第六講管路計算

1、 1.當量直徑當量直徑de及水力學半徑及水力學半徑rH 第四節(jié)第四節(jié) 流體的流動阻力流體的流動阻力 五、非圓形直管的阻力損失五、非圓形直管的阻力損失 de=4(流動截面積）/潤濕周邊長度 de=4rH 此法一般適用于湍流時的阻力損失計算 層流： Re C 非圓形直管的阻力損失時，只能用當量直徑de代替雷諾數(shù)和計算阻力損失公 式中的直徑d，而不能用de計算其中的流速u, 流速通過實際流動截面積計算。 1. 1. 阻力系數(shù)法阻力系數(shù)法 將局部阻力表示為動能的某一倍數(shù)。 第四節(jié)第四節(jié) 流體的流動阻力流體的流動阻力 六六、局部阻力、局部阻力 2 2 f u W 局部阻力：局部阻力：流體流經管件、閥門等

2、局部地方由于流速大小及方向的 改變而引起的阻力。 0.5 1.0 c e 常用： 進口 出口 第四節(jié)第四節(jié) 流體的流動阻力流體的流動阻力 六六、局部阻力、局部阻力 2 2 e f lu W d 2. 2. 當量長度法當量長度法 將流體流過管件或閥門的局部阻力，折合成直徑相同、長度為le的 直管所產生的阻力 。 阻力計算通式為：阻力計算通式為： 2 2 e f llu W d 減少流動阻力的途徑：減少流動阻力的途徑： 管路盡可能短，盡量走直線，少拐彎； 盡量不安裝不必要的管件和閥門等； 管徑適當大些。 常見管件及閥門的阻力系數(shù)及當量長度常見管件及閥門的阻力系數(shù)及當量長度 名稱 zle /d 名稱

3、 zle /d 45標準彎頭0.3517閘閥(全開)0.179 90標準彎頭0.7535閘閥(半開)4.5225 180回彎頭1.575標準閥(全開)6.0300 標準三通管150標準閥(半開)9.5475 管接頭0.042止逆閥(球式)70.03500 活接頭0.042止逆閥(搖板式)2.0100 簡單管路沒有分支與匯合的單一管路 復雜管路有分支與/或匯合的管路，包括最為復 雜的管網(wǎng) 按管路配置分類： 是否有分流或合流 第五節(jié)第五節(jié) 管路計算管路計算 條件：1-1液位恒定，定態(tài)流動，管徑相同。 ,1,2ffAf A Bf B WWWW , f A B Wu A B 1 1 2 2 閥門關小，

4、A、B點壓力如何變化？ ,1 fAA uWp ,2 f BB uWp 第五節(jié)第五節(jié) 管路計算管路計算 一、阻力對管內流動的影響一、阻力對管內流動的影響 結論：結論：任何局部阻力的增加將使管內各處的流速下降； 下游阻力增大將使上游壓強上升； 上游阻力增大將使下游壓強下降。 ,0 220 Af Wup O-2: 閥門A關小，各參數(shù)如何變化？ 03 puO-3: A B 1 1 2 2 3 3 0 00 pu1-O: 結論：結論：關小閥門使所在支管的流量下降，與之平行的支 管內流量上升，但總的流量還是減少了。 第五節(jié)第五節(jié) 管路計算管路計算 一、阻力對管內流動的影響一、阻力對管內流動的影響 1. 1

5、. 簡單管路的計算簡單管路的計算 表示簡單管路中各參數(shù)間關系的方程如下： 2 2 e f llu W d 連續(xù)性方程：constconst mV quAquA 不可壓縮 Bernoulli方程： 22 1122 12,1 2 22 Sf upup gzWgzW 阻力計算式： 摩擦系數(shù)計算式： , du f d 第五節(jié)第五節(jié) 管路計算管路計算 二、管路計算二、管路計算 已知管徑、管長、管件和閥門的設置及流體的性質、輸送量，求通 過管路的能量損失，以便進一步確定輸送設備所加入的外功、設備內的 壓強或設備間的相對位置等。 , ,(), , , eV d llqz 即已知： 求：WfWS或p2或Dz

