表示方法。因为在地球表面上,一切物体都受大气压力的作用,而且是自成平衡的,即大多数测压仪表在大气压下并不动作,这时它所表示的压力值为零,因此,它们测出的压力是高于大气压力的那部分压力。也就是说,它是相对于大气压(即以大气压为基准零值时)所测量到的一种压力,因此称它为相对压力或表压力。另一种是以绝对真空为基准零值时所测得的压力,我们称它为绝对压力。当绝对压力低于大气压时,习惯上称为出现真空。因此,某点的绝对压力比大气压小的那部分数值叫作该点的真空度。如某点的绝对压力为4.052×104Pa(0.4大气压),则该点的真空度为0.6078×104Pa(0.6大气压)。绝对压力、相对压力(表压力)和真空度的关系如图1-8所示。

图1-8　绝对压力与表压力的关系

图1-9　真空示意图

由图1-8可知,绝对压力总是正值,表压力则可正可负,负的表压力就是真空度,如真空度为4.052×104Pa(0.4大气压),其表压力为-4.052×104Pa(-0.4大气压)。我们把下端开口,上端具有阀门的玻璃管插入密度为ρ的液体中,如图1-9所示。如果在上端抽出一部分封入的空气,使管内压力低于大气压力,则在外界的大气压力pa的作用下,管内液体将上升至h0,这时管内液面压力为p0,由流体静力学基本公式可知:pa=p0+ρgh0。显然,ρgh0就是管内液面压力p0不足大气压力的部分,因此它就是管内液面上的真空度。由此可见,真空度的大小往往可以用液柱高度h0=来表示。在理论上,当p0等于零时,即管中呈绝对真空时,h0达到最大值,设为(h0max)r,在标准大气压下,水的密度ρ=10-3kg/cm3,汞的密度为13.6×10-3kg/cm3。所以(h0max)r=1.033×10-3=1033cmH2O=10.33mH2O 或(h0max)r=1.033136×10-3=76cmHg=760mmHg

即理论上在标准大气压下的最大真空度可达10.33米水柱或760毫米汞柱。根据上述归纳如下:

①绝对压力=大气压力+表压力②表压力=绝对压力-大气压力③真空度=大气压力-绝对压力

压力单位为帕斯卡,简称帕,符号为Pa,1Pa=1N/m2。由于此单位很小,工程上使用不便,因此常采用兆帕,符号MPa。1MPa=106Pa。

四、帕斯卡原理

密封容器内的静止液体,当边界上的压力p0发生变化时,例如增加Δp,则容器内任意一点的压力将增加同一数值Δp也就是说,在密封容器内施加于静止液体任一点的压力将以等值传到液体各点。这就是帕斯卡原理或静压传递原理。

在液压传动系统中,通常是外力产生的压力要比液体自重(γh)所产生的压力大得多。因此认为静止液体内部各点的压力处处相等。

图1-10　静压传递原理应用实例

根据帕斯卡原理和静压力的特性,液压传动不仅可以进行力的传递,而且还能将力放大和改变力的方向。图1-10所示是应用帕斯卡原理推导压力与负载关系的实例。图中垂直液压缸(负载缸)的截面积为A1,水平液压缸截面积为A2,两个活塞上的外作用力分别为F1、F2,则缸内压力分别为p1由于两缸充满液体且互相连接,根据帕斯卡原理有p1=p2。因此有:

上式表明,只要A1/A2足够大,用很小的力F1就可产生很大的力F2。液压千斤顶和水压机就是按此原理制成的。

如果垂直液压缸的活塞上没有负载,即F1=0,则当略去活塞重量及其他阻力时,不论怎样推动水平液压缸的活塞也不能在液体中形成压力。这也说明液压系统中的压力是由外界负载决定的,这是液压传动的一个基本概念。

五、液压静压力对固体壁面的作用力

在液压传动中,略去液体自重产生的压力,液体中各点的静压力是均匀分布的,且垂直作用于受压表面。因此,当承受压力的表面为平面时,液体对该平面的总作用力F为液体的压力p与受压面积A的乘积,其方向与该平面相垂直。如压力油作用在直径为D的柱塞上,则有F=pA=p

