《管路計(jì)算》PPT課件.ppt

1、第五章 管路計(jì)算,第一節(jié) 管路計(jì)算的任務(wù) 第二節(jié) 簡(jiǎn)單管路計(jì)算 第三節(jié) 串聯(lián)與并聯(lián)管路計(jì)算 第四節(jié) 管網(wǎng)計(jì)算基礎(chǔ) 第五節(jié) 壓力管路中的水擊 第六節(jié) 無(wú)壓均勻流計(jì)算,第一節(jié) 管路計(jì)算的任務(wù) 工程是幾種的各種流體輸配管路，例如供水管 路、供熱管路、通風(fēng)管路等都會(huì)涉及到管路的計(jì)算 問(wèn)題，即流量、能量損失和管道幾何尺寸之間關(guān)系 的確定問(wèn)題。管路計(jì)算的任務(wù)就是利用流體力學(xué)的 基本理論，根據(jù)流體在管路中的具體流動(dòng)規(guī)律，確 定其流量、能量損失和管道幾何尺寸之間的關(guān)系， 工程是幾種也將管路計(jì)算稱為水力計(jì)算。 一、管路計(jì)算問(wèn)題的類型： 1、設(shè)計(jì)計(jì)算：設(shè)計(jì)計(jì)算是在管路布置已經(jīng)確定、 流量已知的條件下，選擇合適的管

2、徑并計(jì) 算水頭損失，以便合理地選用泵與風(fēng)機(jī)。,例如在供熱、通風(fēng)管路設(shè)計(jì)中，管路的布置和流量 是根據(jù)工程的具體要求確定，管路計(jì)算的任務(wù)就是 經(jīng)濟(jì)合理地確定各管段的管徑，計(jì)算流動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生 的能量損失，合理地選擇出泵與風(fēng)機(jī)。這類問(wèn)題在 從事新工程設(shè)計(jì)時(shí)會(huì)經(jīng)常遇到。 2、校核計(jì)算：校核計(jì)算一般是在管路直徑、作用 壓頭已知的條件下，確定通過(guò)管路的流量，即校核 管路的輸送能力。這類問(wèn)題在舊工程的改建或擴(kuò)建 中會(huì)經(jīng)常遇到。,二、管路流動(dòng)的類型： 1、“短管”：指局部損失在總損失中所占的比例較 大（超過(guò)沿稱損失的10%）兩部分損失必須是 同時(shí)考慮的管路。工程實(shí)際中的大多數(shù)管流都 需要按照“短管”來(lái)處理。 2、

3、“長(zhǎng)管”：指局部損失在總損失中所占的比例較 ?。ú怀^(guò)沿程損失的10%），計(jì)算時(shí)可將其 忽略或按照沿程損失百分比（5%10%）進(jìn)行估 算的管路。城市中的給水干管、供熱干管以及 長(zhǎng)距離輸油管道可以按照“長(zhǎng)管”考慮。,三、管路的構(gòu)成類型： 1、簡(jiǎn)單管路： 簡(jiǎn)單管路是指管徑和流量沿程不發(fā)生變 化的管路。簡(jiǎn)單管路是構(gòu)成各種復(fù)雜管路的 基本單元。 2、復(fù)雜管路： 復(fù)雜管路是指管徑或流量沿程發(fā)生變化 的管路。根據(jù)其具體的布置情況又可以分為 串聯(lián)管路、并聯(lián)管路和管網(wǎng)。管網(wǎng)屬于分支 管路，按其分枝的特點(diǎn)可劃分為枝狀管網(wǎng)和 環(huán)狀管網(wǎng)。,第二節(jié) 簡(jiǎn)單管路計(jì)算 一、“短管”的計(jì)算： 如圖所示的簡(jiǎn)單管路短管系統(tǒng)，管道

4、的直徑為d， 管道的長(zhǎng)度為L(zhǎng)，水箱中的水通過(guò)該簡(jiǎn)單管路流入大氣 中。取基準(zhǔn)面O-O通過(guò)管道的軸線，水箱水面到基準(zhǔn)面 的距離為H。 列水箱水面11和管道出口斷面22的能量方程,整理可得 如果將出口處的流速水頭看作=1的局部水頭損失，并 且合并到中去，則 將 代入上式可得： 另 能量方程轉(zhuǎn)化為 （1）,H 作用水頭。（m） SH 阻抗，也稱為管路特性阻力系數(shù)（s2/m5） Q 流量。（m3/s） 如果是氣體管路，不具有明顯的水頭特征，應(yīng)該采 用壓強(qiáng)來(lái)表示，即在（1）式兩端乘以容重，則其計(jì)算 公式變?yōu)?p 作用壓強(qiáng)（N/m2） Sp 阻抗（kg/m7） Q 流量（m3/s） 注：上述計(jì)算式中的包含了

