流體力學--壓力管路的水力計算

1、第五章壓力管路的水力計算主要內容長管水力計算 短管水力計算 用并聯(lián)管路和分支管路 孔口和管嘴出流基本概念:管路中的壓強可以大于大氣壓,1、壓力管路：在一定壓差下，液流充滿全管的流動管路。也可以小于大氣壓壓力.普路注：輸送氣體的管路都是壓力管路。2、分類: 按管路的結構特點，分為簡單管路：等徑無分支復雜管路：串聯(lián)、并聯(lián)、分支* 按能量比例大小，分為長管：和沿程水頭損失相比，流速水頭和局部水頭損失可以忽略的流動管路。短管：流速水頭和局部水頭損失不能忽略的流動管路。第一節(jié)管路的特性曲線、定義：水頭損失與流量的關系曲線稱為管路的特性曲線。二、特性曲線22222, V l V l 當 l Vl當 l V

2、 L Vhw hj hf2g d 2g d d 2g d 2g d 2g1其中，L l當l、, Q 4Q,V 國把 A d 代入上式得:LV2d 2g2L 1 4Q 8 L 2Z22 5Qd2g d2g 2d5Q22第二節(jié)長管的水力計算、簡單長管1、定義：由許多管徑相同的管子組成的長輸管路，且沿程損失較大、局部損失較小，計算 時可忽略局部損失和流速水頭。2、計算公式：簡單長管一般計算涉及公式3MA V2A2z1-p1 = z2 -p2 hfhfLVlD2說明：有時為了計算方便，hf的計算采用如下形式:hfq2 m mLd5 m456其中，3、 m值如下流態(tài)3m層 流1a水力光滑b混合摩擦c水力

3、粗糙入0d的推導:6公式因為hfL V2D 2gV Q4QA d2所以hf 82L5Q2g d64a.Re代入7式得:_ 2 1 1Q L Q2 Lhf 4.154.155T -d4d51即:b.水力光滑區(qū),0.3164025Re 代入7式得:即:c.Q hf 0.0246-由大慶設計院推得經(jīng)驗公式,hf1.75 0.254.75d在混合區(qū):Q 0.0802A-L 0.02461 0.25 0.25Q L,5 0.25d1.877 0.1231, 4.877d即：A 10其中，0.127lg0.627r。d.粗糙區(qū)hfLV2d 2gQ2 0.0826Q2L丁即：3入，m= 03、簡單長管的三類

4、計算問題1第一類：已知：輸送流體的性質（！，丫管道尺寸d, L, 地形 z求：hf , p, iVd Re解：Q-V一確定流態(tài),m ,入一 hf 一伯努利方程求Ap2第二類:已知:g 丫，d, L, A , Az,P求:解:Q未知一流態(tài)也未知一入無法確定一試算法或繪圖法A.試算法a、先假設一流態(tài)，取算出b、Q'c、hfhfd5 m2 m mLVdRe 如由Q -Re'和假設一致，Q 即為所求Q如由Q 一定出的流態(tài)和假設不一致，重復a。找Q即可。Q算出hf值，然后繪制圖形。使用時由hf查3第三類:已知： Q , Ap,Az,A,L,丫求：經(jīng)濟管徑d解：考慮兩方面的問題d T ,材

5、料費T ,施工費、運輸費TV J ,損失J ,管理費用Jdk 一次性費用JVT ,損失T ,設備泵費T如何解決這一矛盾，正是一個管徑優(yōu)選問題。鉆、采專業(yè)大綱要求一般了解。二、串、并聯(lián)管路1、串聯(lián)管路定義：由不同管徑的管道依次連接而成的管路。水力特征:a、各聯(lián)結點節(jié)點處流量出入平衡，即進入節(jié)點的總流量等于流出節(jié)點的總流量。Q 0其中，進為正，出為負，它反映了連續(xù)性原理。b、全線水頭損失為各分段水頭損失之和，即：hfhfi hfi hf2hfn它反映了能量守恒原理。2、并聯(lián)管路吧二iTT定義：兩條以上的管路在同一處別離，以后又匯合于另一處，這樣的組合管道，叫并聯(lián) 管路。水力特征：a、進入各并聯(lián)管的

6、總流量等于流出各并聯(lián)管的總流量之和，即QQib、不同并聯(lián)管段 Z B,單位重量液體的能量損失相同，即：hfhfihf1hf 2C3、分支管路定義：自一點分開不再匯合的管路水力特征：a、節(jié)點處流出與流入的流量平衡b、沿一條干線上總水頭損失為各段水頭損失為各段水頭損失總和z衛(wèi)cc、節(jié)點處：4、串、并聯(lián)管路的水力計算串聯(lián)管路一一屬于長管計算第一類問題已知：Q求：d解：確定合理流速 V合理=? 一 合理d并聯(lián)管路一一屬于長管計算第二類問題5、串、并聯(lián)管路在長輸管線上的應用增加輸送流量延伸輸送距離克服翻越點例1:某水罐1液面高度位于地平面以上zi = 60m,通過分支管把水引向高于地平面z2=30m和z

7、3=15m的水罐2和水罐3,假設li=l 2=l 3=2500m, di=d2=d 3=,各管的沿程阻力系數(shù)均為入=。試求引入每一水罐的流量。解：取1-1、2-2兩液面列伯努利方程：ZiZ2 hf1 hf222h L1M hL2 V2hf1 11 -hf 22d1 2gd2 2g22所以，V1V24.411取1-1、3-3兩液面列伯努利方程：22_ 4所以 V1V32.94Q1 Q2 Q3又 d1 d2 d3V1V11.67m/sV2 1.28m/s得V3 0.39m/s許多室內管線，集油站及E短管計算問題，多涉及到42V2 V33Q2 0.251m3/sQ3 0.0765m3/s第三節(jié)短管水

