突擴(kuò)斷面流道是各類液壓元件的基本結(jié)構(gòu)形式,流體流經(jīng)突擴(kuò)斷面流道時(shí)將產(chǎn)生壓力損失,現(xiàn)有設(shè)計(jì)資料往往將這類壓力損失視為與雷諾數(shù)（Re）無關(guān)的常值。采用理論分析方法,將流體流經(jīng)突擴(kuò)斷面的總壓力損失系數(shù)分解為近似理論值、與突擴(kuò)斷面對(duì)上游流速擾動(dòng)對(duì)應(yīng)的壓力損失系數(shù)、與上游流道實(shí)際壁面摩擦對(duì)應(yīng)的壓力損失系數(shù)、與下游流道實(shí)際壁面摩擦對(duì)應(yīng)的壓力損失系數(shù)以及與突擴(kuò)斷面兩側(cè)壓差對(duì)應(yīng)的壓力損失系數(shù)等5個(gè)組成部分;采用CFD模擬方法,研究了Re對(duì)總壓力損失系數(shù)的影響規(guī)律。結(jié)果表明,存在臨界雷諾數(shù)Re_cr,當(dāng)實(shí)際Re低于Re_cr時(shí),總壓力損失系數(shù)不再是一常值而隨Re反比變化;在低Re時(shí),與突擴(kuò)斷面兩側(cè)壓差對(duì)應(yīng)的壓力損失系數(shù)是總壓力損失系數(shù)的主要成分;而在高Re時(shí),近似理論值及與下游流道實(shí)際壁面摩擦對(duì)應(yīng)的壓力損失系數(shù)是總壓力損失系數(shù)的主要成分。提出的理論分析方法及數(shù)值模擬結(jié)果可為各類液壓元件中過液孔道的結(jié)構(gòu)優(yōu)化奠定有益基礎(chǔ)。 

【文章來源】：科學(xué)技術(shù)與工程. 2020,20(04)北大核心

【文章頁數(shù)】：8 頁

【部分圖文】：

薄壁阻尼孔淹沒出流流場(chǎng)結(jié)構(gòu)

圖1中,流體經(jīng)左側(cè)小直徑入口流入,經(jīng)過突擴(kuò)斷面后,由右側(cè)大直徑出口流出;液流流經(jīng)突擴(kuò)斷面時(shí),其中心區(qū)域的主流將由于慣性而逐漸擴(kuò)散、附壁,靠近孔道壁面的液流將由于黏性和慣性共同作用在突擴(kuò)斷面下游形成漩渦區(qū),導(dǎo)致壓力與流速(包括流向)劇變,而后,液流在孔道中經(jīng)歷一段壓力與流速分布逐漸趨于穩(wěn)定的過渡階段后(即經(jīng)歷一段“入口起始階段”后),最終達(dá)到完全發(fā)展的層流狀態(tài);為了方便,將組成控制體積的斷面1和斷面2分別取在距離擴(kuò)張斷面較遠(yuǎn)的、流場(chǎng)未受擾動(dòng)的上、下游位置,即斷面1和斷面2分別位于上、下游流場(chǎng)的完全發(fā)展段內(nèi),其上的流速分布符合完全發(fā)展?fàn)顟B(tài)時(shí)的層流分布規(guī)律,其上的壓力分布認(rèn)為是均勻的。流體在由斷面1流動(dòng)至斷面2過程中,總壓力變化ΔpT可分解為3部分:由伯努利效應(yīng)決定的、由突擴(kuò)斷面兩側(cè)流速變化導(dǎo)致的壓力變化ΔpR;若不考慮擴(kuò)張斷面對(duì)液流的擾動(dòng)影響,液體以未受擾動(dòng)的、處于完全發(fā)展的層流狀態(tài)流過L1段與L2段時(shí),仍會(huì)由于黏性壁面摩擦阻力在這2段內(nèi)產(chǎn)生沿程壓力損失ΔpF,顯然,只要流體發(fā)生流動(dòng),就會(huì)產(chǎn)生ΔpF,那么,在分析由突擴(kuò)斷面導(dǎo)致的局部壓力損失時(shí),應(yīng)將ΔpF排除在外;由于擴(kuò)張斷面的存在使上、下游流場(chǎng)的流速、壓力分布發(fā)生擾動(dòng)而與完全發(fā)展的層流狀態(tài)產(chǎn)生偏離,特別是由于黏性的影響,在斷面下游發(fā)生液流的滯止、倒流、分離、脫流等現(xiàn)象,這將導(dǎo)致流體流經(jīng)擴(kuò)張斷面時(shí)產(chǎn)生局部壓力損失ΔpI,需要指出的是:由于流速發(fā)生了擾動(dòng)而偏離理想狀態(tài),會(huì)導(dǎo)致實(shí)際壁面摩擦與完全發(fā)展?fàn)顟B(tài)下的壁面摩擦發(fā)生偏離,而這部分壁面摩擦力偏離量導(dǎo)致的壓力損失(記為Δp′F)包含在了ΔpI。最終,可有:

p 1 + 1 2 ρα 1 u 1 ˉ 2 =p 2 + 1 2 ρα 2 u 2 ˉ 2 + 1 2 ρ u 1 ˉ 2 C Ι + ? ?? λ 1 L 1 D 1 1 2 ρ u 1 ˉ 2 +λ 2 L 2 D 2 1 2 ρ u 2 ˉ 2 ??? (31)在上、下游層流區(qū)域范圍內(nèi)將各自壓力函數(shù)Cp1和Cp2分別沿X軸向X=0進(jìn)行線性擬合(圖3),上、下游區(qū)域在X=0處的壓力函數(shù)分別為 C p1_01 = C p1_1 - λ 1 L 1 D 1 和 C p2_02 =C p2_2 +λ 2 L 2 D 2 ,其中,Cp1_1和Cp2_2分別為斷面1和斷面2上的壓力函數(shù)值,即 C p1_1 = p 1 ˉ / 1 2 ρ u 1 ˉ 2 和 C p2_2 = p 2 ˉ / 1 2 ρ u 2 ˉ 2 ;則由式(31)可有:

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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