[理学]第五章压力管路的水力计算.ppt

第五章 压力管路的水力计算 主要内容 引 言 压力管路：在一定压差下，液流充满全管的流动管路。 压力管路按照管路结构可以分为： 简单管路：等径无分支管路 复杂管路：串联、并联、分支及管网等 压力管路按照能量比例大小分为：长管和短管 长管：长输管线输送距离比较远，两端压差比较大，局部阻力和流速水头所占能量比例较小。和沿程水头损失相比，流速水头和局部水头损失可以忽略的管路称为长管。有时近似取 。 能量方程变为（无泵）： 记H0为作用水头： 则有： 。表示了能量供给与能量损耗之间的平衡。 对于有泵情况： 短管：泵站、库内管线总距离比较短，分支较多，两端压差较小，并且有大量管子连接部件。和沿程水头损失相比，流速水头和局部水头损失不可以忽略，称之为短管。 又可表示为： i长管、短管的划分并不仅仅是由于管线的长短，更重要在于从能量的角度考察比动能和局部水头损失的比例。 §5.1 管路特性曲线 定义：水头损失与流量的关系曲线称为管路的特性曲线。 其中： 把 代入上式得： 可见：水头损失与流量成平方指数关系。 管路特性曲线是管路能量平衡（能量供给=能量消耗）的直观反映。 对于给定管路，其特性曲线一定。 如：对于长管无泵和有泵两种情况，管路特性曲线如下图： 管路特性曲线对于确定泵的工况以及自由泄流工况有重要应用价值。 §5.2 长管的水力计算 一、简单长管 定义：由许多管径相同的管子组成的长输管路，且沿程损失较大、局部损失较小，计算时可忽略局部损失和流速水头。 计算公式：简单长管计算一般涉及公式： 为计算方便，将 代入hf 的计算公式 ，得到一种更常用的公式： 。 层流流态： 即：β＝ 4.15，m＝1 紊流流态——水力光滑区： 即：β＝ 0.0246，m＝0.25 说明： 紊流流态——混合摩擦区（大庆设计院推荐公式）： 其中： 即：β＝ 0.0802A，m＝0.123 紊流流态——水力粗糙区： 即：β＝ 0.0826λ，m＝0 长输水管道沿程阻力的计算公式为： 对于不同的流态，β 和 m 的取值见下表： 3、简单长管的三类计算问题 第一类问题： 已知：Q ，Δz ，d，L，μ，γ，求：hf ，Δp 分析： 第二类问题： 已知： Δp ，Δz ，d，L，μ，γ，求：Q 分析： 假设流态法： 先假设一流态，取β， m值，计算： 验证假设： 如由 Q ′及Re ′得出的流态和假设流态一致，则 Q ′为所求Q； 如由 Q ′及Re ′得出的流态和假设流态不一致，则重新假设流态，重复计算。 试算法： 设定Q1，解得hf1。判断：若hf1 hf，则减小流量，取Q2 Q1，重新计算；若hf1hf，则增大流量，取Q2 Q1，重新计算。循环往复，直至hfn≈hf，停止计算。 第三类问题： 已知： Q，Δp，Δz，L，μ，γ，求： 经济管径d 经济管径计算：其一，d↑，材料费↑，施工费↑；其二，d↓，动力费用↑，设备（泵）费↑。如何解决这一矛盾，正是一个管径优选问题。 分析： 二、长管的串联和并联 1、串联管路 定义：由不同管径的管道依次连接而成的管路。 应用实例：输水干线、集油干线 水力特性： a、各联结点（节点）处流量出入平衡，即进入节点的总流量等于流出节点的总流量: （设流量流进节点为正，流出为负）。它反映了质量守恒的连续性原理。 b、全线水头损失为各分段水头损失之和，即： 它反映了能量守恒原理。 2、并联管路 定义：两条以上的管路在同一处 分离，后又在同一处汇合。 水力特征： a、进入各并联管的总流量等于流出各并联管的总流量之和，即： b、不同并联管段A→B，单位重量液体的能量损失相同，即： 3、串、并联管路的水力计算 ① 串联管路——通常属于长管计算的第一类问题，例如： 已知：Q，求：hf 分析：根据串联管路水力特性求解全管路的沿程水头损失hf。 ② 并联管路——通常属于长管计算第二类问题，例如： 已知：hf，求：各管路Q 分析：根据并联管路水力特性解决流量Q的分配问题。 4、串、并联管