图1-11　液体对固体壁面的作用力

当承受压力的表面为曲面时,由于压力总是垂直于承受压力的表面,所以作用在曲面上各点的力不平行但相等。要计算曲面上的总作用力,必须明确要计算哪个方向上的力。

图1-11所示为液压缸筒受力分析图。设缸筒半径为r,长度为l,求液压力作用在右壁部x方向的力Fx。在缸筒上取一微小窄条,其面积为dA=lds=lrdθ,压力油作用在这微小面积上的力dF在x方向的投影为:

dFx=dFcosθ=pdAcosθ=plrcosθdθ

在液压缸筒右半壁上x方向的总作用力为:

由此可得出结论,作用在曲面上的液压力在某一方向上的分力等于静压力与曲面在该方向投影面积的乘积。这一结论对任意曲面都适用。

图1-12为球面和锥面所受液压力分析图。要计算出球面和锥面在垂直方向受力F,只要先计算出曲面在垂直方向的投影面积A,然后再与压力p相乘,即:

图1-12　液压力作用在曲面上的力

任务实施

在图1-6所示的液压千斤顶中,如果A1=80cm2,A2=3200cm2,F=50N,a∶b=19,那么该液压千斤顶能够举升重物的重量G是多少?

解　小活塞的面积为A1,其上的作用力是F1,则液体所受压力为

大活塞的面积为A2,其上作用的压力是p2,由帕斯卡原理可知,p2=p1,则大活塞底面上的液压作用力为:

即该千斤顶的液压输出力是40000N,能将重40000N的重物举升。

知识拓展

液柱式测压计

测量流体的压力是工程上极其普遍的要求,如锅炉、压缩机、水泵、风机、鼓风机等均装有压力计及真空计。常用的有弹簧金属式、电测式和液柱式三种。由于液柱式测压计直观、方便和经济,因而在工程上得到广泛的应用。

一、测压管

测压管是利用液柱高度可表示压强的原理制成的简单的测量压强装置,如图1-13所示。当需要量测容器中A点的压强时,在过A点的平面容器的侧壁开一小孔,外接一直径为5～10 mm上部开口的玻璃管,称为测压管,管内的液体与容器的液体相通。在A点的压强pA的作用下,测压管中的液面上升直到维持平衡,此时,测压管中的液面高度需要指出的是,测压管只能测出A点压强,液体中其他不同深度处的压强可按静止液体压强的分布规律和等压面的原理求得。

图1-13　测压管

图1-14　倾斜测压管

有时为了提高测量精度,可将测压管倾斜放置,如图1-14所示。此时测压管读数为l,而压强水头为h,因为p=γh=γlsinθ,θ不同,l与h的比值也不相同。θ常取10°～30°。

以上的测压装置所测的压力较小,精度较高,故常在实验室中应用。当需要量测的压强大于1/5工程大气压时,如果工作液体为水,则需2m以上的测压管,使用上将会很不方便,为此,在测压管中常采用容重较大而又不与施测处液体相混的液体作为工作液体。

二、U形测压计

如图1-15所示,管内装有水银,它的一端与施测点A相连,另一端与大气相通。在A点的压强使用下,水银面将产生一高差hm,由于U形管底部充满水银,N—N面为等压面。

若容器内的液体为水,则在N—N面上:

U形管的左边　pN=p0+γ(h1+h2)

U形管的右边　pN=γmhm

当测出h1、h2、hm时,即可算出p0和pA。

三、压差计

在实际工程中,有时并不需要具体知道某点压强的大小,而是要了解某两点的压力差,量测两点压差的装置称为压差计(或称比压计)。当量测较小的压差时用空气压差计或倾斜压差计;如果要量测较大的压差,则用水银压差计。

图1-16为一水银压差计示意图。A、B两点为施测点,用U形管与之相连,U形管底部装水银。在A、B两点压力差的作用下,水银面产生一高差Δh,A、B两点的压差与水银面高差分析如下:

图1-15　U形测压计

图1-16　压差计

A点和M—M面的压强关系为

pM=pA+γA(h1+h2)+γmΔh

B、N两点的压强关系为

pN=pB+γB(h2+Δh)

任务4　流动液体的力学分析

知识目标：★掌握流动液体的力学性质

　　　　　★掌握液压冲击和气穴现象

能力目标：★能计算液体管道中流体的压力损失

任务导入

在液压传动系统中,液压油总是在不断的流动中,因此要正确合理的构建液压系统,就必须分析液体在外力作用下的运动规律及作用在流体上的力及这些力和流体运动特性之间的关系。