5、系統(tǒng)中所有的局部阻 力構(gòu)件及管道出口處的局部阻力系數(shù)。,二、“長(zhǎng)管”的計(jì)算： 在長(zhǎng)距離輸水系統(tǒng)中，局部損失和出口處的流速水頭 要比沿程損失小的多，因此可以忽略不計(jì)。 列水箱水面1-1和管道出口斷面2-2之間能量方程,將方程進(jìn)行整理并忽略局部水頭損失和流速水頭，可得 式中 長(zhǎng)管管路阻抗（s2/m5） 上式是長(zhǎng)管的特性阻力方程式，在給水工程中，常 將該式寫為 式中 A長(zhǎng)管管路比阻，（s2/m6） L管道長(zhǎng)度（m） Q流量（m3/s） 在實(shí)際工程中，為了簡(jiǎn)化計(jì)算，常將比阻值整理成 專用水力計(jì)算表，可在設(shè)計(jì)手冊(cè)中查到。,第三節(jié) 串聯(lián)與并聯(lián)管路計(jì)算,一、串聯(lián)管路： 串聯(lián)管路是由許多簡(jiǎn)單管路首尾相接組合而

6、成，如 圖所示。,簡(jiǎn)單管路是構(gòu)成復(fù)雜管路的基本單元。 特性一、流量規(guī)律 當(dāng)無(wú)節(jié)點(diǎn)分流： 特性二、阻力損失規(guī)律 即 特性三、阻抗規(guī)律 因：串聯(lián)管路 故 即 S管路總阻抗數(shù)（ ） 各管段的阻抗數(shù)（ ） 而對(duì)于長(zhǎng)管：,二、并聯(lián)管路： 流體從總管路節(jié)點(diǎn)a上分出兩根以上的管段，而這 些管段同時(shí)又匯集到另一節(jié)點(diǎn)b上，在a和b之間的各管 段稱為并聯(lián)管路。,特性一、流量規(guī)律 由質(zhì)量守恒定律 流入流量=流出流量 特性二、阻力損失規(guī)律 節(jié)點(diǎn)a,b處單位能量只有一個(gè)值，即（ ）a或b，所以單位重量流體通過(guò)任意并聯(lián)分支的能量損失必然相等。 特性三、阻抗規(guī)律 由上式得: 又因并聯(lián)管路 得,并聯(lián)管路各管段流量之比為： 例

7、題：某兩層樓的供暖立管，管段1的直徑為20mm，總長(zhǎng)為20m， =15。管段2的直徑為20mm，總長(zhǎng)為10m， =15， 管路的 =0.025，干管中的流量QV=110-3m3/s，求QV1和QV2。 解：節(jié)點(diǎn)a.b間并聯(lián)有1.2兩管段, 由 得 ， 計(jì)算S1、S2，,所以 則： 又因： 于是得：,第四節(jié) 管網(wǎng)計(jì)算基礎(chǔ),管網(wǎng)是一種在許多節(jié)點(diǎn)處有分支、由簡(jiǎn)單管路經(jīng)過(guò) 串聯(lián)和并聯(lián)所構(gòu)成的復(fù)雜管路。工程中的一切復(fù)雜管路 系統(tǒng)均為管網(wǎng)。管網(wǎng)按其布置方式可分為枝狀管網(wǎng)和環(huán) 狀管網(wǎng)。如下圖所示。 枝狀管網(wǎng) 環(huán)狀管網(wǎng),一.管網(wǎng)水力計(jì)算的類型 設(shè)計(jì)計(jì)算：確定d ， 和進(jìn)行阻力平衡。 校核計(jì)算：核算阻力損失及Q

8、和動(dòng)力設(shè)備。 二.管網(wǎng)的水力計(jì)算方法 支狀管網(wǎng)： 劃分管段，進(jìn)行節(jié)點(diǎn)編號(hào) 確定最不利的管線，即確定一條主干線。 初選管徑 通過(guò)限定流速V來(lái)計(jì)算d。 確定實(shí)際管徑d，根據(jù)查取標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的管徑d，確定d 之后再核算流速v ，（v= ）在流速范圍內(nèi)即滿 足要求。 阻力損失計(jì)算 選擇動(dòng)力設(shè)備，根據(jù) 選擇 阻力平衡,（二）環(huán)狀管網(wǎng)： 1、任一節(jié)點(diǎn)（如G點(diǎn)）流入流出的流量相等，即 2、任一閉合環(huán)路（如ABGFA）中，如規(guī)定順時(shí)針?lè)较蛄?動(dòng)的阻力損失為正，反之為負(fù)，則各管段阻力損失的 代數(shù)和必等于零，即 哈迪.克羅斯計(jì)算程序： （1）將管網(wǎng)分成若干環(huán)路如圖5-19上分成、三個(gè)閉合環(huán)路。按節(jié)點(diǎn)流量平衡確定流量Q

