水頭損失及管路水力計(jì)算

關(guān)于水頭損失及管路水力計(jì)算第4章水頭損失與管道水力計(jì)算★本章學(xué)習(xí)目標(biāo)掌握黏性流體的流動(dòng)型態(tài)（層流、紊流）及其判別掌握沿程水頭損失計(jì)算和局部水頭損失計(jì)算掌握簡單管路、串聯(lián)管路和并聯(lián)管路的水力計(jì)算第2頁,共42頁，2024年2月25日，星期天一、章目解析從力學(xué)觀點(diǎn)看，本章研究的是流動(dòng)阻力。產(chǎn)生流動(dòng)阻力的原因：內(nèi)因——粘性+慣性外因——外界干擾從能量觀看，本章研究的是能量損失（水頭損失）。第3頁,共42頁，2024年2月25日，星期天二、研究內(nèi)容內(nèi)流（如管流、明渠流等）：研究的計(jì)算（本章重點(diǎn)）；外流（如繞流等）：研究CD的計(jì)算。（本章不討論）三、水頭損失的兩種形式hf

：沿程水頭損失(由摩擦引起)；hm

：局部水頭損失（由局部干擾引起）?？偹^損失：第4頁,共42頁，2024年2月25日，星期天第一節(jié)

黏性流體的流動(dòng)型態(tài)一、雷諾實(shí)驗(yàn)簡介

1883年英國物理學(xué)家雷諾按圖示試驗(yàn)裝置對(duì)粘性流體進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，提出了流體運(yùn)動(dòng)存在兩種型態(tài)：層流和紊流。OsborneReynolds(1842-1916)第5頁,共42頁，2024年2月25日，星期天§5.2黏性流體的流動(dòng)型態(tài)第6頁,共42頁，2024年2月25日，星期天下臨界流速v下——臨界流速上臨界流速v上（a）層流（b）臨界狀態(tài)（c）紊流<v上v下第7頁,共42頁，2024年2月25日，星期天

二、判別標(biāo)準(zhǔn)1.試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)結(jié)論：用雷諾數(shù)判斷流態(tài)第8頁,共42頁，2024年2月25日，星期天2.判別標(biāo)準(zhǔn)圓管：取非圓管：定義水力半徑為特征長度.相對(duì)于圓管有層流紊流第9頁,共42頁，2024年2月25日，星期天故取例題1例題2第10頁,共42頁，2024年2月25日，星期天第二節(jié)流體在管路中的水頭損失水頭損失的兩種形式hf

：沿程水頭損失(由摩擦引起)；hj

：局部水頭損失（由局部干擾引起）。hw

：總水頭損失第11頁,共42頁，2024年2月25日，星期天一、沿程水頭損失的計(jì)算圓管的計(jì)算公式：式中：λ——沿程阻力系數(shù)非圓管的計(jì)算公式：式中：D——當(dāng)量直徑D=4R第12頁,共42頁，2024年2月25日，星期天沿程阻力系數(shù)的確定方法：1、層流對(duì)水對(duì)油第13頁,共42頁，2024年2月25日，星期天2、紊流

對(duì)新鋼管對(duì)新鑄鐵管對(duì)舊鋼管和舊鑄鐵管式中：K1——實(shí)驗(yàn)室和實(shí)際工作條件的差異系數(shù)

K2——管道接頭系數(shù)例題4-3第14頁,共42頁，2024年2月25日，星期天二、局部水頭損失的計(jì)算公計(jì)算式式中：ε——局部阻力系數(shù)，查表4-1v——流體通過局部管件后的平均流速例題4-4第15頁,共42頁，2024年2月25日，星期天例題1[例1]水流經(jīng)變截面管道，已知d2/d1=2，則相應(yīng)的Re2/Re1=?[解]因故第16頁,共42頁，2024年2月25日，星期天例題2[例2]如圖所示管流，已知：d、l、H、λ、ξ進(jìn)、ξ閥門。

求：管道通過能力Q。[解]從1→2建立伯努利方程第17頁,共42頁，2024年2月25日，星期天例題2得流速據(jù)連續(xù)性方程得流量第18頁,共42頁，2024年2月25日，星期天

[例3]

