第5單元 流體流動(dòng)阻力與管路水力計(jì)算-2講解

第5單元流體流動(dòng)阻力與管路水力計(jì)算-2：管路計(jì)算5-2-1長(zhǎng)管與短管管路計(jì)算的內(nèi)容與方法：內(nèi)容：確定流量、水頭損失及管道幾何尺寸間的相互關(guān)系，亦稱為管路的水力計(jì)算。方法：連續(xù)性方程+能量方程（能量損失）一、長(zhǎng)管和短管按沿程損失和局部損失在總損失中所占比重分為長(zhǎng)管和短管。長(zhǎng)管：以沿程損失為主，局部損失可忽略不計(jì)（或可按沿程損失的某一百分比估算）的管路。短管：局部損失在總損失中的比例較大而不能忽略，必須同時(shí)考慮局部阻力和沿程阻力的管路。簡(jiǎn)單管路與復(fù)雜管路簡(jiǎn)單管路：管徑、流量沿程沒(méi)有變化的管路系統(tǒng)。復(fù)雜管路：管徑或流量沿程發(fā)生變化的管路系統(tǒng)。θ5-2-2簡(jiǎn)單管路的計(jì)算一、短管的計(jì)算幾個(gè)概念：自由出流及其局部阻力系數(shù)管流的作用水頭（或阻力水頭）管道阻抗系數(shù)的計(jì)算與特點(diǎn)管路阻抗的含義：通過(guò)單位流量時(shí)的能量損失管路特性方程例題簡(jiǎn)單管道的水力計(jì)算短管（室內(nèi)）、長(zhǎng)管（室外，局阻不計(jì)或按%折合）1.短管的水力計(jì)算類比孔口、管嘴的作用水頭短管的作用水頭1→突擴(kuò)ζ=1，H0→H代入，得SH——管路阻抗S2/m5Sp

kg/m7類比電路：S→R

H(p)→U

Q2→I非圓管例：某鋼管制風(fēng)道，斷面尺寸為400×200mm2，管長(zhǎng)80m，Σζ=2.5，v=10m/s，空氣溫度t=20℃，求壓強(qiáng)損失p解：解題步驟（1）當(dāng)量直徑de（2）Re

