流体力学第五章压力管路的水力计算.docx
- 文档编号:1601781
- 上传时间:2022-10-23
- 格式:DOCX
- 页数:14
- 大小:296.44KB
流体力学第五章压力管路的水力计算.docx
《流体力学第五章压力管路的水力计算.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《流体力学第五章压力管路的水力计算.docx(14页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
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
②水力特征:
a、节点处流出与流入的流量平衡
b、沿一条干线上总水头损失为各段水头损失为各段水头损失总和
c、节点处:
4、串、并联管路的水力计算
①串联管路——属于长管计算第一类问题
已知:
Q
求:
d
解:
确定合理流速V合理=?
→合理d
②并联管路——属于长管计算第二类问题
5、串、并联管路在长输管线上的应用
①增加输送流量
②延伸输送距离
③克服翻越点
例1:
某水罐1液面高度位于地平面以上z1=60m,通过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,假设l1=l2=l3=2500m,d1=d2=d3=0.5m,各管的沿程阻力系数均为λ=0.04。
试求引入每一水罐的流量。
解:
取1-1、2-2两液面列伯努利方程:
所以,
(1)
取1-1、3-3两液面列伯努利方程:
所以,
(2)
又⇨ (3)
得⇨
第三节 短管水力计算
许多室内管线,集油站及压水站内管线管件较多,属于短管。
短管计算问题,多涉及到能量方程的利用:
一、综合阻力系数
已知:
大直径管段:
直径d1,长l1
小直径管段:
直径d2,长l2
孔板直径:
d孔
则全管路总水头损失为:
为了计算方便,一般以出口速度作为标准,把其它速度化成出口速度表示的形式,由连续性方程:
ζc ——综合阻力系数
二、短管实用计算通式
由图A→B,1-1~2-2断面列能量方程:
令 ——称之为作用水头。
则
所以
令 ——为流量系数,
则:
例题:
书本P162
书本例5-5 有错
P163(3) 泵的扬程应为:
N=γQH=9800×0.2×5.607/60=183.162W(N=γQH/735=0.2492马力)
第四节 孔口和管嘴泄流
基本概念:
•自流管路:
完全靠自然位差获得能量来源输送或排泄液体的管路。
•孔 口:
储液罐壁或底部打开的小孔。
•管嘴:
在孔口处接出短管。
•定水头出流(稳定流):
液流流经孔口与管嘴时,液面位置保持不变的流动。
•自由出流:
出流于大气之中。
•淹没出流:
流向液体之中。
一、定水头孔口泄流
1、定水头薄壁圆形小孔口自由出流。
•薄壁孔口:
孔口有尖锐的边缘,液体与孔口周围只有线接触。
•小孔口:
——孔口有效断面上所有的点都可用其中线上的点来代替。
(1)射流结构分析:
收缩断面C-C的形成:
流线特性,流线不能突然转折,液流射出时,将向内部收缩形成收缩断面c-c(约在距出口处)
收缩断面:
——收缩系数:
0.62~0.64
(2)定水头薄壁圆形小孔口自由出流流量计算公式
取0-0~c-c列方程,压强标准为绝对压强,则有:
令
流速系数:
则
即 ——孔口泄流流量计算公式
流量系数:
(3)说明:
1理论流速:
——实际流量与理想流量之比。
——实际流速与理想流速之比。
② 实验证明:
=0.6~0.62,取0.6
③对于理想流体:
④ 作用水头:
如图:
H0=21m
2、淹没出流
两液面:
(H0=H1-H2)
二、管嘴泄流
1、标准圆柱管嘴:
自孔口接出短管直径与孔口直径相同,
且l=(3~4)d
2、管嘴与孔口区别:
①流态不一样,先收缩,再扩大,然后封住出口,均匀泄出。
②孔口只有局部阻力,管嘴加上扩大阻力和沿程阻力。
3、流量计算公式
据公式:
由于ε=1,要知μ,须求φ。
实验修正:
孔口和管嘴的流量公式:
三、管嘴流量系数为什么大于孔口流量系数?
孔口计算断面为收缩断面C-C,其压强为pa,而管嘴收缩处却不一样,管嘴出口在收缩断面之后,由于在C’-C’处液流带走一部分气体形成负压,这就相当于在1-C之间增大了一个压头差,当然,流量系数也就增大了。
取1-C列方程:
压力标准取绝对压力:
( )
因为
所以
即相当于使压头增大了0.75倍
但也不是真空度越大越好,若真空过大,会形成气阻,当气体全被液流带走时,外部空气将进入破坏真空,使液流充不满管子,反而减少流量。
四、其它形式管嘴
见书本 P166,表5-4
例1:
水从封闭水箱上部直径d1=30mm的孔口流至下部,然后经d2=20mm的圆柱行管嘴排向大气中,流动恒定后,水深h1=2m,h2=3m,水箱上的压力计读数为4.9MPa,求流量Q和下水箱水面上的压强p2,设为稳定流。
。
解:
经过孔口的流量Q1
经过管嘴的流量Q2
因为稳定流,所以Q1=Q2
整理得:
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 流体力学 第五 压力 管路 水力 计算