1、工程技术 流阻定律 一个定义流体阻力的简化系统 经多年研究， Lee 公司提出了用流阻（Lohm ）系统来定义和度量流体流动阻力的方法。正如在电路中用“欧姆”来定义阻力一样，我们用流阻或（流体欧姆）来作为流体阻力的度量。 流阻定义为，在 80（27）、压差 25psi、流体为水的情况下，1Lohm 的流阻允许的流量为 100 加仑/ 分钟。由于阻力与流量成反比，根据定义： Lohms=100/流量（加仑/ 分钟，水，25psi 压差） 1,000Lohms 允许的流量为 0.1 加仑/ 分钟（378.5mL/min ）。 3785,500 Lohms 允许的流量为 1 mL/min。 通过使用
2、 Lohms，我们在定义系统的性能时就不用考虑流体的流量系数(Cd)、通道几何形状、物理尺寸或容差。任何流动结构的阻力都可以用流阻来表示，并通过实际的流量试验来确认。 通过流阻定律，系统设计人员可以为具有合适压力和流量的流体确定流阻要求。 图 50“流阻与单孔节流器孔径间的关系” 有助于将流阻与孔径和流量系数联系起来。 液流流阻定律 在液流流阻定律中，必须把几个变量关联起来。 I=流量 H=压差 V=黏度修正系数。该系数补偿了黏度和设备几何形状的相互作用，并且对每类设备都是唯一的。典型的节流孔和“V ”的关系见图 49“单个节流孔的粘度系数修正系数 V”。 S=比重 K=考虑度量单位后的常数，
3、见表格“单位常数 K” 液流流阻定律如下： 当在 25psi 的压差，温度为 80的情况下用水进行试验，并且流量单位为加仑/ 分钟时，有如下关系： Lohms=100/I I=100/Lohms 注： 1 对温度为 80的水，V 和 S 都等于 1。 2 式中： d=节流孔直径（英寸） Cd=流量系数 Cv=流速系数 液流流阻定律-实例 例 1 问题：一个节流器需要在 45和 6psi 的压差下每分钟流过 0.1 加仑的流量，流体为 50/50乙烯/ 甘油/ 水的混合体（比重为 1.07）， 需要多大的流阻（Lohms ）才能满足要求？ 解： 1 从图 61 查出运动黏度=5.0cs 2 根据
4、和压差值从图 49 上查出黏度修正系数 V=0.87 3 从表 35 中选择单位常数 K 4 计算所需的流阻值。 例 2问题：在 45的温度下， 50/50 乙烯/ 甘油/ 水的混合体（比重为 1.07）以每分钟 57mL的流速流过流阻值为 1000Lohm 的节流器时，产生的压降是多少？ 解： 1. 从图 61 上查出运动黏度=5.0cs 2. 根据经验确定初始值 H=4psid。 3. 根据假定的 H 值从图 49 上的曲线上查出黏度修正系数 V=0.75 4. 从表 35 中选择单位常数 K 5. 计算P 值。 6.如果需要, 进行实际试验找出正确的答案。 H=2psid V=0.55
5、表 35 单位常数 K 流量 压 力 单 位 单位 psi bar kPa N/m2Kg/cm2Ft.H20 mm/Hg Gpm 20 76.2 7.62 0.24 75.4 13.2 2.78 L/min 75.7 288 28.8 0.91 285 50 10.5 mL/min 75700 288000 28800 911 285000 50000 10500 In3/min 4620 17600 1760 55.6 17400 3040 642 3ft /min 2.67 10.2 1.02 0.032 10 1.76 0.372 压差（kPa）压差（psid）粘度系数修正系数 V 图
6、49 单个节流孔的粘度系数修正系数 V 流阻与单孔节流器孔径间的关系 流量系数 Cv 图 50 流阻与单孔节流器孔径间的关系 孔径（英寸） 0.5” 孔径=3Lohms 0.25” 孔径=12Lohms 0.025” 孔径=1200Lohms 液流流阻- 多个节流孔组合的两个方程 对并联的情况，总流阻值如下： 请注意，以上关系与电路方程完全一致。 例子 L1=2000Lhoms L2=3000Lohms L3=5000Lohms 对串联的情况， 请注意，以上关系与电路方程不完全一致。差别是由于以下非线性引起的： 例子 当L1=L2=L3时， N=串联的节流孔的数量 通径： D=实际节流孔的直径
7、，相应的流阻=L1DT=单个等效节流孔的直径，流阻为LT气体和液体标定 无论是用于气体还是液体，大部分 EFS 产品都是按气体来标定的。如果要将按气体标定的元件用于液体或将按液体标定的元件用于气体，那么以下因素需要加以考虑： 最多要留有15% 的余量，因为不同流体对节流孔的几何形状的响应是不同的。 对单个节流孔的情况，直接应用15% 的修正就行了。 对多个节流孔的情况，只有当气动压力比很小时（P /P1 21.9）的情况下，气体流量直接与上游绝对压力成正比。 2 在中等压力比（1.1P /P1 21.9）的情况下，气体流量与下游绝对压力成正比，也与压差成正比。 3 在低压力比（P /P1 21
