流體力學(xué)-第五章-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(nèi)容長管水力計算短管水力計算串并聯(lián)管路和分支管路孔口和管嘴出流根本概念：1壓力管路：在一定壓差下，液流充滿全管的流動管路。管路中的壓強(qiáng)可以大于大氣壓,也可以小于大氣壓注：輸送氣體的管路都是壓力管路。2、分類：按管路的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，分為簡單管路：等徑無分支復(fù)雜管路：串聯(lián)、并聯(lián)、分支J 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(guān)系曲線稱為管路的特性曲線。、特性曲線hw hj hfV2l V2l V2l當(dāng) I V2LV22gd 2gd

2、2gd 2gd 2g其中，L l當(dāng)1代入上式得:4Qd 2g d 2gQ22把上式繪成曲線得圖。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3hf=Z2P2hfL V2D 2g45說明：有時為了計算方便，hf的計算采用如下形式:hfQ2 m mLd5 mM A v2a2其中，B、 m值如下流態(tài)3m層流1a水力光滑b混合摩擦C水力粗糙入0d因?yàn)樗詇fLV2V Q 且A4QD 2gd28 L hf2fQg d公式6的推導(dǎo):hf0.02461 .750.2QL4.7

3、50.0246Q1 0250.255 0.2564a. 層流時，Re代入7式得：Q LQ2Lhf 4.1544.15 麗-d4d即：卩=,m= 10.31640 25b.水力光滑區(qū),Re .代入7式得:即：B = , m= 1C.由大慶設(shè)計院推得經(jīng)驗(yàn)公式，在混合區(qū):hf0.0802AQ1'770.1234.877即：卩=,m=A其中，10 0.127lg0.627d.粗糙區(qū)hf§2d5Q20.0826q2l即：B入，m= 03、簡單長管的三類計算問題1第一類: ：輸送流體的性質(zhì) 口，Y管道尺寸d , L,A地形A z求：hf ,A p, iRe VdT確定流態(tài) T3, m ,

4、入t hf t伯努利方程求A p2第二類:口，Y，d, L，A ,A z,求:解:Q未知T流態(tài)也未知t卩，入無法確定T試算法或繪圖法A.試算法a、先假設(shè)一流態(tài)，取3,m值,算出b、Q' tV QATc、hfhfd5m2 m Re Vd如由Q t Re'和假設(shè)一致,如由Q t定出的流態(tài)和假設(shè)不一致mL3', m',校核流態(tài)Q 即為所求Q重復(fù)a。找Q即可。3第三類： Q , A p , A z ,A , L, 口，y求：經(jīng)濟(jì)管徑d解：考慮兩方面的問題 d f,材料費(fèi)f,施工費(fèi)、運(yùn)輸費(fèi)fVJ,損失J,管理費(fèi)用J d J, 次性費(fèi)用JVf,損失f,設(shè)備泵費(fèi)f如何解決這一

5、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。、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(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)處流量出入平衡，即進(jìn)入節(jié)點(diǎn)的總流量等于流出節(jié)點(diǎn)的總流量。Q 0其中，進(jìn)為正，出為負(fù)，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：hfhf hfi hf2hm它反映了能量守恒原理。2、并聯(lián)管路 定義：兩條以上的管路在同一處別離，以后又集合于另一處，這樣的組合管道，叫并聯(lián) 管路。水力特征：a、進(jìn)入各并聯(lián)管的總流量等于流出各并聯(lián)管的總流量之和，即QQi |b、不同并聯(lián)管段 At B,單位重量液體的能量損失相同，即：hf hfj h

6、fi hf2C3、分支管路 定義：自一點(diǎn)分開不再集合的管路 水力特征：a、節(jié)點(diǎn)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 c、節(jié)點(diǎn)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 ：Q求：d解：確定合理流速 V合理合理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(yīng)用 增加輸送流量 延伸輸送距離 克服翻越點(diǎn)例1:某水罐1液面高度位于地平面以上Z1 = 60m，通過分支管把水引向高于地平面Z2= 30m和Z3= 15m的水罐2和水罐3,假設(shè)li=l 2=13=2500m, di=d2=d3=,各管的沿程阻力系數(shù)均為入=

7、。試求引入每一水罐的流量。解：取1-1、所以，V取 1-1、3-3所以,Q1又d1V1V2V32-2兩液面列伯努利方程:hd1 2gd2 2ghf1L2 V22L1 V121Z1z2V224.411兩液面列伯努利方程:2V32.94Q2 Q3 d2 d31.67m/ s1.28m/s0.39m /sZ1Z3hf1 h f 3V1V23Q2Q30.251m3/s0.0765m3/s第三節(jié) 短管水力計算許多室內(nèi)管線，集油站及壓水站內(nèi)管線管件較多,屬于短管。短管計算問題，多涉及到能量方程的利用:2ghwhfhjV出2口c2g、綜合阻力系數(shù)1 1 S6vx |? 121K大閘頭，2.孔板：幾大小頭：4

