局部損失計算T培訓(xùn)講義

當(dāng)流體流經(jīng)各種閥門、彎頭和變截面管等局部裝置，流體將發(fā)生變形，產(chǎn)生阻礙流體運動的力，這種力稱為局部阻力，由此引起的能量損失稱為局部損失.局部損失的計算局部能量損失大致可以分為三類：（1）由于管道斷面面積的大小發(fā)生變化引起的局部能量損失。例如管道斷面突然擴大、突然縮小、逐漸擴大和縮小等；（2）由于管道的方向發(fā)生變化，引起的局部能量損失，例如各種圓滑彎頭、直角彎頭、折管、三通管道等；（3）由于流動的速度大小和方向均發(fā)生變化而引起的局部能量損失。例如各種閥門（平板閥、球形閥、錐閥、滑閥等）。計算局部損失用下面的公式：由此可知，計算歸結(jié)為求局部阻力系數(shù)的問題，局部阻力產(chǎn)生的原因是十分復(fù)雜的，只有極少數(shù)的情形才能用理論分析方法進行計算，絕大多數(shù)都要由實驗測定。流體從小截面的管道流向截面突然擴大的大截面管道是目前唯一可用理論分析得出其計算公式的典型情況，下面對此進行敘述。損失產(chǎn)生的原因同時在流體流動過程中旋渦區(qū)的流體質(zhì)點將不斷被主流帶走，也不斷有新的流體質(zhì)點從主流中補充進來，即主流與旋渦之間的流體質(zhì)點不斷地交換，發(fā)生劇烈的碰撞和摩擦，在動量交換中，產(chǎn)生較大的能量損失，這些能量損失轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芏АＡ黧w從小截面流向突然擴大的大截面管道。由于流體質(zhì)點有慣性，整個流體在離開小截面管后只能向前繼續(xù)流動，逐漸擴大，在管壁拐角處流體與管壁脫離形成旋渦區(qū)。旋渦區(qū)外側(cè)流體質(zhì)點的運動方向與主流的流動方向不一致，形成回轉(zhuǎn)運動，因此流體質(zhì)點之間發(fā)生碰撞和摩擦，消耗流體的一部分能量。管道突然擴大的流線分布取圖大管道的起始截面1—1和流道全部擴大后流速重又均勻的截面2—2以及它們之間的管壁為控制面。設(shè)截面1—1,2—2中心點的壓強為P1和P2，平均流速為V1和V2，截面積為A1和A2，且不可壓縮流體在管中作定常流動。根據(jù)一維流動不可壓縮流體的連續(xù)方程截面1—1和2—2間管壁對流體的切向力（即總摩擦力）忽略不計，則根據(jù)動量方程有由于圓環(huán)面上的徑向加速度非常小，實驗證明圓環(huán)面上的壓強可按靜壓強規(guī)律分布，即p≈p1，于是上式可寫為作用于擴大管凸肩圓環(huán)面上的總壓力列出截面1—1和2—2的伯努利方程式中，ζ稱作局部阻力系數(shù)用連續(xù)方程代入并化簡得但是公式中的局部阻力系數(shù)值對各種局部裝置有各種不同數(shù)值，目前還很難進行理論分析和計算，多靠實驗測定。各種不同局部裝置的局部阻力系數(shù)值可查相關(guān)的資料。A1A2v1v2A1管路突然縮小A2A1υ1υ2θDd漸擴管彎管折管水頭損失失的疊加加原則：兩個過水水?dāng)嗝骈g間液流的的水頭損損失等于于各段沿沿程水頭頭損失及及各局部部水頭損損失之和和。即：hw=Σhf+Σhζ例題：水從一水水箱經(jīng)兩兩段水管管流入另另一水箱箱。d1=150mm，l1=30m，λ1=0.03，H1=5m，d2=250mm，l2=50m，λ2=0.025，H2=3m，水水箱箱尺尺寸寸很很大大，，箱箱內(nèi)內(nèi)水水位位恒恒定定，，計計及及沿沿程程及及局局部部水水頭頭損損失失，，試試求求通通過過管管路路的的流流量量。。