9、V，選取限 定流速v，定出管徑D。,（2）按照上面規(guī)定的流量與損失在環(huán)路中的正負(fù)值，求出 每一環(huán)路的總水頭損失 （以后寫作 ）。 （3）根據(jù)上面給定的流量QV，若計(jì)算出來(lái)的 不為零， 則每段管路應(yīng)加校正流量QV： 在每一管段上加校正流量，便得出第一次校正后流量 QV1。 （4）重復(fù)上述程序，算出第二次校正后流量QV2，直到滿足 工程精度要求為止。,第五節(jié) 壓力管路中的水擊,一.壓力管路中的水擊現(xiàn)象 定義：壓力管路中運(yùn)動(dòng)的液體，由于外界條件的改變（閥門 的啟閉和水泵的啟閉）使液體的流速發(fā)生突然的改變， 從而引起壓強(qiáng)的突然升高和降低（升高和降低在交替 中進(jìn)行）現(xiàn)象稱為水擊。 實(shí)際：增壓和減壓過(guò)程的

10、交替。 二.水擊現(xiàn)象發(fā)生的過(guò)程 如圖所示，假設(shè)閥門突然關(guān)閉，（即關(guān)閉時(shí)間趨于0， 且采用無(wú)粘性液體模型）設(shè)閥門關(guān)閉前水流的速度為V0,， 水擊發(fā)生的過(guò)程如下：,1.減速增壓過(guò)程 當(dāng)閥門突然關(guān)閉，m-n 斷面最先停止流動(dòng)，動(dòng)量在 瞬間發(fā)生變化。其動(dòng)量變化量= 壓強(qiáng)瞬間上升 （ ），這樣水層m-n 受到壓縮，而管壁則受到 膨脹。m-n 停止運(yùn)動(dòng)后，后面的各水層會(huì)相繼停止流動(dòng)， 形成以波的形式從閥門開始的減速增壓過(guò)程，直到 靠近水池的水層停止。 （C-水擊波速）,2.減速增壓過(guò)程 由于慣性及壓差作用，管道中水的壓縮得以緩解，以 波的形式向閥門方向傳遞，這是解壓波。當(dāng) 時(shí)， 解壓波傳遞到閥門。 3.減

11、速減壓過(guò)程 由于慣性，管道中的水流壓強(qiáng)由P0降低為（ ），這個(gè)低壓彈性波又以波的速度從閥門向水池方向傳播，當(dāng) 時(shí)傳到水池，管道處于瞬時(shí)低壓（ ）狀態(tài)。 4.增速增壓過(guò)程 管道中壓強(qiáng)為P0 ，水池中為 時(shí)，增壓彈 性波傳遞到閥門。此四個(gè)過(guò)程構(gòu)成一個(gè)周期，即 ， 往返兩次。 往返一次所需的時(shí)間稱為水擊相,三.水擊壓強(qiáng)的計(jì)算 直接水擊 時(shí) C水擊波速（m/s） C= 管徑大，管壁薄，管材彈性模量小的管道，其水擊 波速小。 （二）間接水擊 時(shí) 間接水擊壓強(qiáng)比直接水擊壓強(qiáng)小。,四.減小水擊危害的措施 1.規(guī)定最大流速 2.延長(zhǎng)閥門啟動(dòng)時(shí)間 3.采用管徑大，管壁薄，彈性模量小的管道。 4.設(shè)置安全閥 5.

12、設(shè)置緩沖裝置,第六節(jié) 無(wú)壓均勻流的計(jì)算,無(wú)壓流：液體在重力作用下產(chǎn)生的流動(dòng)，通常具有 自由表面，且自由表面上受大氣作用。 無(wú)壓均勻流：流線是相互平行的直線的無(wú)壓流。 例如：天然河道中流動(dòng)和明渠流 一.無(wú)壓均勻流的特點(diǎn)及產(chǎn)生條件 特點(diǎn)：過(guò)流斷面形狀，尺寸及深度沿程不變。 流速分布，斷面平均流速沿程不變。 坡度i 不變=水面坡度=總水頭線坡度 合外力為,產(chǎn)生條件： 流量沿程不變，且為恒定流 長(zhǎng)直管道或棱柱形正底坡的長(zhǎng)渠道 固體壁面的表面粗糙系數(shù)沿程不變，且流道 中無(wú)障礙物 二.無(wú)壓均勻流的水力計(jì)算方法 水力計(jì)算公式 則任意斷面： 設(shè)C= 則開方得：,C謝才系數(shù)（ ） 反映沿程阻力變化規(guī)律的系數(shù)，與 和 有關(guān) 經(jīng)驗(yàn)公式：C= n粗糙系數(shù)，可查表得 此式在n