2.1-第八講 管路計算ppt課件

1、第八講第八講 管路計算管路計算Chapter 8 Calculation of Fluid Flow in Pipes作業(yè)：練習(xí)題作業(yè)：練習(xí)題8-18-1，8-38-3計算依據(jù)：計算依據(jù)：1. 1. 連續(xù)性方程；連續(xù)性方程；2. 2. 伯努利方程伯努利方程3. 3. 阻力損失計算式阻力損失計算式簡單管路：沒有分支與匯合簡單管路：沒有分支與匯合復(fù)雜管路：有分支與匯合復(fù)雜管路：有分支與匯合一一. . 概述概述對于一般的管路設(shè)計，管徑要根據(jù)流量對于一般的管路設(shè)計，管徑要根據(jù)流量大小而確定，管徑的確定是一個優(yōu)化問大小而確定，管徑的確定是一個優(yōu)化問題。題。一般情況下，液體流速取一般情況下，液體流速取1

2、13m/s3m/s，氣體，氣體流速取流速取101030m/s30m/s。費用費用uuopt操作費操作費設(shè)備費設(shè)備費總費用總費用二二. . 簡單管路簡單管路特點：1. 流經(jīng)各管段的質(zhì)量流量相同，若流體不可壓縮，則各管段的體積流量也相同。ms0ms1ms2210sssmmm若一定，那么：210sssVVV2. 2. 整個管路的阻力損失為各管段整個管路的阻力損失為各管段損失之和。損失之和。iffffhhhh 21常見問題：常見問題：1. 1. 操作型問題：操作型問題：2. 2. 設(shè)計型問題：設(shè)計型問題：已知管徑、管長已知管徑、管長(含管件的當(dāng)量長度含管件的當(dāng)量長度)和流量，求輸送所需總壓頭或輸送和流

3、量，求輸送所需總壓頭或輸送機械的功率。機械的功率。已知輸送系統(tǒng)可提供的總壓頭，求已知輸送系統(tǒng)可提供的總壓頭，求已定管路的輸送量，或輸送一定流已定管路的輸送量，或輸送一定流量的管徑。量的管徑。自來水塔將水送至車間，自來水塔將水送至車間，輸送管路采用輸送管路采用114 4mm的鋼管，管路總長的鋼管，管路總長為為190m(包括管件與閥門包括管件與閥門的當(dāng)量長度，但不包括進、的當(dāng)量長度，但不包括進、出口損失出口損失)。水塔內(nèi)水面。水塔內(nèi)水面維持恒定，并高于出水口維持恒定，并高于出水口15m。設(shè)水溫為。設(shè)水溫為12 ，試求管路的出水量試求管路的出水量(m3/h)。15m1122例題：例題：解：解： 選取

4、塔內(nèi)水面為選取塔內(nèi)水面為11截面，出口內(nèi)側(cè)為截面，出口內(nèi)側(cè)為22截面。以管路出截面。以管路出口中心為基準(zhǔn)面。列口中心為基準(zhǔn)面。列伯努利方程有：伯努利方程有：fhZgugpZgugp2222121122gugudllhef22222215m112215m1122其中：其中：mZ15102Z01uappp215 . 0代入數(shù)據(jù)并整理，有：代入數(shù)據(jù)并整理，有：5 . 117923 .2945 . 1106. 01901581. 921212dllZgue式中，式中，),(),(2deudfdeRfe上面兩式中，含有兩個未知數(shù)上面兩式中，含有兩個未知數(shù) 和和 u2 ，由于由于 的求解依賴于的求解依賴于

5、Re，而，而Re又是又是 u2 的函數(shù)，故需采用試差求解。的函數(shù)，故需采用試差求解。 此題中，原始數(shù)據(jù)為：水的密度和粘此題中，原始數(shù)據(jù)為：水的密度和粘度分別為：度分別為：3/1000mkgsPa310236. 1管壁的絕對粗糙度為：管壁的絕對粗糙度為：mme2 . 031089. 11062 . 0de進行試算，有：進行試算，有：0u2Ree/d1第一次第一次0.022.812.4 1051.89 10-30.024第二次第二次0.024 2.582.2 1051.89 10-30.024由于兩次計算的由于兩次計算的 值基本相同，故值基本相同，故 u22.58m/s 。于是，輸水量為：。于是，

6、輸水量為：hmsmduV/9 .81/0228. 043322例題：例題：15 的水以的水以0.0567m3/s的流率流過一的流率流過一根當(dāng)量長度為根當(dāng)量長度為122m的光滑水平管道。的光滑水平管道。已知總壓降為已知總壓降為1.03105Pa，試求管道，試求管道的直徑。的直徑。解：解：在管的進、出口截面間列伯努利方在管的進、出口截面間列伯努利方程，有：程，有：fhZgugpZgugp2222121122由于管道水平，有：由于管道水平，有：21ZZ 21uu gpphf21因而，有：因而，有：又有：又有：5422220324. 082dgdVdllgudllheef55210324.081.91

7、0001003.1dgpphf9.3235d由于由于)( )(dfRfe因此需要進行試差求解。因此需要進行試差求解。其步驟為：其步驟為：1. 設(shè)定一個設(shè)定一個的初值的初值0；2. 將此將此0值代入上式求出管路直徑值代入上式求出管路直徑d；3. 用此用此d值計算雷諾數(shù)值計算雷諾數(shù)Re；4. 用用Re和相對粗糙度和相對粗糙度e/d(此題中為此題中為0)，求出求出；5. 重復(fù)以上步驟，直至所設(shè)初值和計算重復(fù)以上步驟，直至所設(shè)初值和計算值相等。值相等。經(jīng)過以上計算步驟，有：經(jīng)過以上計算步驟，有：管道直徑管道直徑d0.13m，摩擦因數(shù)，摩擦因數(shù)0.012。三三. .復(fù)雜管路復(fù)雜管路12ABAOBC并聯(lián)管

