第16講流體的管內(nèi)流動(dòng)與水力計(jì)算：簡(jiǎn)單管路

1、 在生產(chǎn)或生活中輸送流體的各種管路，如供熱管路、給水管路、通風(fēng)除塵的送排風(fēng)管路等，都會(huì)遇到管路計(jì)算問(wèn)題，即確定流量、水頭損失及管道的幾何尺寸之間的相互關(guān)系，工程上稱之為管路的水力計(jì)算。分類 長(zhǎng)管和短管 進(jìn)行水力計(jì)算時(shí)，按照沿程損失和局部損失在總損失中所占的比例大小而將管路分為“長(zhǎng)管”和“短管”兩種。 簡(jiǎn)單管路和復(fù)雜管路 管路水力計(jì)算的主要任務(wù)已知管徑D、流量Q，求管路系統(tǒng)中的阻力損失hW；已知流量Q、阻力損失hW，確定管徑D；已知管徑D、阻力損失hW，核算管路系統(tǒng)通過(guò)流體的能力Q。一、簡(jiǎn)單管路及其水力計(jì)算1、短管的計(jì)算則得水箱的水位高度H，又稱為管流的作用水頭為 式中，為綜合反映管道流動(dòng)阻力情

2、況的系數(shù)，稱為管道阻抗，單位為 ； 管流的作用水頭的單位為 。2QSHH248(1)/()HlSgDD52/msm對(duì)于下圖所示的氣體管路方程為 包含風(fēng)管出口處的局部阻力系數(shù)。 p為管流風(fēng)機(jī)的作用壓頭，單位為Pa或N/m2； 為氣體管道阻抗，單位為kg/m7。2QSpp248(1)/()plSDD pS阻抗：管路通過(guò)單位流量的流體時(shí)的能量損失 阻抗又稱管路特性系數(shù)。對(duì)于給定的管路系統(tǒng)，D、L為一定值，阻抗只隨和 變化。其中，與流動(dòng)狀態(tài)及管道粗糙狀況有關(guān)，當(dāng)流動(dòng)處于阻力平方區(qū)時(shí)，僅與相對(duì)粗糙度/D有關(guān)，所以在管材已定的情況下，值可視為常數(shù)。項(xiàng)中只有進(jìn)行調(diào)節(jié)的閥門的可以改變，而其它局部構(gòu)件已確定時(shí)，

3、其局部阻力系數(shù)是不變的。管路特性系數(shù)對(duì)已給定的管路而言，它綜合反映了管路上沿程阻力和局部阻力的情況。 【例例4-12】某礦渣混凝土矩形風(fēng)道，絕對(duì)粗糙度=1.5mm，斷面面積為1m1.2m，長(zhǎng)為50m，局部阻力系數(shù) ，流量為14m3/s，空氣溫度為20，求風(fēng)壓損失。5 . 2【解解】確定沿程阻力損失系數(shù)查表知：20空氣的運(yùn)動(dòng)粘滯系數(shù)=15.710-6m2/s矩形風(fēng)道的當(dāng)量直徑De為氣體在管路中的流動(dòng)速度求雷諾數(shù)Re 相對(duì)粗糙度查莫迪圖得 =0.021 09. 12 . 112 . 1122baabDe)/(65.112 . 1114smAQv56108107 .1509. 165.11eevDR

4、331038. 11009. 15 . 1eD2.計(jì)算值，求風(fēng)壓損失p 對(duì)矩形風(fēng)道 矩形風(fēng)道的風(fēng)壓損失為 428DgDLSepappQSp84.28214)09. 1 (14. 381. 92 . 15 . 209. 150021. 082422【例例4-13】虹吸管系統(tǒng)如圖所示，如已知上下游液面差 ，管道直徑 ， ， 。設(shè)管道進(jìn)出口的局部阻力系數(shù)均為 ，彎管的局部阻力系數(shù)為 ，沿程阻力系數(shù) ，試求虹吸管的過(guò)流能力及管頂C的最大允許安裝高度。mH2mmD200ml2021ml2022 . 0b025. 011s1csmaxhc1l22H2l圖 5 - 4 虹 吸 管例4-13圖 虹吸管輸水系統(tǒng)

