液壓系統(tǒng)沿程壓力損失實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)

岳帥 樊大鵬 張宏獻(xiàn) 丁偉

摘 要 在“液壓與氣壓傳動(dòng)”這門課程中，對(duì)于沿程壓力損失只有理論的計(jì)算方法與公式，學(xué)生在接受時(shí)不容易理解，教學(xué)效果不佳。但通過該實(shí)驗(yàn)裝置直觀的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象加以分析計(jì)算，最后可以計(jì)算出沿程壓力損失大小，同時(shí)實(shí)驗(yàn)裝置構(gòu)成簡(jiǎn)單便于學(xué)生自己動(dòng)手組裝，該實(shí)驗(yàn)裝置主要用于沿程壓力損失教學(xué)演示為課程服務(wù)。沿程壓力損失：指液體在直管中流動(dòng)時(shí)因液體具有的粘性而產(chǎn)生的壓力損失。流體的流動(dòng)狀態(tài)不同，所產(chǎn)生地沿程壓力也有所不同，包括層流時(shí)的沿程壓力損失和紊流時(shí)的沿程壓力損失。

關(guān)鍵詞 沿程壓力損失 實(shí)驗(yàn)裝置 液壓與氣壓傳動(dòng)

中圖分類號(hào)：TH137 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkz.2016.02.077

0 引言

該裝置的名稱是液壓系統(tǒng)沿程壓力損失實(shí)驗(yàn)裝置，一套液壓壓力測(cè)試裝置，該裝置可以用來測(cè)量液壓系統(tǒng)沿管道的沿程壓力損失。該裝置可用于“液壓與氣壓傳動(dòng)”課程中液體伯努利方程、液體流動(dòng)阻力和能量損失等知識(shí)點(diǎn)的演示教學(xué)，通過該實(shí)驗(yàn)裝置可以直觀清楚的觀察到實(shí)驗(yàn)結(jié)果，讓學(xué)生更加容易接受這些理論性較強(qiáng)的原理，讓教師授課時(shí)闡述原理的時(shí)候更加方便，該裝置完全為教學(xué)課程服務(wù)。同時(shí)實(shí)驗(yàn)裝置構(gòu)成簡(jiǎn)單，學(xué)生完全可以自己動(dòng)手驗(yàn)證原理，提高學(xué)生動(dòng)手能力。

1 液壓系統(tǒng)沿程壓力損失主要原理

該裝置的原理是液體在管道內(nèi)流動(dòng)時(shí)，液體本身具有一定的黏性，流動(dòng)時(shí)會(huì)有阻力產(chǎn)生。為了克服阻力，流動(dòng)液體需要損耗一部分能量，這種能量損失就是實(shí)際液體液體伯努利方程中的項(xiàng)。將該項(xiàng)這算成壓力損失，可表示為 = 。在液壓系統(tǒng)中，壓力損失可以轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，?dǎo)致系統(tǒng)的溫度升高。因此，在設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)時(shí)，要盡量減少壓力損失。

液體在等直管中流動(dòng)時(shí)因黏性摩擦而產(chǎn)生的壓力損失。而且液體的流動(dòng)狀態(tài)不同，所產(chǎn)生地沿程壓力損失也有所不同。

1.1 層流時(shí)的沿程壓力損失

1.2 紊流時(shí)的沿程壓力損失

紊流時(shí)的沿程壓力損失，其計(jì)算公式在形式上與層流相同，如上式，但是式中的阻力系數(shù)除與雷諾數(shù)有關(guān)外，還與管壁的表面粗糙度有關(guān)，即 = （， /），其中 ——管壁的粗糙度； /——管壁的相對(duì)粗糙度。

管壁的絕對(duì)粗糙度 和管道材料有關(guān)，一般計(jì)算可參考下列數(shù)值：對(duì)于鋼管， 為0.04mm，對(duì)于銅管， 為0.0015～0.01mm，對(duì)于鋁管， 為0.0015～0.06mm，對(duì)于橡膠管， 為0.03mm。

