流体力学 第五章 压力管路的水力计算.doc

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 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） 层流时， 代入（7）式得： 即：β＝ 4.15，m＝1 水力光滑区，代入（7）式得： 即：β＝ 0.0246，m＝1 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， 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 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 ① d↑，材料费↑，施工费、运输费↑ V↓，损失↓，管理费用↓ ② d↓，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z