水介质阻尼孔流动特性实验研究_刘志政

2012 年 2 月 第 40 卷 第 3 期 机床与液压 MACHINE TOOL ＆ HYDRAULICS Feb． 2012 Vol. 40 No. 3 DOI:10． 3969 / j. issn. 1001 － 3881. 2012. 03. 008 收稿日期:2011 － 02 － 14 基金项目:“十一五”国家科技支撑计划资助项目 (2008BAB36B04) 作者简介:刘志政 (1987—) ，男，硕士研究生，研究方向为液压传动技术。E － mail:08063444@ 163. com。 水介质阻尼孔流动特性实验研究 刘志政，赵继云，戚厚宝，徐展 (中国矿业大学机电工程学院，江苏徐州 221008) 摘要:分别使用长度相同通径不同和通径相同长度不同的阻尼孔，在水介质条件下对其流动特性进行实验研究。实验 结果表明:水介质阻尼孔流动特性实验值和理论值有较好的一致性，其中大通径的阻尼孔流动特性的稳定性更好，小通径 阻尼孔流动特性波动比较大;阻尼孔长度对流动特性的影响很小，在较大的长径比范围内，可以忽略长度的影响。 关键词:水介质;阻尼孔;通径;长度;实验 中图分类号:TH137 文献标识码:A 文章编号:1001 － 3881 (2012)3 － 026 － 2 Experimental Research on the Flow Characteristic of Damping Orifices in Water Environment LIU Zhizheng，ZHAO Jiyun，QI Houbao，XU Zhan (School of Mechatronic Engineering，China University of Mining and Technology， Xuzhou Jiangsu 221008，China) Abstract:In water environment，the flow characteristic of two series damping orifices，one with the same diameter and different length，the other with the same length and different diameter，were studied experimentally． The experimental results show that the ex- perimental data agree well with the theoretical data． The results of the damping orifices with big diameter have better stability，and the results of the damping orifices with small diameter fluctuate dramatically． The length has very small influence on the flow characteristic， so it can be neglected in a wide length-diameter ratio range． Keywords:Water;Damping orifices;Diameter;Length;Experiment 由于水液压技术本身所具有的无污染和阻燃性等 优点，以及新材料性能的不断提高、制造技术的日益 完善，它已经成为液压领域新的重要发展方向之 一［1］。在液压系统中，经常利用阻尼孔起节流、调 压、缓冲和防振等作用。关于阻尼孔流动特性的研究 多以矿物油作为工作介质，而以水作为工作介质研究 阻尼孔流动特性的文献并不多见［2 － 3］。由于孔口结 构、边界条件及支配方程的复杂性，对其进行解析研 究是比较困难的［4］，因此有必要对水介质阻尼孔流动 特性进行试验研究。 1 阻尼孔流动理论及实验原理 在流体力学中，为便于分析，一般根据阻尼孔长 度 l和通径 d的比值将其分为薄壁孔口、厚壁孔口和 细长孔:l /d≤2 时，称为薄壁孔;2 ＜ l /d ＜ 4 时，称 为厚壁孔;l /d ＞ 4 时，称为细长孔。作者主要研究 厚壁阻尼孔的流动特性，其孔口出流公式为［5 － 6］: qv = CqA 2Δp 槡ρ = 0. 82A 2Δp 槡ρ (1) 式中:qv 为孔口流量; Cq 为孔口流量系数，取为 0. 82; Δp为阻尼孔进出口压差; ρ为介质密度。 图 1 阻尼孔和先导阀匹 配性实验系统原理 阻尼孔通径、长 度等结构参数的不同 可能会对其流动特性 产生影响。因此该实 验分别采用不同参数 的固定阻尼孔进行研 究，系统原理如图 1 所示，所用阻尼孔进 出口均为锐边。