流體流動6-管路計算

1、l連續(xù)性方程式連續(xù)性方程式l機械能衡算式機械能衡算式l以及阻力損失計算以及阻力損失計算l不可壓縮流體輸送管路的計算不可壓縮流體輸送管路的計算l管路：管路：簡單管路和復雜管路簡單管路和復雜管路l區(qū)別：區(qū)別：復雜管路存在著分流與合流復雜管路存在著分流與合流l定性分析和定量計算定性分析和定量計算l1 1、簡單管路：、簡單管路：l（1 1）任何局部阻力系數(shù)）任何局部阻力系數(shù) ，q qv v l（2 2）下游阻力）下游阻力h hf f，使上游，使上游p pl 下游情況的改變同樣影響上游下游情況的改變同樣影響上游l（3 3）上游阻力）上游阻力h hf f，將使下游，將使下游p pl（4 4）阻力損失總是表

2、現(xiàn)為流體機械能的阻力損失總是表現(xiàn)為流體機械能的降低降低l在等徑管中則為總勢能（以虛擬壓強在等徑管中則為總勢能（以虛擬壓強P P表表示）的降低示）的降低l關(guān)小閥門使所在的支管流量下降關(guān)小閥門使所在的支管流量下降l與之平行的支管內(nèi)流量上升與之平行的支管內(nèi)流量上升l但總管流量但總管流量q qv0v0l（1 1）總管阻力可以忽略，支管阻力為主：各總管阻力可以忽略，支管阻力為主：各支路之間的影響很小，如同獨立的管路支路之間的影響很小，如同獨立的管路lP P0 0 P P1 1， A A，q qv2v2，q qv3v3基本不變基本不變l即任一支管情況的改變不致影響其它支管的即任一支管情況的改變不致影響其它

3、支管的流量流量l如：城市供水、煤氣管線的鋪設(shè)如：城市供水、煤氣管線的鋪設(shè)l（2 2）總管阻力為主，支管阻力可以忽略：總管阻力為主，支管阻力可以忽略：l改變支管的數(shù)目及阻力，僅影響總流量在各支改變支管的數(shù)目及阻力，僅影響總流量在各支管間的分配管間的分配lP P0 0 P P2 2 P P3 3， A Alq qv0v0基本不變（由總管阻力來決定）基本不變（由總管阻力來決定）l但但q qv2v2，q qv3v3l則總管中的總流量將不因支管情況而變則總管中的總流量將不因支管情況而變l一般分支管路：一般分支管路：總管阻力介于兩種情況之間總管阻力介于兩種情況之間l改變支管的數(shù)目及阻力改變支管的數(shù)目及阻力

4、l對總流量及其在各支管的分配都有影響對總流量及其在各支管的分配都有影響l1 1、簡單管路的數(shù)學描述、簡單管路的數(shù)學描述l（1 1）應用的公式：）應用的公式：l表示管處中各參數(shù)之間關(guān)系的方程只有三個表示管處中各參數(shù)之間關(guān)系的方程只有三個l質(zhì)量守恒式（連續(xù)性方程）：質(zhì)量守恒式（連續(xù)性方程）：l機械能衡算式（包括范寧公式）：即柏努利機械能衡算式（包括范寧公式）：即柏努利方程方程l摩擦系數(shù)計算式摩擦系數(shù)計算式: : udqv24 222222221121udlgzpugzpu ddu ,l命題：命題：l給定輸送任務，要求設(shè)計經(jīng)濟上合理的管路給定輸送任務，要求設(shè)計經(jīng)濟上合理的管路l設(shè)計要求：設(shè)計要求：l

5、規(guī)定規(guī)定q qv v，確定最經(jīng)濟的確定最經(jīng)濟的d d及須由供液點提供的勢及須由供液點提供的勢能能 / / 或由或由流體輸送機械提供的輸入能量：流體輸送機械提供的輸入能量：h he e1l（1 1）供液與需液點間的距離，即管長）供液與需液點間的距離，即管長l ll（2 2）管道材料及管件配置，即）管道材料及管件配置，即 、l（3 3）需液點的勢能）需液點的勢能P P2 2/ / l主要考慮流體的性質(zhì)及具體的適用場合主要考慮流體的性質(zhì)及具體的適用場合l較大的流體（如油類）較大的流體（如油類）u u應取得低些應取得低些l含有固體懸浮物的液體，含有固體懸浮物的液體，u u則不能取得太低則不能取得太低l

