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文檔簡介
第五章壓力管路的水力計算
主要內(nèi)容
”長管水力計算
0短管水力計算
&串并聯(lián)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(jié)構(gòu)特點,分為
簡單管路:等徑無分支
復(fù)雜管路:串聯(lián)、并聯(lián)、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(jié)管路的特性曲線
一、定義:水頭損失與流量的關(guān)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)
篝
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(jié)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(tài)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(dǎo):
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(qū),—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(shè)計院推得經(jīng)驗公式,在混合區(qū):
1.877^0.123^
=0.08024義
c產(chǎn)~~
即:8=0.0802A,m=0,123
A=1(yO.127>g.-O.627)^=△
其中,
d.粗糙區(qū)
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(zhì)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(tài)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(tài)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(shè)一流態(tài),取£,m值,算出0'
hf=Az+—
g2R3二9
b、O'-A-/-B',m',校核流態(tài)
如由0'-廟’和假設(shè)一致,即為所求Q
c、如由一定出的流態(tài)和假設(shè)不一致,重復(fù)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(jīng)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(shè)備(泵)費f
如何解決這一矛盾.,正是一個管徑優(yōu)選問題。鉆、采專業(yè)大綱要求一般了解。
二、串、并聯(lián)管路
1、串聯(lián)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(lián)結(jié)點(節(jié)點)處流量出入平衡,即進入節(jié)點的總流量等于流出節(jié)點的總流量。
£2=0
其中,進為正,出為負,它反映了連續(xù)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(lián)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(lián)
管路。
②水力特征:
a、進入各并聯(lián)管的總流量等于流出各并聯(lián)管的總流量之和,即
b、不同并聯(lián)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(jié)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(jié)點處:7
4、串、并聯(lián)管路的水力計算
①串聯(lián)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(lián)管路一一屬于長管計算第二類問題
5、串、并聯(lián)管路在長輸管線上的應(yīng)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(shè)//=/2=6=2500m,4尸42Ms=0.5m,各管的沿程阻力系數(shù)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(qū)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(jié)短管水力計算
許多室內(nèi)管線,集油站及壓水站內(nèi)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(shù)
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(biāo)準(zhǔn),把其它速度化成出口速度表示的形式,由連
續(xù)性方程:
7c一—綜合阻力系數(shù)
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
則
e=-4=A^;
所以—
1
令舊乙一一為流量系數(shù),
則:Q=/q2gH0
例題:書本P162
書本例5-5有錯
P163(3)泵的揚程應(yīng)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(jié)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(wěn)定流):液流流經(jīng)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(jié)構(gòu)分析:
收縮斷面c—c的形成:流線特性,流線不能突然轉(zhuǎn)折,液流射出時,將向內(nèi)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(shù):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(biāo)準(zhǔn)為絕對壓強,則有:
=外/2gH0
流速系數(shù):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(shù):〃=射
(3)說明:
①理論流速:J2g"o
Q=4A%="2網(wǎng)
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(biāo)準(zhǔn)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(qū)別:
①流態(tài)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(jù)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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