实验 中调节阻尼孔进口压 力，测量其出口压力 和流量，根据测量值绘制相应的压差流量曲线。通过 比较试验数据和所绘曲线研究阻尼孔在水介质条件下 的流动特性。 2 阻尼孔通径的影响 阻尼孔长均为 4 mm，通径 1 ～ 2 mm，如表 1 所 示共 5 只。实验中调节系统压力，使阻尼孔进出口压 差在 0. 2 ～ 2 MPa之间变化，分别测量在各压差下通 过的流量。图 2 为不同通径的阻尼孔的压差流量比较 曲线。 表 1 阻尼孔通径与长度 mm 阻尼孔通径 1 1. 2 1. 5 1. 8 2 阻尼孔长度 4 4 4 4 4 由图 2 可以看出:随着压差的增大，各阻尼孔的 流量逐渐增大;阻尼孔通径增大，流量增大。不同通 径阻尼孔的压差流量曲线并不成平行状态，孔径大的 阻尼孔随压差增大流量上升较快。 图 3 为在 0. 8 和 1. 4 MPa下各阻尼孔按公式 (1) 计算的理论值和实验值曲线比较图，其中最下面一 条曲线为阻尼孔面积随通径的变化曲线，阻尼孔通 径的变化即为其面积的变化。从图中可以看出阻尼 孔理论值曲线和实验值曲线比较接近，说明实验值 和理论值相差不大;但是在通径较小时，阻尼孔压 差流量曲线波动比较大，说明在通径较小时，阻尼 孔的流动特性不稳定。造成这种现象的原因一方面 是阻尼孔制造误差、实验中一些参数在阻尼孔通径 较小时影响权重更大;另一方面是实验中流道有变 化，液体流动阻力比理想状态要大，因而其流动特 性的波动要大一些。 图 2 不同通径阻尼孔 图 3 阻尼孔流动特性理 压差流量曲线 论值和实验值比较 3 阻尼孔长度的影响 阻尼孔长度不同即长径比不同。对 3 组通径分别 为 1. 2、1. 5 和 1. 8 mm，长度分别为 2. 5、3、3. 5、 4、4. 5、5、5. 5、6、7 mm，共 27 只阻尼孔进行试 验，比较阻尼孔长度 (即长径比)对阻尼孔流动特 性的影响。 图 4、5 分别为 0. 8 和 1. 6 MPa 压差下不同长度 阻尼孔流量曲线，可以看出:对于同一通径的阻尼 孔，其长度从 2. 5 mm增至 7 mm时，流量并不随阻 尼孔长度的变化呈有规律的变化，说明阻尼孔长度的 变化对流量影响很小，几乎可以忽略。这个结论和理 论 计算公式 六西格玛计算公式下载结构力学静力计算公式下载重复性计算公式下载六西格玛计算公式下载年假计算公式 是吻合的，因为公式 (1)中也没有阻尼 孔长度参数的体现。 图 4 0. 8 MPa压差下 图 5 1. 6 MPa压差下 不同长度阻尼孔 不同长度阻尼孔 流量曲线 流量曲线 实验用阻尼孔长径比最大 7 /1. 2 = 5. 83，仍然看 不到长度变化对流量的影响。由于水的黏度低，在长 管路中的液体流动阻力比矿物油要小得多，在水介质 下使用阻尼孔时，在较大的长径比范围内可以不考虑 孔道长度的影响。 4 结论 从实验结果可以看出，对于长度相同、通径不同 的阻尼孔，在一定压差下，大通径阻尼孔流动特性要 比小通径的稳定一些，阻尼孔通径越小，其流动稳定 性越差，对阻尼孔的加工精度和使用条件 要求 对教师党员的评价套管和固井爆破片与爆破装置仓库管理基本要求三甲医院都需要复审吗 越高， 因此使用小通径阻尼孔做精确控制时要谨慎一些;基 于工程应用的角度，在较大的长径比范围内，水介质 阻尼孔长度的变化对流动特性的影响可以忽略。实验 结果为水介质阻尼孔的设计选用提供了参考。 参考文献: 【1】杨华勇，周华，路甬祥．水液压技术的研究现状与发展趋 势［J］．中国机械工程，2000，11(12) :1430 － 1433． 【2】刘银水，杨友胜，朱玉泉，等．以水为介质阻尼孔气穴流 动理论和实验研究［J］．机械工程学报，2007(2) :147 － 150． 【3】Zhu Bi-hai，Huang Yan，Zhang Tie-hua，et al． Experimental Investigation of Flow Characteristics of Small Orifices and Valves in Water Hydraulics． Proceeding of the Institution of Mechanical Engineers，PartE［J］． Journal of Process Me- chanical Engineering，2002，216:235 － 245． 【4】高殿荣，王益群．管道节流孔流场的有限元模拟［J］．流 体机械，2000，28(5) :28 － 31． 【5】张也影．流体力学［M］．北京:高等教育出版社，1999． 【6】张伟，陈文义． 流体力学［M］． 天津:天津大学出版社， 2009． ·72·第 3 期 刘志政 等:水介质阻尼孔流动特性实验研究