6、較大的液體，較大的液體，u u應取得低應取得低l氣體（氣體（很小），很?。?，u u可比液體取的大得多可比液體取的大得多l(xiāng)容易獲得壓強的氣體（如飽和水蒸氣）容易獲得壓強的氣體（如飽和水蒸氣）u u可高可高l一般氣體輸送壓強得來不易，一般氣體輸送壓強得來不易，u u不宜取得過高不宜取得過高l對于真空管路，對于真空管路，u u的選擇必須保證產(chǎn)生的壓降的選擇必須保證產(chǎn)生的壓降 p p低于允許值低于允許值 使總費用（每年的操作費與按使用年限計的使總費用（每年的操作費與按使用年限計的設(shè)備折舊費之和）為最小設(shè)備折舊費之和）為最小操作費：包括能耗及每年的大修費（設(shè)備費操作費：包括能耗及每年的大修費（設(shè)備費的某

7、一百分數(shù)），故的某一百分數(shù)），故u u過小、過小、d d過大時，操作過大時，操作費反而升高。費反而升高。圓整圓整：據(jù)管道的國家標準：據(jù)管道的國家標準結(jié)構(gòu)限制：最小半徑，如支撐在跨距結(jié)構(gòu)限制：最小半徑，如支撐在跨距5 5米以上米以上的普通鋼管，管徑應不小于的普通鋼管，管徑應不小于40mm40mml命題：命題：l操作型計算問題是管路已定，并且要求核操作型計算問題是管路已定，并且要求核算在某給定條件下管路的輸送能力或某項算在某給定條件下管路的輸送能力或某項技術(shù)指標技術(shù)指標l給定條件：給定條件：ld d、u u、 、P P1 1、P P2 2l計算目的：輸送量計算目的：輸送量q qv vl或或 給定條

8、件：給定條件：d d、l l、 、P P2 2、q qv vl計算目的：所需的計算目的：所需的P P1 1l方程組有方程組有唯一解唯一解試差或試差或迭代迭代l例：在例：在20下苯由高位槽流入某容器下苯由高位槽流入某容器中，其間液位差中，其間液位差5m且視作不變。兩容且視作不變。兩容器均為敞口，輸送管為器均為敞口，輸送管為323無縫鋼無縫鋼管（管（=0.05mm）長）長100m（包括局部（包括局部阻力的當量長度）。阻力的當量長度）。 求：流量。求：流量。 該題為試該題為試差法求解（因為流量未差法求解（因為流量未知）知）l解：已知解：已知h=5m, p1=p2=pa, l d=32-23=26mm

9、l 本題為操作型問題，輸送管路的總阻本題為操作型問題，輸送管路的總阻力損失已給定力損失已給定l 即即 l現(xiàn)已知現(xiàn)已知 l 設(shè)流動已進入阻力平方區(qū)，查設(shè)流動已進入阻力平方區(qū)，查p29圖圖1-32取初值取初值 或用公式或用公式 以截面以截面1-11-1（高位槽液面）及（高位槽液面）及2-22-2（輸送（輸送管出口斷面）列柏氏方程管出口斷面）列柏氏方程查得查得2020時苯為時苯為 查查p29p29圖圖1-321-32得得 與假設(shè)值有差別，重新計算速度如下：與假設(shè)值有差別，重新計算速度如下：所得流速正確所得流速正確 l工程上解決交點工程上解決交點0 0處的能量交換和損失的兩處的能量交換和損失的兩種方法

10、：種方法：l（1 1）三通的局部阻力系數(shù)三通的局部阻力系數(shù) ，有正有負，有正有負l只要各流股的流向明確，仍可跨越交點列出只要各流股的流向明確，仍可跨越交點列出機械能衡算式機械能衡算式l（2 2）若輸送管路的其他部分的阻力較大，）若輸送管路的其他部分的阻力較大，如對如對l/dl/d大于大于10001000的長管，的長管，三通阻力予以忽三通阻力予以忽略，略，可以跨越交點列機械能衡算式可以跨越交點列機械能衡算式2222221121udludlPP 2223321121udludlPP 323222121444udududl操作型計算：操作型計算：l設(shè)設(shè) 為一常數(shù)為一常數(shù)，由上述方程組求出，由上述方程

11、組求出u u1 1、u u2 2、u u3 3l如有必要，驗算總管及各支管的如有必要，驗算總管及各支管的ReRe數(shù)，對假數(shù)，對假設(shè)的設(shè)的 值作出修正值作出修正l分流點分流點A A和合流點和合流點B B的勢能的勢能P/P/ 值唯一值唯一l任一支管任一支管阻力損失應是相等的阻力損失應是相等的l即：即：h hf1 f1=h=hf2f2=h=hf3f3=h hf fl（1 1）各支管流速）各支管流速u u不同，即使是等徑管不同，即使是等徑管l各支管的長度、直徑、粗糙度情況均不同各支管的長度、直徑、粗糙度情況均不同l但各支管中流動的流體是由相同的勢能差但各支管中流動的流體是由相同的勢能差推動的推動的l等徑管等徑管335322521151321:ldldldqqqvvv 3322113211:1:1:llluuu