第五章壓力管路

1、第五章壓力管路 第五章第五章 壓力管路的水力計(jì)算壓力管路的水力計(jì)算 第五章壓力管路 本章將結(jié)合輸油管路設(shè)計(jì)中的一些 工程問題，如長輸管線的水力計(jì)算、 串并聯(lián)管路，以及孔口和管嘴泄流 的基本原理，作扼要分析，介紹處 理這些問題的基本方法。 第五章壓力管路 簡單長管 串聯(lián)、并聯(lián)和分支管路 主要內(nèi)容主要內(nèi)容 第五章壓力管路 2211 AvAv 主要公式主要公式 21 2 2 2 2 2 2 1 1 1 1 2g V 2g V w h p z p z Vd Re g V D L hf 2 2 g V hj 2 2 第五章壓力管路 基本概念：基本概念： 在一定壓差下，液流充滿全管的流動(dòng)管路。在一定壓差下

2、，液流充滿全管的流動(dòng)管路。（管路中的管路中的 壓強(qiáng)可以大于大氣壓壓強(qiáng)可以大于大氣壓，也可以小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。 按管路的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，分為 簡單管路簡單管路：等徑、無分支或匯合的管路,直徑可大可小 復(fù)雜管路復(fù)雜管路：直徑有變化或有分支等情況的管路 根據(jù)管道分支、排列和組合的情況: 串聯(lián)、并聯(lián)、分支串聯(lián)、并聯(lián)、分支 第五章壓力管路 按能量比例大小，分為 和沿程水頭損失相比，流速水頭和局部水頭損失可以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(dòng)管路。忽略的流動(dòng)管路。 如果管路中流速水頭和局部水頭損失的和，所占的比例在 515%以下，在水力學(xué)計(jì)算中

3、，可以忽略不計(jì)。 流速水頭和局部水頭損失不能忽略的流動(dòng)管路流速水頭和局部水頭損失不能忽略的流動(dòng)管路 0 j h0 2 2 g V 0 j h0 2 2 g V 第五章壓力管路 與與的關(guān)系曲線稱為管路的特性曲線的關(guān)系曲線稱為管路的特性曲線 llL g V d L g V d ll g V d l d l g V d l g V hhh fjw 當(dāng) 當(dāng) 當(dāng) 其中， 22 222 22 222 （1） 把把 代入上式得：代入上式得： 2 4 d Q A Q V 22 52 2 2 2 84 2 1 2 QQ dg L d Q gd L g V d L hw 第五章壓力管路 1、當(dāng)由泵輸送液體時(shí)，因泵

4、給出的揚(yáng)程H要克服 位差和水頭損失，繪制管路特性曲線時(shí)，縱坐標(biāo)以 泵的揚(yáng)程為準(zhǔn)，故管路特性曲線相應(yīng)地要平移一個(gè)一個(gè) 位差位差的高度。 2、理論上有層流到紊流應(yīng)有折點(diǎn)，實(shí)用上不予考 慮，而繪制光滑曲線 3、根據(jù)水頭損失的計(jì)算通式，當(dāng)有局部水頭損失 時(shí)可折算為當(dāng)量長度并入沿程水頭損失。 4、管路特性曲線對(duì)于確定泵的工況和自流泄油工 況，將有重要作用，在工程設(shè)計(jì)中經(jīng)常使用 第五章壓力管路 1、：由許多管徑相同的管子組成的長輸管路，且沿：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(jì)算時(shí)可程損失較大、局部損失較小，計(jì)算時(shí)可 和和。 n短途無中繼 泵站的 輸油管線和長途兩泵站之間

5、的管線 都屬于簡單長管. n若上述管路有分支或者直徑發(fā)生變化,此時(shí)對(duì)于管路中 直徑不變的每一段或每一個(gè)分支,仍然是簡單長管 第五章壓力管路 2、：簡單長管一般計(jì)算涉及公式：簡單長管一般計(jì)算涉及公式 2211 AVAV f h p z p z 2 2 1 1 g V D L hf 2 2 （1） （2） （3） （4） Vd Re 第五章壓力管路 有時(shí)為了計(jì)算方便，有時(shí)為了計(jì)算方便，hf 的計(jì)算采用如下形式：的計(jì)算采用如下形式： 其中，其中，、m值如下值如下 m mm f d LQ h 5 2 （5） 第五章壓力管路 公式（公式（5）的推導(dǎo)：）的推導(dǎo)： g V D L hf 2 2 2 4 d