任务分析

流动流体的力学分析的主要问题是流速和压力在空间的分布。两者之中,流速又更加重要。这不仅因为流速是流动情况的数学描述,还因为流体流动时,在破坏压力和质量力平衡的同时,出现了和流速密切相关的惯性力和黏性力。其中,惯性力是由质点本身流速变化所产生,而黏性力是由于流层与流层之间,质点与质点存在着流速差异所引起的。这样,流体由静到动所产生的两种力,是由流速在空间的分布和随时间的变化所决定的。因此,流体动力学的基本问题是流速问题。有关流动的一系列概念和分类,也都是围绕着流速而提出的。下面学习流动流体的力学分析。

相关知识

对液压流体力学我们只关心和研究平均作用力和运动之间的关系。下面主要讨论两个基本方程式,即液流的连续性方程、伯努力方程。它们是刚体力学中的质量守恒、能量守恒在流体力学中的具体应用。这两个方程描述了压力、流速与流量之间的关系,以及液体能量相互间的变换关系。液体是有黏性的,并在流动中表现出来,因此,在研究液体运动规律时,不但要考虑质量力和压力,还要考虑黏性摩擦力的影响。此外,液体的流动状态还与温度、密度、压力等参数有关。为了分析,可以简化条件,从理想液体着手,所谓理想液体是指没有黏性的液体,同时,一般都视为在等温的条件下把黏度、密度视作常量来讨论液体的运动规律。然后在通过实验对产生的偏差加以补充和修正,使之符合实际情况。

一、基本概念

1.理想液体与定常流动

液体具有黏性,并在流动时表现出来,因此研究流动液体时就要考虑其黏性,而液体的黏性阻力是一个很复杂的问题,这就使我们对流动液体的研究变得复杂。因此,我们引入理想液体的概念,理想液体就是指没有黏性、不可压缩的液体。首先对理想液体进行研究,然后再通过实验验证的方法对所得的结论进行补充和修正。这样,不仅使问题简单化,而且得到的结论在实际应用中仍具有足够的精确性。我们把既具有黏性又可压缩的液体称为实际液体。

当液体流动时,可以将流动液体中空间任一点上质点的运动参数,例如压力p、流速v及密度ρ表示为空间坐标和时间的函数,例如:

压力p=p(x,y,z,t)

速度v=v(x,y,z,t)

密度ρ=ρ(x,y,z,t)

如果空间上的运动参数p、v及ρ在不同的时间内都有确定的值,即它们只随空间点坐标的变化而变化,不随时间t变化,对液体的这种运动称为定常流动或恒定流动。但只要有一个运动参数随时间而变化,则就是非定常流动或非恒定流动。

如果空间点上的运动参数p、v及ρ在不同的时间内都有确定的值,即它们只随空间点坐标的变化而变化,不随时间t变化,对液体的这种运动称为定常流动或恒定流动。定常流动时,

在流体的运动参数中,只要有一个运动参数随时间而变化,液体的运动就是非定常流动或非恒定流动。

在图1-17(a)中,我们对容器出流的流量给予补偿,使其液面高度不变,这样,容器中各点的液体运动参数p、v、ρ都不随时间而变,这就是定常流动。在图1-17(b)中,我们不对容器的出流给予流量补偿,则容器中各点的液体运动参数将随时间而改变,例如随着时间的消逝,液面高度逐渐减低,因此,这种流动为非定常流动。

图1-17　恒定出流与非恒定出流

(a)恒定出流　(b)非恒定出流

2.迹线、流线、流束和过流截面

(1)迹线:迹线是流场中液体质点在一段时间内运动的轨迹线。(https://www.daowen.com)

(2)流线:流线是流场中液体质点在某一瞬间运动状态的一条空间曲线(如图1-18(a))。在该线上各点的液体质点的速度方向与曲线在该点的切线方向重合。在非定常流动时,因为各质点的速度可能随时间改变,所以流线形状也随时间改变。在定常流动时,因流线形状不随时间而改变,所以流线与迹线重合。由于液体中每一点只能有一个速度,所以流线之间不能相交也不能折转。

