流体力学第五章压力管路的水力计算.docx
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流体力学第五章压力管路的水力计算
第五章压力管路的水力计算
主要内容
长管水力计算
短管水力计算
串并联管路和分支管路
孔口和管嘴出流
基本概念:
1、压力管路:
在一定压差下,液流充满全管的流动管路。
(管路中的压强可以大于大气压,也可以小于大气压)
注:
输送气体的管路都是压力管路。
2、分类:
按管路的结构特点,分为
简单管路:
等径无分支
复杂管路:
串联、并联、分支
按能量比例大小,分为
长管:
和沿程水头损失相比,流速水头和局部水头损失可以忽略的流动管路。
短管:
流速水头和局部水头损失不能忽略的流动管路。
第一节管路的特性曲线
一、定义:
水头损失与流量的关系曲线称为管路的特性曲线。
二、特性曲线
(1)
把
代入上式得:
(2)
把上式绘成曲线得图。
第二节长管的水力计算
一、简单长管
1、定义:
由许多管径相同的管子组成的长输管路,且沿程损失较大、局部损失较小,计算时可忽略局部损失和流速水头。
2、计算公式:
简单长管一般计算涉及公式
(3)
(4)
(5)
说明:
有时为了计算方便,hf的计算采用如下形式:
(6)
其中,β、m值如下
流态
β
m
层流
4.15
1
(a)
水力光滑
0.0246
0.25
(b)
混合摩擦
0.0802A
0.123
(c)
水力粗糙
0.0826λ
0
(d)
●公式(6)的推导:
因为
且
所以
(7)
a.层流时,
代入(7)式得:
即:
β=4.15,m=1
b.水力光滑区,
代入(7)式得:
即:
β=0.0246,m=1
c.由大庆设计院推得经验公式,在混合区:
即:
β=0.0802A,m=0.123
其中,
d.粗糙区
即:
β=0.0826λ,m=0
3、简单长管的三类计算问题
(1)第一类:
已知:
输送流体的性质μ,γ
管道尺寸d,L,Δ
地形Δz
流量Q,,
求:
hf,Δp,i
解:
Q→V→
→确定流态→β,m,λ→hf→伯努利方程求Δp
(2)第二类:
已知:
μ,γ,d,L,Δ,Δz,Δp
求:
Q
解:
Q未知→流态也未知→β,m,λ无法确定→试算法或绘图法
A.试算法
a、先假设一流态,取β,m值,算出Q’
b、Q’→
→
→β’,m’,校核流态
如由Q’→Re’和假设一致,Q’即为所求Q
c、如由Q’→定出的流态和假设不一致,重复a。
B.绘图法
按第一类问题的计算方法,选取足够多Q,算出hf值,然后绘制图形。
使用时由hf查找Q即可。
(3)第三类:
已知:
Q,Δp,Δz,Δ,L,μ,γ
求:
经济管径d
解:
考虑两方面的问题
①d↑,材料费↑,施工费、运输费↑
V↓,损失↓,管理费用↓
②d↓,一次性费用↓
V↑,损失↑,设备(泵)费↑
如何解决这一矛盾,正是一个管径优选问题。
钻、采专业大纲要求一般了解。
二、串、并联管路
1、串联管路
①定义:
由不同管径的管道依次连接而成的管路。
②水力特征:
a、各联结点(节点)处流量出入平衡,即进入节点的总流量等于流出节点的总流量。
其中,进为正,出为负,它反映了连续性原理。
b、全线水头损失为各分段水头损失之和,即:
它反映了能量守恒原理。
2、并联管路
①定义:
两条以上的管路在同一处分离,以后又汇合于另一处,这样的组合管道,叫并联管路。
②水力特征:
a、进入各并联管的总流量等于流出各并联管的总流量之和,即
b、不同并联管段A→B,单位重量液体的能量损失相同,即:
3、分支管路
①定义:
自一点分开不再汇合的管路
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