液壓系統沿程壓力損失實驗裝置設計

岳帥 樊大鵬 張宏獻 丁偉

摘 要 在“液壓與氣壓傳動”這門課程中，對于沿程壓力損失只有理論的計算方法與公式，學生在接受時不容易理解，教學效果不佳。但通過該實驗裝置直觀的實驗現象，根據實驗現象加以分析計算，最后可以計算出沿程壓力損失大小，同時實驗裝置構成簡單便于學生自己動手組裝，該實驗裝置主要用于沿程壓力損失教學演示為課程服務。沿程壓力損失：指液體在直管中流動時因液體具有的粘性而產生的壓力損失。流體的流動狀態不同，所產生地沿程壓力也有所不同，包括層流時的沿程壓力損失和紊流時的沿程壓力損失。

關鍵詞 沿程壓力損失 實驗裝置 液壓與氣壓傳動

中圖分類號：TH137 文獻標識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkz.2016.02.077

0 引言

該裝置的名稱是液壓系統沿程壓力損失實驗裝置，一套液壓壓力測試裝置，該裝置可以用來測量液壓系統沿管道的沿程壓力損失。該裝置可用于“液壓與氣壓傳動”課程中液體伯努利方程、液體流動阻力和能量損失等知識點的演示教學，通過該實驗裝置可以直觀清楚的觀察到實驗結果，讓學生更加容易接受這些理論性較強的原理，讓教師授課時闡述原理的時候更加方便，該裝置完全為教學課程服務。同時實驗裝置構成簡單，學生完全可以自己動手驗證原理，提高學生動手能力。

1 液壓系統沿程壓力損失主要原理

該裝置的原理是液體在管道內流動時，液體本身具有一定的黏性，流動時會有阻力產生。為了克服阻力，流動液體需要損耗一部分能量，這種能量損失就是實際液體液體伯努利方程中的項。將該項這算成壓力損失，可表示為 = 。在液壓系統中，壓力損失可以轉變為熱能，導致系統的溫度升高。因此，在設計液壓系統時，要盡量減少壓力損失。

液體在等直管中流動時因黏性摩擦而產生的壓力損失。而且液體的流動狀態不同，所產生地沿程壓力損失也有所不同。

1.1 層流時的沿程壓力損失

1.2 紊流時的沿程壓力損失

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

管壁的絕對粗糙度 和管道材料有關，一般計算可參考下列數值：對于鋼管， 為0.04mm，對于銅管， 為0.0015～0.01mm，對于鋁管， 為0.0015～0.06mm，對于橡膠管， 為0.03mm。

2 實驗裝置過程

通過以上的實驗原理，該實驗裝置的構成，如圖1所示：

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

在做實驗的過程中，先將各種器材按照圖中所示，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，對水泵進行調試，最后觀察兩邊橡膠細水管中水柱的高度差，就可以展示出實驗所要呈現出的結果，通過對最后實驗結果的分析和計算，就可以計算出沿程壓力損失的大小。實驗操作簡單，學生完全可以自己動手實驗，提高學生對液壓系沿程壓力損失的認識，更加容易接受新的理論知識。

3 實驗裝置分析

由上述計算中可以看出理論的兩邊高度差應為43，但是在實際實驗過程中，最后得出的兩邊高度差只有31。其中產生實驗誤差的原因有：水管不夠足夠的長、管壁過于光滑等實驗中人為的一些操作，導致最后產生實驗誤差。

4 結論

通過制作一套實驗裝置，可以更加清楚直觀的了解什么叫液壓系統沿程壓力損失。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，然后再去相關器材的店鋪購買，而一些無法購買到的器材就自己動手加工，當所有器材都購買齊全以后，進行組裝調試，以及不斷地改進，最終得以完成這套實驗裝置。最后得出的實驗結果往往與我們所計算出來的理論數據會有一定的出入，我們要認真分析實驗原理，一定要找出造成實驗誤差的原因。只有理論沒有實際操作也是完成不好一套實驗裝置的，實際與理論還是有相當大的差距的。我們只有將理論知識與實踐相結合，自己親手動手操作，才能更加理解理論知識的真正含義，并將其運用到我們的實際生活中。該裝置的主要實際意義就是在于為教學服務，服務于課程，有了該裝置在教師在授課中更加簡單清楚的讓學生明白上課內容，利于學生接受上課內容。實驗裝置簡單，也極大的方便了學生自己親手組裝，學生可以DIY，提高興趣，增加課堂趣味性。

2014年自治區級大學生創新創業計劃立項項目，項目編號：201413639002

參考文獻

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