t=20℃，υ=15.7×10-6m2/s（3）k/de鋼管制風(fēng)道，k=0.15mm（4）λ由Re和k/de查莫迪圖λ=0.0195或利用阿里特蘇里公式λ=0.0194（5）Sp（6）p（7）選型p→1.2pQ→1.1Q揚(yáng)程略去速度水頭虹吸現(xiàn)象流速虹吸管正常工作條件最大真空度列1-1和最高斷面C-C的能量方程流量最大安裝高度二、長(zhǎng)管的計(jì)算計(jì)算方法：能量方程只計(jì)沿程損失（注意長(zhǎng)管的阻抗系數(shù)）注意事項(xiàng)：查表法的條件是否滿足？（修正與否）2.長(zhǎng)管的水力計(jì)算局部損失（包括速度水頭）不計(jì)，損失線性下降，總水頭線與測(cè)壓管水頭線重合單位長(zhǎng)阻抗——比阻as2/m6kg/m85-2-3?串聯(lián)與并聯(lián)管路的計(jì)算一、串聯(lián)管路串聯(lián)節(jié)點(diǎn)連續(xù)性方程的應(yīng)用串聯(lián)管路的流動(dòng)規(guī)律：各管段流量相等，損失迭加，總阻抗等于各段的阻抗之和。例題1.串聯(lián)管道類比電路例：鑄鐵管長(zhǎng)L=2500m，流量Q=0.25m3/s，作用水頭H=25m，為充分利用水頭，設(shè)計(jì)串聯(lián)管道解：（1）如按簡(jiǎn)單長(zhǎng)管計(jì)算水力計(jì)算表aH1=0.105→d1=450mm浪費(fèi)水頭，投資加大aH2=0.196→d2=400mm水頭不夠（2）設(shè)計(jì)串聯(lián)管路d1=450mm→L1d2=400mm→L2解得二、并聯(lián)管路并聯(lián)并聯(lián)管路的流動(dòng)規(guī)律：并聯(lián)節(jié)點(diǎn)上的總流量=各支管流量之和各并聯(lián)支路的能量損失相等總阻抗平方根倒數(shù)=各支管阻抗平方根倒數(shù)之和水力計(jì)算中“阻力平衡”的含義閉合管路或循環(huán)管路例題2.并聯(lián)管道類比電路流體的自調(diào)性，阻力平衡例1：某兩層樓的供暖立管，管段1的d=20mm，總長(zhǎng)20m，Σζ1=15，管段2的d=20mm，總長(zhǎng)10m，Σζ2=15，管路λ=0.025，干管總流量Q=1L/s，求Q1和Q2解：并聯(lián)解得阻力平衡水平失調(diào)異程→同程例2：流量Q=4L/s的泵從兩個(gè)有初始液位差h=0.5m的油箱中吸油，在節(jié)點(diǎn)A以前的兩條管路有相同的長(zhǎng)度l=10m和直徑d=50mm，若λ=0.03，不計(jì)局部阻力，求：（1）泵開(kāi)始吸油時(shí)，每個(gè)油箱流出的流量q1和q2各為多少？解：A點(diǎn)連續(xù)性方程解得（1）必須pA≥0，列低油箱到A點(diǎn)的能量方程會(huì)出現(xiàn)高位油箱向低位油箱倒灌的現(xiàn)象注意：因q1=0，故q2=Q，解得z≥1.27m（2）當(dāng)h是多少時(shí)，由低位油箱流出的q2=0？（4）當(dāng)z為多高，高位油箱泄空后空氣不會(huì)進(jìn)入泵內(nèi)，且又可使低位油箱可泄空？令q2=0，解得h=1.27m（3）當(dāng)h>1.27m時(shí)會(huì)出現(xiàn)什么情況？5-2-4管網(wǎng)計(jì)算基礎(chǔ)（略提）幾種管網(wǎng)管網(wǎng)水力計(jì)算的內(nèi)容幾種管網(wǎng)的水力計(jì)算方法略提：有壓管中的水擊（水錘現(xiàn)象）管網(wǎng)計(jì)算特點(diǎn)1.枝狀管網(wǎng)的水力計(jì)算（兩類）（1）管網(wǎng)布置已定（Li，ζ，用戶Qc，末端壓力pc或hc），求di，作用壓力p或H——新建管網(wǎng)a.由連續(xù)性方程確定節(jié)點(diǎn)流量b.由流量確定各管段管徑ve——經(jīng)濟(jì)流速（規(guī)范要求）c.由控制線確定作用壓力或d.阻力平衡，調(diào)整支管管徑（2）管網(wǎng)布置和作用壓力已定，求di——校核計(jì)算，擴(kuò)建管網(wǎng)a.由連續(xù)性方程確定節(jié)點(diǎn)流量b.由控制線確定水力坡度l’——局部損失折算成沿程損失的長(zhǎng)度，稱為局阻的當(dāng)量長(zhǎng)度（手冊(cè)可查）c.由各管段J相等條件，計(jì)算各管段管徑和損失d.校核e.計(jì)算支管管徑，并進(jìn)行阻力平衡→標(biāo)準(zhǔn)化2.環(huán)狀管網(wǎng)的水力計(jì)算（1）節(jié)點(diǎn)方程（2）回路方程校正流量ΔQ展開(kāi)，略去二階微量由例：兩個(gè)閉合回路的管網(wǎng)，參數(shù)見(jiàn)圖，不計(jì)局部阻力，求各管段通過(guò)的流量（閉合差小于0.3m即可）解：取ABCD為環(huán)路1，CDEF為環(huán)路2，按順時(shí)針繞行（1）按ΣQi=0分配流量從A點(diǎn)和最遠(yuǎn)點(diǎn)F點(diǎn)分配，可假設(shè)（2）計(jì)算各管段損失并填表注意正負(fù)號(hào)（3）計(jì)算校正流量ΔQ注意公共段CD環(huán)路管段假定流量Qi

Sihihi/QiΔQ管段校正流量校正后的流量Qi校正后的hi1AB+0.1559.76+1.33468.897-0.0014-0.00140.14861.3196BD+0.1098.21+0.98219.821-0.00140.09860.9548DC-0.01196.42-0.01961.960-0.0014-0.0175-0.0289-0.1641CA-0.1598.21-2.209714.731-0.0014-0.1514-2.2512Σ0.087435.410-0.1409環(huán)網(wǎng)計(jì)算表環(huán)路管段假定流量Qi

Sihihi/QiΔQ管段校正流量校正后的流量Qi校正后的hi2CD+0.01196.42+0.01961.9600.0175+0.0175+0.00140.02890.1641DF+0.04364.42+0.583014.575+0.01750.05751.2049FE-0.03911.05-0.819927.330+0.0175-0.0125-0.1424EC-0.08364.42-2.332329.154+0.0175-0.0625-1.4235Σ-2.549673.019-0.1969有壓管道的水擊（水錘）可壓縮、非恒定流1.水擊的物理過(guò)程水擊——流速突然改變，壓力引起大幅度波動(dòng)的現(xiàn)象水擊具有破壞性第一階段水擊速度a在t=l/a時(shí)到達(dá)管道口水擊的過(guò)程1\2\3\4;水擊播的傳播過(guò)程第二階段在t=2l/a時(shí)到達(dá)閥門(mén)第三階段在t=3l/a時(shí)到達(dá)管道口第四階段在t=4l/a時(shí)到達(dá)閥門(mén)循環(huán)、衰減2.直接水擊與間接水擊t=2l/a——相長(zhǎng)Ts——閥門(mén)關(guān)閉時(shí)間閥門(mén)處a0——水中聲音傳播速度（1435m/s）ε——水的彈性系數(shù)（2×109Pa）E——管材彈性系數(shù)（鋼：206×106kPa）δ——管材壁厚（1）直接水擊：（2）間接水擊：3.水擊的危害及減弱水擊的措施（1）危害：