：應(yīng)用細(xì)管式粘度計(jì)測油的粘度，細(xì)管d=6mm，l=2m，Q=77cm3/s，水銀壓差計(jì)讀值h=30cm，水銀密度ρm=13600kg/m3，油的密度ρ=900kg/m3，求油的運(yùn)動(dòng)粘度υ.例題3解：設(shè)為層流第19頁,共42頁，2024年2月25日，星期天校核流態(tài)計(jì)算成立解得運(yùn)動(dòng)粘度第20頁,共42頁，2024年2月25日，星期天[例4]：給水管長30m，直徑d=75mm，材料為新鑄鐵管，流量Q=7.25L/s，水溫t=10℃，求該管段的沿程水頭損失。解：水溫t=10℃時(shí)，水的運(yùn)動(dòng)粘度υ=1.31×10-6m2/s例題4——紊流第21頁,共42頁，2024年2月25日，星期天新鑄鐵管，無接頭，取K1=1.15，K2=1例題4第22頁,共42頁，2024年2月25日，星期天第三節(jié)管路水力計(jì)算在管路的水力計(jì)算中將管路分為：長管、短管長管：局部水頭損失和速度水頭的總和小于沿程水頭損失的5%，管路計(jì)算時(shí)可直接取他們?yōu)檠爻趟^損失的某一百分?jǐn)?shù)或忽略不計(jì)的管路。短管：局部水頭損失和速度水頭的總和大于沿程水頭損失的5%，管路計(jì)算時(shí)不可忽略的管路。第23頁,共42頁，2024年2月25日，星期天

長管簡單管路短管管路串聯(lián)管路復(fù)雜管路并聯(lián)管路管網(wǎng)第24頁,共42頁，2024年2月25日，星期天一、簡單管路水力計(jì)算★短管水力計(jì)算

短管的定義：1、計(jì)算特點(diǎn)1.已知H、d，求Q（校核）2、計(jì)算類型2.已知Q、d，求H（設(shè)計(jì)）3.已知Q、H，求d（設(shè)計(jì)）第25頁,共42頁，2024年2月25日，星期天3、實(shí)例分析

1）水泵吸水管的水力計(jì)算計(jì)算內(nèi)容：已知，求水泵安裝高度。第26頁,共42頁，2024年2月25日，星期天★長管的水力計(jì)算

長管的定義：1、計(jì)算特點(diǎn)

1.

2.2、計(jì)算類型（與短管相同）第27頁,共42頁，2024年2月25日，星期天

簡單管路1.定義：d、Q沿程不變的管路，稱為簡單管路。2.水力關(guān)系

伯努利方程上式說明：全部水頭消耗在沿程水頭損失上和產(chǎn)生出口速度水頭。第28頁,共42頁，2024年2月25日，星期天

連續(xù)性方程3.關(guān)于的計(jì)算式中：

稱為管路特性阻力系數(shù)。第29頁,共42頁，2024年2月25日，星期天對(duì)于短管第30頁,共42頁，2024年2月25日，星期天對(duì)于長管式中：

管路特性流量

第31頁,共42頁，2024年2月25日，星期天二、串聯(lián)管路水力計(jì)算第32頁,共42頁，2024年2月25日，星期天1.定義：由d不同的若干段管順次聯(lián)接的管路，稱為串聯(lián)管路。2.水力關(guān)系類比電路第33頁,共42頁，2024年2月25日，星期天例：鑄鐵管長L=2500m，流量Q=0.25m3/s，作用水頭H=25m，為充分利用水頭，設(shè)計(jì)串聯(lián)管道解：（1）如按簡單長管計(jì)算水力計(jì)算表aH1=0.105→d1=450mm浪費(fèi)水頭，投資加大aH2=0.196→d2=400mm水頭不夠第34頁,共42頁，2024年2月25日，星期天（2）設(shè)計(jì)串聯(lián)管路d1=450mm→L1d2=400mm→L2解得第35頁,共42頁，2024年2月25日，星期天三、并聯(lián)管路1.定義：在兩節(jié)點(diǎn)間并設(shè)兩條以上的管路，稱為并聯(lián)管路，其目的是提高供水的可靠性.第36頁,共42頁，2024年2月25日，星期天2.水力關(guān)系類比電路流體的自調(diào)性，阻力平衡第37頁,共42頁，2024年2月25日，星期天例1：某兩層樓的供暖立管，管段1的d=20mm，總長20m，Σζ1=15，管段2的d=20mm，總長10m，Σζ2=15，管路λ=0.025，干管總流量Q=1L/s，求Q1和Q2解：并聯(lián)第38頁,共42頁，2024年2月25日，星期天解得阻力平衡水平失調(diào)異程→同程第39頁,共42頁，2024年2月25日，星期天例2：流量Q=4L/s的泵從兩個(gè)有初始液位差h=0.5m的油箱中吸油，在節(jié)點(diǎn)A以前的兩條管路有相同的長度l