2 實(shí)驗(yàn)裝置過程

通過以上的實(shí)驗(yàn)原理，該實(shí)驗(yàn)裝置的構(gòu)成，如圖1所示：

由圖1可以看出，水箱里的水通過水泵，經(jīng)F點(diǎn)到E點(diǎn)，通過水管，到達(dá)A點(diǎn)，流到帶刻度的水桶中，在這一過程中，水流經(jīng)水管D和C兩點(diǎn)間有壓力損失，水分別上升到兩個(gè)位置，由兩邊的高度差，經(jīng)過計(jì)算可以得出兩邊的壓力損失。然后，在A點(diǎn)的出水口通過帶刻度的水桶，同時(shí)用秒表計(jì)時(shí)，通過計(jì)算可以得出其流量。

在做實(shí)驗(yàn)的過程中，先將各種器材按照?qǐng)D中所示，依次連接好，將水箱里面注三分之二的水，接通水泵電源，打開水泵開關(guān)，對(duì)水泵進(jìn)行調(diào)試，最后觀察兩邊橡膠細(xì)水管中水柱的高度差，就可以展示出實(shí)驗(yàn)所要呈現(xiàn)出的結(jié)果，通過對(duì)最后實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析和計(jì)算，就可以計(jì)算出沿程壓力損失的大小。實(shí)驗(yàn)操作簡(jiǎn)單，學(xué)生完全可以自己動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，提高學(xué)生對(duì)液壓系沿程壓力損失的認(rèn)識(shí)，更加容易接受新的理論知識(shí)。

3 實(shí)驗(yàn)裝置分析

由上述計(jì)算中可以看出理論的兩邊高度差應(yīng)為43，但是在實(shí)際實(shí)驗(yàn)過程中，最后得出的兩邊高度差只有31。其中產(chǎn)生實(shí)驗(yàn)誤差的原因有：水管不夠足夠的長(zhǎng)、管壁過于光滑等實(shí)驗(yàn)中人為的一些操作，導(dǎo)致最后產(chǎn)生實(shí)驗(yàn)誤差。

4 結(jié)論

通過制作一套實(shí)驗(yàn)裝置，可以更加清楚直觀的了解什么叫液壓系統(tǒng)沿程壓力損失。在做這套裝置的過程中，首先就是查找各種資料，查找所需要的東西，然后再去相關(guān)器材的店鋪購(gòu)買，而一些無法購(gòu)買到的器材就自己動(dòng)手加工，當(dāng)所有器材都購(gòu)買齊全以后，進(jìn)行組裝調(diào)試，以及不斷地改進(jìn)，最終得以完成這套實(shí)驗(yàn)裝置。最后得出的實(shí)驗(yàn)結(jié)果往往與我們所計(jì)算出來的理論數(shù)據(jù)會(huì)有一定的出入，我們要認(rèn)真分析實(shí)驗(yàn)原理，一定要找出造成實(shí)驗(yàn)誤差的原因。只有理論沒有實(shí)際操作也是完成不好一套實(shí)驗(yàn)裝置的，實(shí)際與理論還是有相當(dāng)大的差距的。我們只有將理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合，自己親手動(dòng)手操作，才能更加理解理論知識(shí)的真正含義，并將其運(yùn)用到我們的實(shí)際生活中。該裝置的主要實(shí)際意義就是在于為教學(xué)服務(wù)，服務(wù)于課程，有了該裝置在教師在授課中更加簡(jiǎn)單清楚的讓學(xué)生明白上課內(nèi)容，利于學(xué)生接受上課內(nèi)容。實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)單，也極大的方便了學(xué)生自己親手組裝，學(xué)生可以DIY，提高興趣，增加課堂趣味性。

2014年自治區(qū)級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)計(jì)劃立項(xiàng)項(xiàng)目，項(xiàng)目編號(hào)：201413639002

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