8、力計算F水站內管線管件較多，屬于短管。能量方程的利用：R U=z R V2 h2g-z22g hw2Z1Z3 hf1 hf3、綜合阻力系數(shù)B2.孔板:3、大小頭:4怎6、萼頭7”小同Ch已知:大直徑管段：直徑di,li小直徑管段：直徑d2,12孔板直徑：d孔則全管路總水頭損失為:hwhfhjl2 V22V孑2V22i _2_di 2gd2 2g1 2g孔-34562g7 2g為了計算方便,般以出口速度作為標準， 把其它速度化成出口速度表示的形式,由連續(xù)性方程:hwi di4d2 dit；c綜合阻力系數(shù)二、短管實用計算通式A2V2Aid2孔 Td孔d2di由圖A- B, 1 12 2斷面列能量方

9、程:Pi ViP2Zi - 二-二Z2 2gZiZ2Ho 4Z2V2 ,孔=V222g1 2d2d2d孔V2V227 2gV22c2gV22c2g/U=i工2g2gR P2 Vi22g稱之為作用水頭。Q222Q22gA2所以V22H 01 c T- 12g-1Q A 2gHo,1 c為流量系數(shù)，則：例題:書本Q A 2gHoP162書本例5-5 有錯P1633 泵的揚程應為:z hwV22g(3.9 0.4 2.0) 3.961.722 9.85.607mN= T QH= 9800 XX N= 丫馬力第四節(jié)孔口和管嘴泄流基本概念：? 自流管路：完全靠自然位差獲得能量來源輸送或排泄液體的管路。?

10、 孔口：儲液罐壁或底部打開的小孔。?管嘴：在孔口處接出短管。?定水頭出流穩(wěn)定流：液流流經(jīng)孔口與管嘴時，液面位置保持不變的流動。?自由出流：出流于大氣之中。?淹沒出流：流向液體之中。一、定水頭孔口泄流1、定水頭薄壁圓形小孔口自由出流 。? 薄壁孔口：孔口有尖銳的邊緣，液體與孔口周圍只有線接觸。小孔口:1 H10孔口有效斷面上所有的點都可用其中線上的點來代替。(1) 射流結構分析: 收縮斷面C- C的形成：流線特性，流線不能突然轉折，液流射出時，將向內部收縮形成收d縮斷面c-c約在距出口萬處收縮斷面:Ac A（dc）2d收縮系數(shù):(2) 定水頭薄壁圓形小孔口自由出流流量計算公式取0 0cc列方程，

11、壓強標準為絕對壓強，則有:222P0 , V。Pc VcVcH 十 孔2g 2g 2g P° Pc V02 d Vc2H 1 孔2g2gH H P0 Pc V02 02gVc ： 2gH 0、. 2gH 0W 孔流速系數(shù)：則Q = AVc Ac4麗7 A V2gH；A/兩；即|Q= AJ2gHj孔口泄流流量計算公式流量系數(shù)：3說明：理論流速：J2gH0QAV理Q理QQ理一一實際流量與理想流量之比。實際流速與理想流速之比。1孔 0.06, f 0.97,0.62 0.64實驗證明：41 0.06=,取對于理想流體：孔 0,1,1H0HP0V022g作用水頭:如圖：H0=21m2、淹沒出

12、流兩液面:Vc2Vc2Hi H 2 孔丁 擴大文2g2gVc廠-,2gH0Q= A 2gH、管嘴泄流1、標準圓柱管嘴：自孔口接出短管直徑與孔口直徑相同,且 l = 3 4d2、管嘴與孔口區(qū)別:流態(tài)不一樣，先收縮，再擴大，然后封住出口，均勻泄出?？卓谥挥芯植孔枇Γ茏旒由蠑U大阻力和沿程阻力。3、流量計算公式據(jù)公式：Q= Aj2gHA 湎取 0.02, l 3d,0.64由于e = 1,要知科,須求()。22l113d0.06 10.02 0.53dd實驗修正:0.82孔口和管嘴的流量公式:Q= A,2gH0管嘴0.82 孔口 0.6三、管嘴流量系數(shù)為什么大于孔口流量系數(shù)？孔口計算斷面為收縮斷面

13、C- C,其壓強為Pa,而管嘴收縮處卻不一樣，管嘴出口在收縮斷面之后，由于在 C' - C'處液流帶走一部分氣體形成負壓，這就相當于在1 - C之間增大了一個壓頭差，當然，流量系數(shù)也就增大了。取1 C列方程：壓力標準取絕對壓力：口 Pa , V12 Pc Vc2Vc2Vi0H 十 孔2g 2g 2gp-pc 1 孔 V2 H 2g因為Q a 2gHAc2gH所以PaPcH VI 孔 -22H H 1 0.06 0.82 H H 0.75H0.64即相當于使壓頭增大了倍但也不是真空度越大越好， 假設真空過大，會形成氣阻，當氣體全被液流帶走時， 外部 空氣將進入破壞真空，使液流充不滿管子，反而減少流量。四、其它形式管嘴見書本P166 ,表5 4例1:水從封閉水箱上部直徑di=30mm的孔口流至下部，然后經(jīng) d2=20mm的圓柱行管嘴排向