流体力学泵与风机管路计算.ppt

;【知识点】 简单管路的概念，简单管路的计算，复杂管路及其计算，有压管路中的水击，均匀流管路及其计算。 【能力目标】 熟练识记 简单管路、串联管路、并联管路及均匀流管路的定义，水击的概念； 领会 水击的产生及传播过程； 熟练掌握及运用 简单管路、串联管路、并联管路及均匀流管路的水力计算。 ;5.1 简单管路的计算;简单管路是指具有相同管径d，相同流量Q的管段，它是组成各种复杂管路的基本单元。如图5.1所示。 以0-0为基准线，列1-1，2-2两断面间的能量方程式（忽略自由液面速度，且出流流至大气）： ;因出口局部阻力系数ζ0=1，若用ζ0代替1计入到 中去，则上式可简化为 用 代入上式，得 令 则;对于一定的流体（即γ、ρ一定），在d、l已给定时，S只随λ和 变化。从前面章节知道，λ值与流动状态有关，当流动处在阻力平方区时，λ仅以K/d有关，所以在管路的管材已定的情况下，λ值可视为常数。 项中只有进行调节的阀门的ζ可以改变，而其它局部构件已确定局部阻力系数是不变的。S对已给定的管路是一个定数，它综合反映了管路上的沿程阻力和局部阻力情况，故称为管路阻抗。 从式（5.1）可以看出，用阻抗表示简单管路的流动规律非常简练，它表示的规律为：简单管路中，总阻力损失与体积流量平方成正比。这一规律在管路计算中广为应用。 式（5.1）是在图5.1具体条件下（出流至大气，1-1断面p1=pa，无高差）导出，得到水池水位H全部用来克服流动阻力。但对其它类型管路并不如此，必须具体加以分析。;图5.2是水泵向水箱送水的 简单管路（d及Q不变）， 以0-0为基准面，列1-1， 2-2两断面间的能量方程 式，移项后得 略去液面速度水头，输入水头为 式（5.2）说明水泵扬程不仅用来克服流动阻力，还用来提高液体的位置水头、压强水头，使之流到高位压力水箱中。 ;所谓虹吸管即管道中一部分高出上游供水液面的简单管路（见图5.3）。工作时先将虹吸管内抽成真空，在压差的作用下，高位水流通过虹吸管引向低位水流。只要管内真空不被破坏，并使高低位保持一定的水位差，虹吸作用就将保持下去，水流会不断地流向低位。由于利用虹吸管输水具有节能、跨越高地、便于操作等优点，因此在工程中广泛应用。但当真空达到某一限值时，会将使溶解在水中的空气分离出来，随真空度的加大，空气量增加。大量气体集结在虹吸管顶部，缩小有效过流断面阻碍流动，严重时造成气塞，破坏液体连续输送。为了保证虹吸管正常流动，必须限定管中最大真空高度不得超过允许值 [hv]=7～8.5mH2O。 ;虹吸管中存在真空区段是它的流动特点，控制真空高度则是虹吸管的正常工作条件。 现以水平线0-0为基准面，列出图5.3中1-1、2-2能量方程。 令 于是;这就是虹吸管流量计算公式。 式中 在图5.3条件下： 式中 ——进口阻力系数； ——转弯阻力系数； ——出口阻力系数。;式中H0在图5.3条件下： 以上数值代入式（5.3）中 于是流量为： 所以;为计算最大真空高度，取1-1及最高断面C-C列能量方程。 在图5.3条件下， ， ， ，上式为 用式（5.5）的v代入上式中得出 为了保证虹吸管正常工作，式（5.6）计算所得的真空高度 应小于最大允许值[hv]。 ;【例5.1】给出图5.3的具体数值如下： H=2m，l1=15m，l2=20md=200mm， ， ， ， ，[hv]=7m。 求通过虹吸管流量及管顶最大允许安装高度。 ; 串联管路是由许多简单管路首尾相接组合而成，如图5.4所示。 ;管段相接之点称为节点，如图中a点、b点。在每个节点上都遵循质量平衡原理，即流入的质量流量与流出的质量流量相等，当ρ=常数时，流入的体积流量等于流出的体积流量，取流入流量为正，流出流量为负，则对于每一个节点可以写出。因此对串联管路（无中途分流或合流）则有： Q1=Q2=Q3 （式5.7） 管路的阻力损失是： 因流量Q各段相等，于是得