图1-18　流线和流束

(a)流线　(b)流束

(3)流管:某一瞬时t在流场中画一封闭曲线,经过曲线的每一点作流线,由这些流线组成的表面称流管。

(4)流束:充满在流管内的流线的总体,称为流束(如图1-18(b))。

(5)过流截面:垂直于流束的截面称为过流截面。

3.流量和平均流速

(1)流量:单位时间内通过通流截面的液体的体积称为流量,用q表示,流量的常用单位为:m3/s、L/min。

对微小流束,通过dA上的流量为dq,其表达式为:

当已知通流截面上的流速u的变化规律时,可以由上式求出实际流量。

(2)平均流速:在实际液体流动中,由于黏性摩擦力的作用,通流截面上流速u的分布规律难以确定,因此引入平均流速的概念,即认为通流截面上各点的流速均为平均流速,用v来表示,则通过通流截面的流量就等于平均流速乘以通流截面积。令此流量与上述实际流量相等,得:

则平均流速为:

4.流动状态与雷诺数

实际液体具有黏性,是产生流动阻力的根本原因。然而流动状态不同,则阻力大小也是不同的。所以先研究两种不同的流动状态。

(1)流动状态——层流和紊流

液体在管道中流动时存在两种不同状态,它们的阻力性质也不相同。虽然这是在管道液流中发生的现象,却对气流和潜体也同样适用。

试验装置如图1-19所示,试验时保持水箱中水位恒定和尽可能平静,然后将阀门A微微开启,使少量水流流经玻璃管,即玻璃管内平均流速v很小。这时,如将颜色水容器的阀门B也微微开启,使颜色水也流入玻璃管内,我们可以在玻璃管内看到一条细直而鲜明的颜色流束,而且不论颜色水放在玻璃管内的任何位置,它都能呈直线状,这说明管中水流都是安定地沿轴向运动,液体质点没有垂直于主流方向的横向运动,所以颜色水和周围的液体没有混杂。如果把A阀缓慢开大,管中流量和它的平均流速v也将逐渐增大,直至平均流速增加至某一数值,颜色流束开始弯曲颤动,这说明玻璃管内液体质点不再保持安定,开始发生脉动,不仅具有横向的脉动速度,而且也具有纵向脉动速度。如果A阀继续开大,脉动加剧,颜色水就完全与周围液体混杂而不再维持流束状态。

图1-19　雷诺试验

层流:在液体运动时,如果质点没有横向脉动,不引起液体质点混杂,而是层次分明,能够维持安定的流束状态,这种流动称为层流。

紊流:如果液体流动时质点具有脉动速度,引起流层间质点相互错杂交换,这种流动称为紊流或湍流。

(2)雷诺数

液体流动时究竟是层流还是紊流,须用雷诺数来判别。

实验证明,液体在圆管中的流动状态不仅与管内的平均流速v有关,还和管径d、液体的运动黏度ν有关。但是,真正决定液流状态的,却是这三个参数所组成的一个称为雷诺数Re的无量纲纯数:

由式(1-21)可知,液流的雷诺数如相同,它的流动状态也相同。当液流的雷诺数Re小于临界雷诺数时,液流为层流;反之,液流大多为紊流。常见的液流管道的临界雷诺数由实验求得,示于表1-8中。

表1-8　常见液流管道的临界雷诺数

对于非阀截面的管道来说,Re可用式(1-22)计算:

式中　R——过流截面的水力半径,它等于液流的有效截面积A和它的湿周(有效截面的周界长度)x之比,即:

直径为d的圆柱截面管道的水力半径为R=将此式代入(1-22),可得式(1-21)。又如正方形的管道,边长为b,则湿周为4b,因而水力半径为R=水力半径的大小,对管道的通流能力影响很大。水力半径大,表明流体与管壁的接触少,通流能力强;水力半径小,表明流体与管壁的接触多,同流能力差,容易堵塞。

二、连续性方程

图1-20　液体的连续性流动示意图

质量守恒是自然界的客观规律,不可压缩液体的流动过程也遵守能量守恒定律。在流体力学中这个规律用称为连续性方程的数学形式来表达的。

如图1-20所示,其中不可压缩流体作定常流动的连续性方程为:

由于通流截面是任意取的,则有:

式中　v1、v2——流管通流截面A1及A2上的平均流速。

式(1-25)表明通过流管内任一通流截面上的流量相等,当流量一定时,任一通流截面上的通流面积与流速成反比。则有任一通流断面上的平均流速为:

三、伯努利方程

能量守恒是自然界的客观规律,流动液体也遵守能量守恒定律,这个规律是用伯努利方程的数学形式来表达的。伯努利方程是一个能量方程,掌握这一物理意义是十分重要的。

1.理想液体微小流束的伯努利方程

为研究的方便,一般将液体作为没有黏性摩擦力的理想液体来处理。

如图1-21所示,在理想流体稳定流动的流场中选取一微小流束。在微小流束上沿流向选取1—1、2—2两断面,两断面的高程和面积分别为Z1、Z2和dA1、dA2,两断面的流速和动压力分别为u1、u2和p1、p2。

在dt时间内该流段从1—2移至1′—2′时应满足动能定理。

(1)动能的变化量

ΔE12—1′2′=(E1′—2+E2—2′)-(E1—1′+E1′—2)=E2—2′-E1—1′

对于不可压缩流体做连续流动时:V1—1′=V2—2′=V

图1-21　液流能量方程关系转换图

因此,动能增量为

(2)所有外力对流束段作功的总和∑W

作用在流束段1—2上的外力:重力、动压力、摩擦阻力。对于理想流体,摩擦阻力可以不考虑。

①重力所做的功W1。只考虑1—1′间的流体移至2—2′时重力所做的功

W1=γV(z1-z2)

②动压力所做的功W2动压力作功包括断面1所受压力p1dA1,所做的正功p1dA1dS1和断面2所受压力p2dA2,所做的负功p2dA2dS2。(做功的正或负,根据压力方向和位移方向是否相同或相反。)微小流束侧面压力和流段正交,不产生位移,不做功。所以动压力做功为

W2=p1dA1dS1-p2dA2dS2

因为dA1dS1=V=dA2dS2

所以W2=p1V-p2V

由动能定理可知:

ΔE=W1+W2

因为断面1—1和断面2—2是任意选取的,因此

上式即为理想流体微小流束的伯努利方程式。

式中为单位重量液体所具有的压力能,称为比压能,也叫做压力水头。Z为单位重量液体所具有的势能,称为比位能,也叫作位置水头。为单位重量液体所具有的动能,称为比动能,也叫作速度水头,它们的量纲都为长度。

对伯努利方程可作如下的理解:

①伯努利方程式是一个能量方程式,它表明在空间各相应通流断面处流通液体的能量守恒规律。

②理想液体的伯努利方程只适用于重力作用下的理想液体作定常活动的情况。

③任一微小流束都对应一个确定的伯努利方程式,即对于不同的微小流束,它们的常量值不同。

伯努利方程的物理意义为:在密封管道内作定常流动的理想液体在任意一个通流断面上具有三种形成的能量,即压力能、势能和动能。三种能量的总和是一个恒定的常量,而且三种能量之间是可以相互转换的,即在不同的通流断面上,同一种能量的值会是不同的,但各断面上的总能量值都是相同的。

2.实际液体微小流束的伯努利方程

由于液体存在着黏性,其黏性力在起作用,并表示为对液体流动的阻力,实际液体的流动要克服这些阻力,表示为机械能的消耗和损失,因此,当液体流动时,液流的总能量或总比能在不断地减少。所以,实际液体微小流束的伯努力方程为

上式即为实际流体微小流束的能量方程式。该式说明对于实际微小流束来说,其前一断面的总能量,等于后一断面的总能量与前后两断面间损失比能之和。

3.实际液体总流的伯努利方程

四、液流的压力损失

按照流动的边界情况阻力可分为沿程阻力和及局部阻力,因此能量损失可分为沿程损失和局部损失。

1.沿程损失

发生在沿流程边界形状变化不大的区域,一般在缓变流区域。主要是由于流体与壁面、流体质点与质点间存在着摩擦力,沿流程阻碍着流体流动,这种阻力称为沿程阻力,流体在流动时因克服摩擦阻力而消耗的机械能称为沿程损失。单位重量流体的沿程损失用符号hf表示。沿程损失与流道的水力直径、流道长度等因数有关。

