Lee公司节流阀的流阻计算公式

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）。3785,500Lohms允许的流量为1mL/min。通过使用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，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/II=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ν=5.0cs2．根据ν和压差值从图49上查出黏度修正系数V=0.873．从表35中选择单位常数K4．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ν=5.0cs2.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=0.754.从表35中选择单位常数K5.计算ΔP值。6.如果需要,进行实际试验找出正确的答案。H=2psidV=0.55表35单位常数K流量压力单位单位psibarkPaN/m2Kg/cm2Ft.H20mm/HgGpm2076.27.620.2475.413.22.78L/min75.728828.80.912855010.5mL/min75700288000288009112850005000010500In3/min462017600176055.61740030406423ft/min2.6710.21.020.032101.760.372压差（kPa）压差（psid）粘度系数修正系数V图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=3Lohms0.25”孔径=12Lohms0.025”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=2000LhomsL2=3000LohmsL3=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，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/P121.2），才能将气体应用和液体应用直接关联起来。当压力比较大时，气体流量会比安液体标定的结果最多高30%。这是因为气体的可压缩性导致气体通过节流孔时压降分布不均匀。注意：在没有考虑应用情况和修正精度的情况下，不要把按液体标定的节流孔用于气体，反之亦然。流阻定律（气体）正如欧姆用于电气工业一样，我们可以使用流体欧姆或“流阻（Lohm）”来量化液压或气动元件的节流效果。当将流阻系统用于气动元件时，计算流阻值时要对流体在亚音速区域的效应以及气体的可压缩性进行修正。任何元件对流体的阻力都可以用流阻值来表示。对气体，流阻定义为，在59℉、上游压力为90psia、排放到大气中，流体为氮气的情况下，100Lohm的流阻允许的流量为250标准升/分钟。标准条件压力……………….14.70psia(29.92英寸汞柱)温度…..………………………………….59℉空气流量(每分钟标准立方英尺)入口空气压力(psig)图51常温气体在不同流阻下的流量流阻定律----气体气体流阻定律将气体的流阻定义扩展到任何压力、任何温度和任何气体。流阻定律的方程之所以能适应于所有气体，是因为这些方程对不同气体、不同的流动区域和低压气体的不可压缩性进行了修正。气体流阻定律如下：（超音速区域，即P/P12≥1.9）(亚音速区域，即P/P121.9）式中：K=气体单位常数(见表36)fT=温度修正系数(见图52)P1=上游绝对压力（psia）P2=下游绝对压力（psia）Q=气体流量（标准升/分钟）ΔP=P1-P（psid）2我们所要做的事如下：计算P/P12压力比；根据压力比选择合适的方程；查表得气体单位常数K；查图得温度修正系数fT；利用方程解未知数。温度（℃）温度（℉）图52温度系数曲线气体流阻定律例子问题:入口压力为5psig,出口接到大气,温度为90℉,气体为氮气，流量为1.00标准升/分钟的情况下,节流口的流阻是多大?解:K=276(见表36)T=90,f1T=0.98(见图52)P1=5.0+14.7=19.7psia,P2=14.7psiaP1/P2=19.7/14.7=1.34(亚音速)ΔP=5.0psidQ=1.00标准升/分钟时间常数“K”----体积流量为了省去将压力和流量单位转化成“psia”和“标准升/分钟”的麻烦，下表列出了气体以下流阻定律公式中的单位常数K。