3.7. Течение жидкости в узких щелях

Щелевые зазоры являются элементами гидравлических устройств, в которых скорость жидкости не достигает значений, вызывающих её турбулентность. В щелевых зазорах течение жидкости является ламинарным. Как правило, плотность соединения подвижных пар гидроагрегатов обеспечивается выполнением малого (микронного) зазора. Плотность щелевых уплотнений основано на физических свойствах реальных жидкостей оказывать сопротивление деформациям сдвига.

Различают плоские и кольцевые зазоры.

Рис. 3.17. Схема течения жидкости через плоский зазор

Рассмотрим случай плоского зазора, когда течение жидкости через него возникает под действием перепада давления ∆р (рис. 3.17). Расход жидкости в зазоре между пластинами будет равен:

, (3.17)

где ∆р – перепад давлениий, под действием которого происходит течение жидкости в зазоре, ;

δ, В и L – высота, ширина и длина зазора;

μ – коэффициент динамической вязкости.

Скорость течения жидкости в зазоре .

Если одна из стенок, образующих зазор, перемещается параллельно другой с некоторой скоростью V_ст, течение жидкости рассматривают как сумму двух течений:

- так называемого фрикционного течения, образованного перемещением верхней стенки;

- напорного течения, образованного перепадом давлений ∆р.

а)

б)

Рис. 3.18. Распределение скоростей в плоском зазоре

с движущейся стенкой и перепадом давления

Распределение скоростей при движении одной из стенок будет зависеть от направления движения стенки (рис. 3.18). В этом случае расход будет учитывать скорость перемещения и направление движения стенки:

. (3.18)

Первое слагаемое уравнения (3.18) определяет напорное течение под действием перепада давления ∆р, второе – фрикционное течение, учитываемое со знаком «+» при совпадении направлений движения жидкости и стенки, со знаком «–» при разнонаправленном движении.

Рис. 3.19. Схема соосного (а) и эксцентричного (б)

расположения цилиндрических поверхностей

Кольцевые зазоры образованы двумя соосно расположенными цилиндрическими поверхностями, например, цилиндр – поршень, золотник – внутренняя поверхность корпуса гидрораспределителя. Расход через кольцевой зазор определяют по формуле (3.18), где B = πD:

. (3.19)

Для определения расхода жидкости в кольцевом зазоре, образованном эксцентричными цилиндрическими поверхностями, пользуются зависимостью:

, (3.20)

где Q – расход в зазоре при соосном расположении цилиндрических поверхностей;

d – диаметр внутренней цилиндрической поверхности;

ε – относительный эксцентриситет, ;

χ – величина эксцентриситета;

δ – номинальный зазор.

Ламинарное движение вязкой жидкости в малом зазоре толщиной δ является основой гидродинамической теории смазки между трущимися поверхностями, в частности, создание смазочного слоя в подшипниках скольжения.