直管中的能量损失主要是沿程损失,其计算式如下:

层流　λ=

对于油　λ=(金属管)　λ=(软管)　(软弯管)

紊流状态:

(1)布拉修斯公式　λ=适用于4×103<Re<105的情况。(2)谢维列夫公式　λ=适用于管内平均流速v≥1.2m/s的情况。

(3)粗略计算　在实际管道中,流体若处于紊流状态,一般可取λ=0.02～0.03。

2.局部损失

发生在流道边界形状急剧变化的地方,一般在急变流区域(例如流道弯曲、过流断面突然扩大或缩小、设置闸门等处),流体经过这些局部区域时,流速大小或方向被迫剧烈地改变,因而发生撞击、漩涡等现象,此时由于黏性作用,质点间发生剧烈地摩擦和动量交换,因而阻碍着流体运动,这种阻碍称为局部阻力,流体为了克服局部阻力而消耗的机械能,称为局部损失。单位重量流体的局部损失用符号hj表示。局部损失与局部区域形状和流速有关。

3.流体流动的总能量损失

hω=∑hf+∑hj

五、液压冲击和气穴现象

1.液压冲击

在液压系统中,由于某种原因而引起液体的压力在瞬间急剧升高,产生很高的压力峰值,这种现象称为液压冲击。液压冲击的压力峰值往往比正常工作压力高好几倍。

(1)液压冲击产生的原因及其危害性

①当液流通道迅速关闭或液流迅速换向使液流速度的大小或方向发生突然变化时于液流的惯性引起的液压冲击。

②液压系统中的运动工作部件突然制动或换向时,因工作部件的惯性引起的液压冲击。

③当液压系统中的某些元件反应不灵敏时,也可能造成液压冲击。如溢流阀不能在系统压力升高达到其调定压力时及时打开;限压式变量泵不能在油压升高时自动减少输油量等,都会出现压力超调现象而引起液压冲击。

液压冲击会引起振动和噪声,导致密封装置,管路等液压元件的损坏,有时还会使某些元件,如压力继电器、顺序阀等产生误动作,影响系统的正常工作。因此必须采取有效措施来减轻或防止液压冲击。

(2)减小液压冲击的措施

①延长阀门关闭和运动部件制动换向的时间。

②限制管路中液流速度及运动部件的速度。

③尽量缩短管道长度,适当加大管道直径,以降低流速和减小压力冲击波传播速度。

④在冲击源处设置蓄能器,以吸收冲击的能量,也可以在易出现液压冲击的地方,装限制压力升高的安全阀。

⑤在液压元件中设置缓冲装置(如节流孔)或采用橡胶软管,以增加系统的弹性。

2.气穴现象

(1)气蚀现象的机理及危害

在液压系统中,由于流速突然变大,供油不足等原因,压力会迅速下降至低于空气分离压时,使原溶于油液中的空气游离出来,导致液体中出现大量气泡的现象称为气穴现象。

当液压系统中产生穴气现象时,大量的气泡破坏了油液的连续性,造成流量和压力脉动,当气泡随油液流进高压区时又急剧破灭,引起局部液压冲击,使系统产生强烈的噪声和振动。当附着在金属表面上的气泡破灭时,它所产生的局部高温和高压作用,以及油液中逸出的气体的氧化作用,会使金属表面剥蚀或出现海绵状的小洞穴。这种因空穴造成的腐蚀作用称为气蚀。气蚀会导致元件寿命的缩短,严重时会造成故障。

气穴多发生在阀口和液压泵的进口处,由于阀口的通道狭窄,流速增大,该处的压力大幅度下降,以致产生气穴。当泵的安装高度过大,吸油管直径太小,吸油阻力大,过滤器阻塞、油液黏度等因素的影响,造成泵进口处的真空度过大,亦会产生气穴。

(2)减少气穴现象的措施

①减小小孔或缝隙处的压力降,一般希望小孔或缝隙前后的压力比为

②降低液压泵的吸油高度,适当加大吸油管内径,限制吸油管的流速,及时清洗过滤器。对高压泵可采用辅助泵供油。

③管路要有良好的密封,防止空气的进入。

④对容易产生气蚀的元件,如泵的配流盘等,要采用抗腐蚀能力强的金属材料,增强元件的机械强度。

任务实施

在分析流动流体的流速和压力时,伯努利方程式的有决定性的作用,它和连续性方程联立,能全面地解决一元流动的断面流速和压力的计算。

一般来讲,实际工程问题,无外乎三种类型:一是求流速;二是求压力;三是求流速和压力。求流速是主要的,求压力必须在求流速的基础上,或在流速已知的基础上进行。其他问题,例如流量问题、水头问题、动量问题等,都是和流速、压力相关联的。