8、.1）的情况下，气体流量与压差成正比。这点与液压系统类似。 4 当节流孔以串联的形式出现时，最下游的节流孔对流速起主导作用。 5 当一个节流孔前后的绝对压力比大于 1.9 时，在节流孔的“咽喉”部位气体的速度会达到音速（超音速流）。当节流孔串联在一起时，总压力比应该更高。 6 当相同的节流孔串联在一起时，只会在最下游的节流孔处出现超音速流。 “禁止信号”法则（冯卡门） “当一个物体以大于音速的速度运动时，其所产生的压力变化效应不会到达该物体前端的点。” 本法则适用于气动流体节流孔。节流孔虽然不运动，但相对于节流孔，流体的速度可能达到或超过音速。只要下游压力足够低（低到在节流孔的“咽喉”部位的马
9、赫数为 1），那么下游压力变化的任何效应都不会影响节流孔“咽喉”的上游部分。因此， 流速与下游压力无关。该结论适用于单孔节流、流通空气且总压力比超过 1.89/1 的情况。 气动功率消耗 气动功率（瓦） 入口压力（psig ） 图 53 气动功率消耗 对更精确的计算，或要扩展气动功率消耗的范围，对空气，可使用以下公式： 式中： P =入口压力（psia ） 1P =出口压力（psia ） 2L=流阻 注意，由于压缩效率低，当空气流过一个节流孔时，压缩比膨胀需要更多的能量。 表 38 气体属性 密度 气体 k R ft lb/lb0R lbm/ft3fbm/std L cdP* Btu/ lb0
10、R cdV* Btu/ lb0R 氢气 1.40 766.6 0.00532 0.000188 3.420 2.435 氦气 1.66 386.1 0.01056 0.000373 1.250 0.754 氖气 1.66 76.6 0.0533 0.00188 0.248 0.150 乙醇乙醚 1.22 79.2 0.0516 0.00182 0.560 0.458 氮气 1.40 55.2 0.0739 0.00261 0.247 0.176 一氧化碳 1.41 55.2 0.00739 0.00261 0.243 0.172 空气 1.40 53.3 0.0764 0.00270 0.24
11、1 0.173 乙烷 1.21 51.4 0.0793 0.00280 0.386 0.320 氧气 1.40 48.3 0.0845 0.00298 0.217 0.155 氩气 1.67 38.7 0.1053 0.00372 0.124 0.074 二氧化碳 1.28 35.1 0.1162 0.00410 0.205 0.160 二氧化氮 1.26 35.1 0.1162 0.00410 0.221 0.176 二氧化硫 1.25 24.1 0.1691 0.00597 0.154 0.123 氟 12 1.13 12.8 0.319 0.01127 0.145 0.129 *温度为
12、68，压力为 14.7psia 时的值。 Cp=恒定压力下的比热 Cv=恒定体积下的比热 k=比热的比率，Cp/ CvR=气体常数，R/ 分子量。 管路中的流体阻力 前面章节描述的流阻定律，把单个元件的流量、压降和流阻精确地联系起来。然而，对管路而言，这些变量之间的关系最好以图形的形式来体现。以下图形示出了 Lee 公司四种不同标准尺寸的管路的压降和流量的关系。如果你的系统管路更长，那么压降应相应按比例地提高。 例子：流量为 100mL/min 时，水流过内径为 0.032 英寸、长度为 30cm 的 Lee 标准管路时，产生的压降是多少？ 查“管路流量曲线- 水流”可知，当流量为 100 m
13、L/min 时，压降为 4psia。根据长度调整以后的压降为：(30cm/10cm) 4psid=12psid 。 由于管子内径多少都会有一些误差，这些针对管路的流量计算不是很精确，但对设计会有帮助。 压差（psi ） 图 54 管路流量曲线- 水流( 管路长度 10cm) 标准升/分钟 压差（psi ） 图 55 管路流量曲线- 气流（管路长度 10cm) 流阻的快速计算方法 流阻可通过 Lee 公司的计算尺或从网站上下载相关的软件来进行快速计算。 登陆 www.TheLeeCo.Com 点击“Engineering ” ，如果流体为液体，点击“ Lohm Calculator for Liquid”。如果流体为气体，点击“Lohm Calculator for Gas ”。按提示点击LINK下载相关软件即可。安装完后运行“LeeCalc.exe”。 管路容积L 管路长度 cm