5、【解解】(1)由兩水面之間的機(jī)械能關(guān)系，可寫出 上式說(shuō)明,虹吸管的上、下游液面差就是用于克服管流阻力，而使水從上游自動(dòng)流向下游，故稱H為虹吸管的作用水頭。由上式可得221QShHHwHSHQ 式中 則流量為4221)32(8DgDllSbH422 . 014. 38 . 9)2 . 0322 . 02015025. 0(852/360mssLsmQ/5 .74/0745. 036023（2）求允許的安裝高度 能夠分析得出最高點(diǎn)C是虹吸管內(nèi)壓強(qiáng)最低的點(diǎn)。因此列1-1和C點(diǎn)所在斷面的能量方程，以1-1為基準(zhǔn)面得式中， .可見(jiàn)C點(diǎn)的壓強(qiáng)必為負(fù)值.其實(shí),高于上游液面的管內(nèi)各點(diǎn)壓強(qiáng)均為負(fù)壓，由于虹吸管內(nèi)

6、形成了真空，使水災(zāi)大氣壓的作用下連續(xù)不斷流盡虹吸管。maxh21212wcchgvgpzzmax1hzzc 管內(nèi)的真空度是有限制的,不能無(wú)限增大。真空的出現(xiàn)使溶解在水中的部分空氣分離出來(lái)。如數(shù)量不大，它會(huì)被水流帶走；如真空度過(guò)大，分離出來(lái)的空氣急劇增多，將聚集在C斷面處，形成氣塞，嚴(yán)重影響虹吸管得過(guò)流能力，甚至可能導(dǎo)致斷流。工程尚未保證通過(guò)虹吸管的流量，一般限制管內(nèi)最大真空度不得超過(guò)mH2O，因此，虹吸管設(shè)定的最大允許安裝高度為212max2wchgvgph gvDlhbv2)21 (218 . 921)2 . 0785. 00745. 0)(2 . 0212 . 015025. 01 (72

7、2m78. 5【例例4-14】如圖所示，一簡(jiǎn)單管路系統(tǒng)借助于一臺(tái)泵將低壓容器A中的液體送到高壓容器B中，若已知吸水池與壓水池液面壓力分別為， ， ， ， 管路系統(tǒng)的總長(zhǎng)度L=30m，管路直徑 。設(shè)管道進(jìn)口的局部阻力系數(shù)均為 ，出口的局部阻力系數(shù)為 ，彎管的局部阻力系數(shù)為 ，沿程阻力系數(shù) ，管路系統(tǒng)輸送的流量為 。求管路系統(tǒng)所需求的能頭H。60.2 10Aapp61.6 10BappmzA3mzB14mmD2005 . 01122 . 0b025. 0smQ/04. 03【解解】列吸水池液面A-A與壓水池液面B-B的能量方程式，經(jīng)整理得 Hp管路系統(tǒng)中所要提高的壓能；hw管路系統(tǒng)中所要克服的阻力

8、損失。由簡(jiǎn)單管路的定義可知，管路系統(tǒng)具有相同的流量和管徑，所以各過(guò)流斷面平均流速均相等。wpzwABABhHHhgppzzH因此，該簡(jiǎn)單管路中總阻力損失22242248308 0.025(0.52 0.2 1)0.20.040.473.140.29.8wfjHhhhS QLQD gDm 2SQHHHpz63(1.60.2) 10(143)0.47109.8154.33m2長(zhǎng)管的計(jì)算 對(duì)于長(zhǎng)管來(lái)說(shuō)，其管中局部損失比沿程損失小得多，可忽略不計(jì)。 又有222QShgvDlHHf528DglSHlRAlQhHmw2lhRfmgDA528【例例4-15】如圖所示，為一水塔向車間供水的簡(jiǎn)單管路系統(tǒng)。全長(zhǎng) ，水塔高度 ，水塔處地面標(biāo)高 ，用戶要求自由水頭 ，車間的地面標(biāo)高 ，設(shè)計(jì)流量 ，試確定給水管道的直徑D。按長(zhǎng)管計(jì)算。kmL2mHb20mzb110mHc5mzc100sLQ/30ZzHH=-babcPgch-Hf圖5-6 水塔供水系統(tǒng)【解解】列水塔水面和用水點(diǎn)的能量方程則作用水頭：可求得管道的比阻A fccbbhHzHz)()(ccbbfHzHzhHm25)5100()20110(6222/