求流速的一般步骤是:分析流动、取研究断面、选择基准面、写出方程、最后解出方程。

(1)分析流动　要明确流动总体。就是要把需要研究的局部流动和流动总体联系起来。

(2)取研究断面　是在分析流动的基础上进行。两断面应选取在压力已知或压差已知的缓变流流段上,应使我们所需要的未知量出现在方程中。

(3)选择基准面　基准面作为写方程中z值的依据。基准面原则上可任意选择。一般通过总流的最低点。或通过两断面中较低一断面的形心。这样就使一个断面的z值为零,而另一断面的z值保持正值。

(4)写出方程　就是选择适当的方程式,并将各已知数代入。如果方程中出现两个流速项,则应用连续性方程式联立。能量方程式要根据问题的要求来选择,是考虑损失还是不考虑损失。

(5)最后解出方程　求出流速和压力。一般是先求出流速水头和压力水头。这是因为,水头值本身就有它自己的力学意义。另一方面,由于水头损失一般表示为流速水头的倍数,求出流速水头,就易于计算各段损失。

图1-22　液压泵吸油示意图

注意:若断面取在管流出口以后,流体便不受固体边壁的约束。流动由有压流转变为整个断面都处于大气中的射流。根据射流的周边直接和大气相接的边界条件,断面上各点压力可假设均匀分布,并且都等于外界大气压力。

例　如图1-22所示为某一液压泵从油箱中吸油的示意图。若金属吸油管直径d=60mm,流量q=100L/min,油液的运动黏度v=30mm2/s,ρ=900kg/m3,弯头处的局部损失系数ζ=0.2,吸油管路过滤器上的压力损失Δhw=0.02MPa。若要

求液压泵吸油口处的真空度pv≤0.025MPa,液压泵的安装(吸油)高度h(吸油管插入油液部分的沿程损失可忽略不计)应低于多少?

解

(1)选取计算断面1—1(液面)和2—2(吸液口);在计算断面1—1和2—2上选取计算点M、N;选取液面作为基准面0—0。

(2)列出伯努利方程

式中,pM=0,hM=0,v1=0;pN=-pv=-0.025×106Pa;取α1=α2=1。下面求hN=h=?

解之得　　　h=0.535m

知识拓展

孔口和缝隙出流

一、孔口出流

液体流经孔口的水力现象称为孔口出流。孔口出流时,如果孔口过流断面上各点的流速可看成是均匀的,则称为小孔口。反之,如孔口断面上各点的流速相差较大,则称为大孔口。如果孔口边缘的厚度(d为孔径),则孔口边缘厚度的变化对于孔口的出流情况不发生影响,此时出流流股表面与孔壁可视为环形线接触,这种孔口称为薄壁孔口。如流股表面与孔壁为面接触,孔口边缘厚度的变化对出流情况有影响,则称为厚壁孔口。(注意:“薄壁”与“厚壁”的流体力学意义与通常所称容器壁面厚度的观念是不相同的。)当液体出流于大气中时,称为自由出流;如出流于液体中则称为淹没出流(液压技术中常遇到)。

工程上常见的小孔出流(即流体在小孔中的流动),主要包括薄壁小孔短孔细长孔

1.薄壁小孔流量计算

薄壁小孔是指小孔的长度与直径之比小于0.5的孔,孔口具有尖锐的边缘,流体流经孔口时,流动不受孔壁厚度的影响。

小孔出流的特征:小孔口出流时,流体微团大约在小孔上游处明显加速,从四周各方流向孔口,贴近壁面的液体微团,由于流动的惯性,不能直角拐弯而冲向孔口的中心,从而使流股断面逐渐收缩,直到出口下游约处,其断面积收缩到最小,此断面称为收缩断面。在收缩断面上流线相互平行,符合缓变流条件。薄壁小孔出流的能量损失只有局部损失。