8、路并聯(lián)管路分支管路分支管路特點：特點：并聯(lián)管路和分支管路中各支管的流并聯(lián)管路和分支管路中各支管的流率彼此影響，相互制約；率彼此影響，相互制約；其流動規(guī)律仍然滿足連續(xù)性方程和其流動規(guī)律仍然滿足連續(xù)性方程和能量守恒原理。能量守恒原理。1. 1. 操作型問題：操作型問題：常見問題：常見問題：2. 2. 設(shè)計型問題：設(shè)計型問題：已知管路布置和流量，求輸送所已知管路布置和流量，求輸送所需總壓頭或輸送機械的功率。需總壓頭或輸送機械的功率。已知管路布置和輸送系統(tǒng)可提供已知管路布置和輸送系統(tǒng)可提供的總壓頭，求流量的分配，或已的總壓頭，求流量的分配，或已知流量分配求管徑的大小。知流量分配求管徑的大小。特點：特點

9、：1. 總管流量等于各支管流量之和?？偣芰髁康扔诟髦Ч芰髁恐?。2. 對于任一支管，分支前及匯合后的對于任一支管，分支前及匯合后的總壓頭皆相等。據(jù)此可建立支管間的總壓頭皆相等。據(jù)此可建立支管間的機械能衡算式，從而定出各支管的流機械能衡算式，從而定出各支管的流量分配。量分配。（一）（一）. . 并聯(lián)管路并聯(lián)管路12AB對于支管對于支管1，有：，有：1 ,2222fBBBAAAhZgugpZgugp2 ,2222fBBBAAAhZgugpZgugp對于支管對于支管2，有：，有：對于對于A、B兩截面，有：兩截面，有：BAfBBBAAAhZgugpZgugp,222212AB比較以上三式，有：比較以上

10、三式，有：BAfffhhh,2,1 ,另外，根據(jù)流體的連續(xù)性方程，有：另外，根據(jù)流體的連續(xù)性方程，有：2,1 ,sssmmm2,1 ,sssVVV若若一定，那么：一定，那么：例題：例題：右圖中的支管右圖中的支管1和和支管支管2的總長度的總長度(包包括當(dāng)量長度括當(dāng)量長度)如附表如附表所示。各管均為光所示。各管均為光滑管，兩管進出口滑管，兩管進出口的高度相等。的高度相等。管內(nèi)輸送管內(nèi)輸送20的水，的水，總管流率為總管流率為60m3/h，求各支管流率。求各支管流率。12ABd/mL+Le/m支支管管10.05330支支管管20.080550解：解：20水的物性為：水的物性為：998.2kg/m3,

11、=1.005 10-3Pa?s 設(shè)支管設(shè)支管1內(nèi)的流速為內(nèi)的流速為u1，支管，支管2內(nèi)的流內(nèi)的流速為速為u2，則依據(jù)連續(xù)性方程，有：，則依據(jù)連續(xù)性方程，有：2212)0805. 0(4)053. 0(4360060uu即：即：56. 731. 221uu又根據(jù)各支管內(nèi)阻力相等，有：又根據(jù)各支管內(nèi)阻力相等，有：gudLLgudLLee2)(2)(2222221111即：即：2222116 .310283uu由于摩擦因數(shù)與速度有關(guān)，初設(shè)：由于摩擦因數(shù)與速度有關(guān)，初設(shè)：02. 021將兩式聯(lián)立求解，有：將兩式聯(lián)立求解，有：smusmu/25. 2/35. 221下面對假定的摩擦因數(shù)值進行檢驗：下面對

12、假定的摩擦因數(shù)值進行檢驗：511110237. 1udRe查莫狄圖，有：查莫狄圖，有：017. 01522210799. 1udRe0154. 02由于檢驗值和設(shè)定值有差別，故需再次試由于檢驗值和設(shè)定值有差別，故需再次試算，把上步結(jié)果作為假定值，計算得：算，把上步結(jié)果作為假定值，計算得：smusmu/28. 2/29. 221由于兩次計算求得的流速數(shù)據(jù)接近，可停由于兩次計算求得的流速數(shù)據(jù)接近，可停止跌代。止跌代。 求得的各支管流率為：求得的各支管流率為：hmVhmV/81.41/19.183231（二）（二）. . 分支管路分支管路AOBC特點：特點：1. 總管流量等于各支管流量之和。總管流量

13、等于各支管流量之和。2. 對于任一支管，可分別建立總管對于任一支管，可分別建立總管截面和支管截面間的機械能衡算式，截面和支管截面間的機械能衡算式，從而定出各支管的流量分配。從而定出各支管的流量分配。對于支管對于支管AOB，有：，有：AOBfBBBAAAhZgugpZgugp,2222AOCfCCCAAAhZgugpZgugp,2222對于支管對于支管AOC，有：，有：OBfAOfBBBhhZgugp,22OCfAOfCCChhZgugp,22OCfCCCOBfBBBhZgugphZgugp,2,222對于對于B、C截面，有：截面，有：本講小結(jié)本講小結(jié)簡單管路，又稱串聯(lián)管路，其特點為：簡單管路，又稱串聯(lián)管路，其特點為：1. 各管段中流體的質(zhì)量流量均相同。各管段中流體的質(zhì)量流量均相同。2. 管路的總阻力等于各管段阻力管路的總阻力等于各管段