8、.S.6.彎頭tG <5 S*、水閘門：c7：大直徑管段：直徑di，長 11小直徑管段：直徑d2,長 12孔板直徑：d扎那么全管路總水頭損失為:hwhfhjli Vi2I2 V22Vi2V孔V221di 2g2 d2 2g1 2g孔2g34567 2g為了計算方便，一般以出口速度作為標(biāo)準(zhǔn)， 把其它速度化成出口速度表示的形式，由連續(xù)性方程:Vid2 di2V2,V=d2 d 孔2V244lid2d2I21 1 孔.2 .345didid孔d26V222gZc 綜合阻力系數(shù)二、短管實(shí)用計算通式由圖At B, 1 12- 2斷面列能量方程:ZiPiVi22gZiZ2Z2P2P2Vi22gV22

9、2gV222gV222gHo 乙 Z2PiP2Vi22g稱之為作用水頭。所以那么：例題:Ho 1 c V2-12g1 .Q - A 2-Ho 1 c書本Q A 2gHoP1622Q22gA2為流量系數(shù),書本例5 5 有錯P163 3 泵的揚(yáng)程應(yīng)為:z hwV22-(3.9 0.4 2.0) 3.961.722 9.85.607mN=y QH= 9800 xx N=y 馬力第四節(jié)孔口和管嘴泄流根本概念: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?？?口：儲液罐壁或底部翻開的小孔。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

10、大氣之中。淹沒出流：流向液體之中。、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：孔口有鋒利的邊緣，液體與孔口周圍只有線接觸。小孔口:d i0H孔口有效斷面上所有的點(diǎn)都可用其中線上的點(diǎn)來代替。(1) 射流結(jié)構(gòu)分析:收縮斷面C-C的形成：流線特性，流線不能突然轉(zhuǎn)折，液流射出時，將向內(nèi)部收縮形成收縮斷面c - c約在距出口2處收縮斷面:代(dc)2A d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那么有:取0 0c - c列方程，壓強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)為絕對壓強(qiáng),H P0 + V02 Pc Vc22g2gVc2孔2g口 P0 Pc V02Vc2H 1 孔 一2g2gH H P0 P

11、c V0202gVcI 1 gH o J 2gH o流速系數(shù):Q = AcVc Ac 、2gH。A . 2gH。A 2gH。Q= A 2gH?？卓谛沽髁髁坑嬎愎搅髁肯禂?shù):3說明:理論流速:2gH。QAV理 Q理實(shí)際流量與理想流量之比。實(shí)際流速與理想流速之比。實(shí)驗(yàn)證明:1孔0.06,J 0.060.97，0.62 0.64，取對于理想流體：孔 0,1 ,1, 1作用水頭:Ho HPoVo22gs =0.8J油E 1If) Hi8 mF水如圖：Ho= 21m2、淹沒出流1兩液面:H1H2Vc2 孔2gVc2擴(kuò)大2gVc2gH 0v 擴(kuò)大孔Ho = Hl H2、管嘴泄流1標(biāo)準(zhǔn)圓柱管嘴：自孔口接出短

12、管直徑與孔口直徑相同，且 | = 3 4d2、管嘴與孔口區(qū)別： 流態(tài)不一樣，先收縮，再擴(kuò)大，然后封住出口，均勻泄出。 孔口只有局部阻力，管嘴加上擴(kuò)大阻力和沿程阻力。3、流量計算公式據(jù)公式：Q= A 2gHA 2gHA0.81叱 0.53d do6實(shí)驗(yàn)修正：U.QZ孔口和管嘴的流量公式:Q= A 2gH0取 0.02,13d,0.640.06 d d1由于£= 1 ,要知卩，須求0。管嘴°.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 c C,其壓強(qiáng)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

13、液流帶走一局部氣體形成負(fù)壓，這就相當(dāng)于在1 C之間增大了一個壓頭差，當(dāng)然，流量系數(shù)也就增大了。取1 C列方程：壓力標(biāo)準(zhǔn)取絕對壓力：u Pa 丄 Vi2 Pc Vc2Vc2Vi0H 十2g2g 2gP-Pc i 孔監(jiān) H2g因?yàn)閂c Q麗2 2Pa Pc0.82HV a c i 孔 2 H H i 0.06H H 0.75H所以20.64即相當(dāng)于使壓頭增大了倍但也不是真空度越大越好， 假設(shè)真空過大，會形成氣阻，當(dāng)氣體全被液流帶走時， 外部 空氣將進(jìn)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:水從圭寸閉水箱上部直徑di=30mm的孔口流至下部，然后經(jīng) d2=20mm的圓柱行管嘴排向