解：H1-H2=hw,hw=Σhf+Σhm=λλ1(l1/d1)(v12/2g)+λλ2(l2/d2)(v22/2g)+ζζ進口口v12/2g+ζζ突大大v12/2g+ζζ出口口v22/2g；由連連續(xù)續(xù)性性方方程程：：v2=v1(ωω1/ωω2)=v1(d1/d2)2;注意意：：ζ突大大=(1-ωω1/ωω2)2=(1-d12/d22)2;ζ進口口=0.5(直角角進進口口);ζζ出口口=1.0hw=7.69v12/2g=>v1=sqrt(2ghw/7.69)=2.77m/s;Q=ωω1v1=(3.14/4)*0.152*2.77=0.049m3/s解畢畢水平平管管道道流流量量計計算算水平平短短管管從從水水深深H=16m的水水箱箱中中排排水水至至大大氣氣，，管管路路直直徑徑d1＝50mm，d2＝70mm，閥閥門門阻阻力力系系數(shù)數(shù)4.0，只只計計局局部部損損失失，，不不計計沿沿程程損損失失，，并并認(rèn)認(rèn)為為水水箱箱容容積積足足夠夠大大，，試試求求通通過過此此水水平平短短管管的的流流量量。。【解】列截截面面0——0和1——1的伯伯努努利利方方程程查得得=0.5，=0.24，=0.30，故（m/s）通過水水平短短管的的流量量（m3/s）管道道水水力力計計算算工程上上把不不同聯(lián)聯(lián)接方方式聯(lián)聯(lián)接所所組成成的管管系稱稱為管管道。。管道系系統(tǒng)分分類按能量量損失失大小小長管：：凡局部部阻力力和出出口速速度水水頭在在總的的阻力力損失失中，，其比比例不不足5％的管管道系系統(tǒng)，，稱為為水力力長管管，也也就是是說只只考慮慮沿程程損失失。短管：：在水力力計算算中，，同時時考慮慮沿程程損失失和局局部損損失的的管道道系統(tǒng)統(tǒng)，稱稱為短短管。。1）串聯(lián)聯(lián)管道道：不不同管管徑或或不同同粗糙糙度的的數(shù)段段管子子串聯(lián)聯(lián)聯(lián)接接所組組成的的管道道系統(tǒng)統(tǒng)，如如圖(b)。2）并聯(lián)聯(lián)管道道：是是指數(shù)數(shù)段管管道并并列聯(lián)聯(lián)接所所組成成的管管道系系統(tǒng)，，如圖圖(c)所示。。按管道道系統(tǒng)統(tǒng)結(jié)構(gòu)構(gòu)分簡單管管道：：管徑和和粗糙糙度均均相同同的一一根或或數(shù)根根管子子串聯(lián)聯(lián)在一一起的的管道道，如如圖(a)所示。。復(fù)雜管管道：：除簡單單管道道以外外的管管道系系統(tǒng)，，稱為為復(fù)雜雜管道道，又又可分分成：：枝狀管管道：：如圖(d)所示，，各不不相同同的出出口管管段在在不同同位置置分流流，形形狀如如樹枝枝。網(wǎng)狀管管道：：如圖(e)所示，，通過過多路路系統(tǒng)統(tǒng)相互互連接接組成成一些些環(huán)形形回路路，而而節(jié)點點的流流量來來自幾幾個回回路的的管道道。管道水水力計計算主主要任任務(wù)(1)根據(jù)給給定的的流量量和允允許的的壓強強損失失確定定管道道直徑徑和管管道布布置；；(2)根據(jù)給給定的的管道道直徑徑、管管道布布置和和流量量來驗驗算壓壓強損損失；；(3)根據(jù)給給定的的管道道直徑徑、管管道布布置和和允許許的壓壓強損損失，，校核核流量量。管道水水力計計算主主要任任務(wù)管道水水力計計算的的基本本公式式有連連續(xù)性性方程程、伯伯努利利方程程和能能量損損失三三個公公式.連續(xù)性性方程程伯努利利方程程式中E為外界界（泵泵、風(fēng)風(fēng)機等等）加加給單單位重重量能量損損失由上面面管道道系統(tǒng)統(tǒng)分類類可知知，管管道系系統(tǒng)的的分類類類似似于電電路系系統(tǒng)。。因此此，管管道水水力計計算類類似于于電路路計算算，管管道中中的流流量相相當(dāng)于于電路路中的的電流流；壓壓降相相當(dāng)于于電壓壓，管管道阻阻力相相當(dāng)于于電阻阻。本本節(jié)只只介紹紹串聯(lián)聯(lián)管道道和并并聯(lián)管管道的的水力力計算算。串聯(lián)管管道如果各各管段段的管管徑都都相同同，通通常稱稱為簡簡單管管道，，則各各管段段的平平均流流速也也相等等根據(jù)連連續(xù)性性原理理，通通過串串聯(lián)管管道各各管段段中的的流量量相等等，因因而對對不可可壓縮縮流體體有串聯(lián)管管道的的總能能量損損失是是各段段管道道中的的能量量損失失之和和，即即串聯(lián)管管道串聯(lián)管管道并聯(lián)管管道從能量量平衡衡觀點點來看看，無無論