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文檔簡介

第五章壓力管路的水力計算

主要內容

”長管水力計算

0短管水力計算

&串并聯管路和分支管路

@孔口和管嘴出流

基本概念:

1、壓力管路:在一定壓差下,液流充滿全管的流動管路。(管路中的壓強可以大于大氣壓,

也可以小于大氣壓)

注:輸送氣體的管路都是壓力管路。

2、分類:

4按管路的結構特點,分為

簡單管路:等徑無分支

復雜管路:串聯、并聯、分支

」按能量比例大小,分為

長管:和沿程水頭損失相比,流速水頭和局部水頭損失可以忽略的流動管路。

短管:流速水頭和局部水頭損失不能忽略的流動管路。

第一節管路的特性曲線

一、定義:水頭損失與流量的關系曲線稱為管路的特性曲線。

二、特性曲線

鼠=%+h

f2gd2g[ddj2gd2gd2g

其中,

L=l^+l(1)

把A7Td-代入上式得:

…鋁啰素岑)=7^Q2=aQ2

把上式繪成曲線得圖。

第二節長管的水力計算

一、簡單長管

1、定義:由許多管徑相同的管子組成的長輸管路,且沿程損失較大、局部損失較小,計算

時可忽略局部損失和流速水頭。

2、計算公式:簡單長管一般計算涉及公式

XA=匕4(3)

Pi,

21+—=z^+—+hf

y-y(4)

LV^

h,=A

D2^(5)

說明:有時為了計算方便,hf的計算采用如下形式:

Q2~mvn,L

%=B

ds-n,(6)

其中,B、m值如下

流態Bm

層流4.151(a)

水力光滑0.02460.25(b)

混合摩擦O.O8O2A0.123(c)

水力粗糙0.0826X0(d)

?公式(6)的推導:

因為/D2g且

,SAL八,

3R

所以(7)

a.層流時,Re代入(7)式得:

…華4小

即:B=4.15,m=l

/_0.3164

b.水力光滑區,—Re必代入(7)式得:

z^l.750.257z^l-0.250.25r

hf=002463五=002462Ao25

即:B=0.0246,m=1

由大慶設計院推得經驗公式,在混合區:

1.877^0.123^

=0.08024義

c產~~

即:8=0.0802A,m=0,123

A=1(yO.127>g.-O.627)^=△

其中,

d.粗糙區

LV28雙

h=Z。:0.0828專

fd2gd

即:B=0.0826X,m=D

3、簡單長管的三類計算問題

(1)第一類:

己知:輸送流體的性質口,Y

管道尺寸d,L,A

地形

流量Q,,

求:%,Ap,i

Re=—

v

解:Q—Vff確定流態fB,in,4-*hf-*伯努利方程求4P

(2)第二類:

已知:〃,y,d,L,△,Az,Ap

求:Q

解:Q未知f流態也未知fB,勿,/l無法確定一試算法或繪圖法

A.試算法

a、先假設一流態,取£,m值,算出0'

hf=Az+—

g2R3二9

b、O'-A-/-B',m',校核流態

如由0'-廟’和假設一致,即為所求Q

c、如由一定出的流態和假設不一致,重復a。

按第一類問題的計算方法,選取足夠多0,算出值,然后繪制圖形。使用時由%查

找Q即可。

(3)第三類:

已知:Q,Ap,〃,y

求:經濟管徑d

解:考慮兩方面的問題

①dt,材料費t,施工費、運輸費t

VI,損失I,管理費用I

②dl,一次性費用I

vt,損失3設備(泵)費f

如何解決這一矛盾.,正是一個管徑優選問題。鉆、采專業大綱要求一般了解。

二、串、并聯管路

1、串聯管路

①定義:由不同管徑的管道依次連接而成的管路。

②水力特征:

a、各聯結點(節點)處流量出入平衡,即進入節點的總流量等于流出節點的總流量。

£2=0

其中,進為正,出為負,它反映了連續性原理。

b、全線水頭損失為各分段水頭損失之和,即:

它反映了能量守恒原理。

2、并聯管路

①定義:兩條以上的管路在同一處分離,以后又匯合于另一處,這樣的組合管道,叫并聯

管路。

②水力特征:

a、進入各并聯管的總流量等于流出各并聯管的總流量之和,即

b、不同并聯管段A-B,單位重量液體的能量損失相同,即:

hf=hf『l1fl=k=???=C

3、分支管路

①定義:自一點分開不再匯合的管路

②水力特征:

a、節點處流出與流入的流量平衡

b、沿一條干線上總水頭損失為各段水頭損失為各段水頭損失總和

zJ=c

c、節點處:7

4、串、并聯管路的水力計算

①串聯管路一一屬于長管計算第一類問題

已知:Q

求:d

解:確定合理流速V^=?一合理d

②并聯管路一一屬于長管計算第二類問題

5、串、并聯管路在長輸管線上的應用

①增加輸送流量

②延伸輸送距離

③克服翻越點

例1:

某水罐1液面高度位于地平面以上Zl=60m,通過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,假設//=/2=6=2500m,4尸42Ms=0.5m,各管的沿程阻力系數均為

入=0.04。試求引入每一水罐的流量。

解:取1T、2-2兩液面列伯努利方程:

4=z2^hfx+hf2

34仝二松二4區宣

Z,42gZ2~d22g

所以,4+%=4.41

取1-1、3-3兩液面列伯努利方程:

Z|=Z3+%+hf3

所以,片+V;=2.94

(2)

2=q+Qj

又o匕=匕+匕(3)

V,=\.67m/s

,匕=1.28/77/5

Q2=0.25加/5

匕=0.39〃z/so]03=0.0765//s

第三節短管水力計算

許多室內管線,集油站及壓水站內管線管件較多,屬于短管。

短管計算問題,多涉及到能量方程的利用:

P、V.2%

21+—+—=^+—+—+^,.

丫2g72g

v2

%=2勺+2%=£贄

一、綜合阻力系數

1、大閘頭:

2、孔板:,2

3、大小頭:

4.5.6、彎頭:C4,5,6

7、小閘門:47

已知:

大直徑管段:直徑4,長//

小直徑管段:直徑d2,長%

孔板直徑:d孔

則全管路總水頭損失為:

2

】/1片3I、匕2,V,、匕2

42g-d22ga2g'孔2g"R2g

為了計算方便,一般以出U速度作為標準,把其它速度化成出口速度表示的形式,由連

續性方程:

7c一—綜合阻力系數

二、短管實用計算通式

由圖AfB,1—1?2—2斷面列能曷方程:

P1V.2匕2歸

I+"+丁=22+4+丁+久丁

/2g72g2g

2

Pi-p2片一xV2

/2g2g

令Y2g——稱之為作用水頭。

"。=(1+4焉

e=-4=A^;

所以—

1

令舊乙一一為流量系數,

則:Q=/q2gH0

例題:書本P162

書本例5-5有錯

P163(3)泵的揚程應為:

V17

H=Az+h+—=(3.9-0.4-2.0)+3.96+—=5.60加

2g2x9.8

N=yQH=9800X0.2X5.607/60=183.162W(N=yQH/735=0.2492馬力)

第四節孔口和管嘴泄流

基本概念:

?自流管路:完全靠自然位差獲得能量來源輸送或排泄液體的管路。

?孔口:儲液罐壁或底部打開的小孔。

?管嘴:在孔口處接出短管。

?定水頭出流(穩定流):液流流經孔口與管嘴時,液面位置保持不變

的流動。

-自由出流:出流于大氣之中。

?淹沒出流:流向液體之中。

一、定水頭孔口泄流

1、定水頭薄壁圓形小孔口自由出流,,

?薄壁孔口:孔口有尖銳的邊緣,液體與孔口周圍只有線接觸。

dW—H

?小孔口:1°一一孔口有效斷面上所有的點都可用其中線上的點來代替。

(1)射流結構分析:

收縮斷面c—c的形成:流線特性,流線不能突然轉折,液流射出時,將向內部收縮形成收

d_

縮斷面c—c(約在距出口2處1

£=a=(4)2

收縮斷面:Ad——收縮系數:0.62?0.64

(2)定水頭薄壁圓形小孔口自由出流流量計算公式

取0—0?c—c列方程,壓強標準為絕對壓強,則有:

=外/2gH0

流速系數:9

則Q=AK-A#2gH°-域外⑵乜)Aj2g"o

即Q=〃A12gHo——孔口泄流流量計算公式

流量系數:〃=射

(3)說明:

①理論流速:J2g"o

Q=4A%="2網

Q理一一實際流量與理想流量之比。

夕一一實際流速與理想流速之比。

Q=0.06,9=-^^=-=0.97,6:=0.62~0.64

②實驗證明:V1+0.06

〃=即=0.6?().62,取0.6

③對于理想流體:1L=°,0=1,£=L〃=1

④作用水頭:

如圖:H0=21m

2、淹沒出流

兩液面:

V2

H,=乩+鼻

2g2g

(HO=H-H2)

Q=NA12gM

二、管嘴泄流

3

1、標準圓柱管嘴:自孔口接出短管直徑與孔口直徑相同,

且/=(3?4)d

2、管嘴與孔口區別:

①流態不一樣,先收縮,再擴大,然后封住出口,均勻泄出。

②孔口只有局部阻力,管嘴加上擴大阻力和沿程阻力。

3、流量計算公式

據公式:Q="Ad2gH=opAJ2gH

1

9~~/

取4=0.02,/=3%£=0.64

久=4孔+4擴

=0.06xf—1+f--11+^-=0.06x111+0.02—=0.53

⑷(AJdUJ3)d

(p=f1=0.81

Vi+C

由于£=1,要知u,須求6。

實驗修正:〃二0-82

孔口和管嘴的流量公式:Q=NA」2g”。

〃律嘴二°S2,〃孔n=

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