（超音速）表36体积流量单位psiaBarKpamm.Hg绝对压力气体SLPMSCFMin3/minSLPMSCFMSLPMmL/min103036.3627001490052614919900氢气77127.2471001120039511214900氦气34312.120900498017649.86640氖气31911.319400462016346.26160乙醇乙醚2769.7316800400014140.05330氮气2749.6916700398014139.85300一氧化碳2719.5616500393013939.35230空气2518.8615300364012936.44850乙烷2579.0815700373013237.34970氧气2458.6514900355012535.54730氩气2137.5213000309010930.94110二氧化碳2147.5613100310011031.04140二氧化氮1766.2110700255090.125.53400二氧化硫1234.347510178063.017.82380氟12时间常数“K”----质量流量下表列出了气体以下流阻定律公式中的单位常数K。（超音速）表37质量流量单位psiaBarKpamm.Hg绝对压力气体PPHLbm/skg/minPPHkg/minkg/minmg/min11.60.003220.08761681.270.01271.27氢气17.30.004790.1312501.890.01892.52氦气38.70.01080.2935614.250.04255.66氖气34.80.009660.2635053.820.03825.09乙醇乙醚43.20.01200.3266264.730.04736.31氮气43.00.01190.3256234.710.04716.28一氧化碳43.80.01220.3316364.810.04816.41空气42.20.01170.3196114.620.04626.16乙烷46.00.01280.3486675.040.05046.72氧气54.60.01520.4137925.990.05997.99氩气52.40.01450.3967595.740.05747.65二氧化碳52.70.01460.3987645.770.05777.70二氧化氮63.00.01750.4769146.910.06919.21二氧化硫83.20.02310.62912109.120.091212.2氟12例子：问题：入口压力为1500kPa,出口接到大气,温度为70℉,气体为氦气，流量为8.20标准升/分钟的情况下,节流口的流阻是多大?解:K=112(见表36)T=70,f1T=1.00(见图52)P1=1500kPa,P2=101kPaP1/P2=14.9(超音速)Q=8.20标准升/分钟例子：问题：入口压力为1200psia,出口压力为850psia,温度为70℉,气体为氧气，流量为0.0015lbm/s的情况下,节流口的流阻是多大?解:K=0.0128(见表37)T=70,f1T=1.00(见图49)P1=1200psia,P2=850psiaP1/P2=1.41(亚音速)ΔP=350psidW=0.0015lbm/s绝对压力测量气体流量是上游绝对压力和上下游压力比的函数。在Lee公司进行流阻试验时，上游压力足够大以使下游压力对流速没什么影响。为精确确定上游绝对压力，有必要使用合适的压力计来测量大气压力。气压计的测量结果通常用英寸汞柱的单位来表示，而表压读数是用psig的单位来表示的。因此，要将气压计读数转换成psia，再加上表压的读数，得到用psia来表示的压力值。压力（psia）=压力（psig）+0.4912×压力（英寸汞柱，温度32℉）例子问题：入口压力为10psig,出口为大气（压力为29.5英寸汞柱）,温度为70℉,气体为氮气，流量为2.00标准升/分钟的情况下,节流口的流阻是多大?解:K=276(见表36)T=70,f1T=1.00(见图52)P2=0.4912×29.5=14.5psiaP1=10.0+14.5=24.5psia,P1/P2=24.5/14.5=1.69(亚音速)ΔP=24.5-14.5=10.0psidQ=2.00标准升/分钟气体特性当选用气体系统所用的部件时，必须考虑某些由于气体介质的可压缩性引起的因素。气体的可压缩性用一下两个定律来定义：波义耳定律在温度恒定的情况下，气体的压力和比容互为反比查尔斯定律在体积恒定的情况下，气体的压力和温度成正比。在压力恒定的情况下，气体的体积和温度成正比。因此，气体将膨胀以充满任何容器，压力和温度随之调整到与以上定律相一致的值。当气体流过阀门和节流孔时，由于阀门和节流孔前后有压差，因此气体的体积会增大，而温度变化则由焦耳-汤姆森（Joule-Thomson）效应来确定。以上定律的组合形成了理想气体的“状态方程”的基础。即：pV=mRT（气体常数R见表38）在已知其他两个变量的情况下，通过状态方程可计算出另一个未知数。通常，以下说法适用于气体流量。1．在高压力比（P/P121.9）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