6、步驟：qV , d , , Re 流動形態(tài)； Re , /d Wf ； Bernoulli方程 確定一個未知數(shù)WS或p2或Dz 。 第五節(jié)第五節(jié) 管路計算管路計算 二、管路計算二、管路計算 1. 1. 簡單管路的計算簡單管路的計算 順序求解 已知管徑、管長、管件和閥門的設置、流體的性質及允許的能量損 失，求流速或流量。 , ,(), , , , ef d llWz 即已知： 求：u（qV） 步驟： 設設 u , d , , Re 流動形態(tài) Re , /d 計 設計 / 設=計 qV =0.785d2u 第五節(jié)第五節(jié) 管路計算管路計算 二、管路計算二、管路計算 1. 1. 簡單管路的計算簡單管路

7、的計算 2 e f ll uW d 迭代求解 第五節(jié)第五節(jié) 管路計算管路計算 二、管路計算二、管路計算 【例題【例題】簡單管路簡單管路 已知管長為20m，管徑為53mm，高位槽的安裝高度為4m。管路中 有一個標準直角彎頭，一個閘閥。已知水溫為20，高位槽液面上方壓 強為大氣壓。當閘閥開度為1/2時，流量為多少？當閘閥全開時，流量 又為多少？ 已知管長、管件和閥門的設置、流體的性質及流量，求管徑。 ,(), , , , eV llqz 即已知： 求：d 第五節(jié)第五節(jié) 管路計算管路計算 二、管路計算二、管路計算 1. 1. 簡單管路的計算簡單管路的計算 優(yōu)化求解 f d uW 耗用鋼材少設備費 小

8、 大功率泵操作費 如補充已知條件Wf，則退化為第二類問題。 u u opt 設備費設備費 總費用總費用 費用費用 操作費操作費 第五節(jié)第五節(jié) 管路計算管路計算 二、管路計算二、管路計算 2. 2. 復雜管路的計算復雜管路的計算 特點：特點： 總流量等于各支管流量之和，即： 可對任一支管，列出分支或匯合前后的機械 能守恒式。 對并聯(lián)管路： ,1,2,VVVV n qqqq ,1,2,mmmm n qqqq ,1,2,fff n WWW 第五節(jié)第五節(jié) 管路計算管路計算 二、管路計算二、管路計算 【例題【例題】并聯(lián)管路并聯(lián)管路 在相同的容器1，2內填充高度為1m和0.5m的固體顆粒，并以相同 的管路

9、并聯(lián)組合。兩支路的管長皆為5m，管徑皆為200mm。直管阻力 系數(shù)為0.02。每支管安裝一閘閥。容器1和2的局部阻力系數(shù)各為10和5。 已知管路的總流量為0.3m3/s，試求： 當兩閥門全開時，兩支路的流量比 和并聯(lián)管路的阻力損失； 當兩閥門同時關小至zCzD30時， 兩支管的流量比及并聯(lián)管路的阻力損失有 何變化？ 12 CD A B 第五節(jié)第五節(jié) 管路計算管路計算 二、管路計算二、管路計算 【例題【例題】并聯(lián)管路并聯(lián)管路 閥門全開 閥門半開 討論：討論： 對于并聯(lián)管路，若各支管阻力不等，即使直徑相同，也會導致 流量分配的不均勻，使并聯(lián)設備不能發(fā)揮應有的作用，這一點在并聯(lián) 管路的設計中必須充分

10、注意； 在不均勻并聯(lián)管路中串聯(lián)大阻力元件，可提高流量分配的均勻 性，其代價是能量的消耗。 ,1 , ,2 0.73 86.38J/kg V f A B V q W q ,1 , ,2 0.94 429.7J/kg V f A B V q W q 第五節(jié)第五節(jié) 管路計算管路計算 二、管路計算二、管路計算 【例題【例題】分支管路分支管路 用長度l=50m、直徑d1=25mm的總管，從高度z=10m的水塔向用水 處供水。在用水處水平安裝d2=10mm的支管10個。設總管摩擦系數(shù) =0.03，總管局部阻力系數(shù)1=20。支管很短，閥門全開時包括出口損 失在內的支管阻力相當于一個2=6.4的球心閥的阻力。分流點的阻力可 以忽略。求： 當所有閥門全開時，總流量qV =？m3/s 再增設同樣10個支路，各支路阻力同前， qV有何變化？ 第五節(jié)第五節(jié) 管路計算管路計算 二、管路計算二、管路計算 【例題【例題】分支管路分支管路 設有n個支路： 2 4 2 2 12 11 2gz u ld n dd 當總管阻力支管阻力： 2 K u n 2 2 12 1 d unuK d 2 11 const 4 V qd u