6、Q A Q V 2 52 8 Q dg L hf （6） ， 代入（代入（6）式得：）式得： 即：即： Re 64 15 112 4 15. 415. 4 d LQ d LQ hf 第五章壓力管路 ， 代入（代入（6）式得：）式得： 即：即： 25. 0 Re 3164. 0 25. 05 25. 025. 02 75. 4 25. 075. 1 0246. 00246. 0 d LQ d LQ hf 由大慶設(shè)計(jì)院推得經(jīng)驗(yàn)公式，在由大慶設(shè)計(jì)院推得經(jīng)驗(yàn)公式，在： 即：即： 877. 4 123. 0877. 1 0802. 0 d LQ Ahf 0 627. 0lg127. 0 ,10 r A

7、第五章壓力管路 即：即： 5 2 2 52 2 0826. 0 8 2d LQ Q dg L g V d L hf 第五章壓力管路 ：地形z ，流量Q ， 管道尺寸d，L， 輸送流體的性質(zhì) ， ：hf ，p ： QV 確定流態(tài)確定流態(tài) hf 伯努利方程求p Vd Re 第五章壓力管路 4 7/8 103.285 7 .59 (1) (2) 油柱m d LQ hf5 .1940246. 0 75. 4 25. 075. 1 例: 50C的原油,密度=950kg/m3,運(yùn)動(dòng)粘度 =810-5m2/s,流過一根長l=400m,D=150mm,粗糙度 e=0.30mm的管道,流量Q=0.12m3/s,

8、試求產(chǎn)生的壓降. 第五章壓力管路 ： p ，z ，d，L， ：Q ：Q未知未知流態(tài)也未知流態(tài)也未知 )無法確定無法確定 a、先假設(shè)一流態(tài)，取、先假設(shè)一流態(tài)，取值，算出值，算出Q m m m f f L dh Q p zh 2 5 b、Q Q Re 和假設(shè)一致，和假設(shè)一致， Q 即為所求即為所求Q c、 Q 定出的流態(tài)和假設(shè)不一致，重復(fù)定出的流態(tài)和假設(shè)不一致，重復(fù)a。 d V e R A Q V 第五章壓力管路 按第一類問題的計(jì)算方法，選取足按第一類問題的計(jì)算方法，選取足 夠多夠多 Q，算出，算出 hf值，然后繪制圖形。值，然后繪制圖形。 使用時(shí)由使用時(shí)由 hf 查找查找 Q 即可。即可。 p

9、zhf 第五章壓力管路 第五章壓力管路 ： Q ， z ，L， ： 經(jīng)濟(jì)管徑經(jīng)濟(jì)管徑d (p未知未知) ：考慮兩方面的問題：考慮兩方面的問題 、運(yùn)輸費(fèi)、運(yùn)輸費(fèi) V，損失，損失，管理費(fèi)用，管理費(fèi)用 輸油管容易結(jié)蠟輸油管容易結(jié)蠟 一次性費(fèi)用 V，損失，損失， 如何解決這一矛盾，正是一個(gè)管徑優(yōu)選問題。如何解決這一矛盾，正是一個(gè)管徑優(yōu)選問題。 第五章壓力管路 1) 根據(jù)設(shè)計(jì)流量根據(jù)設(shè)計(jì)流量,在速度范圍內(nèi)選擇幾個(gè)不同的管徑在速度范圍內(nèi)選擇幾個(gè)不同的管徑 一般油田內(nèi)部管線或庫內(nèi)管線流速以一般油田內(nèi)部管線或庫內(nèi)管線流速以12m/s左右左右 外輸管線取外輸管線取13m/s 2) 按照所選管徑按照所選管徑d算出

10、速度算出速度v 3) V 、d、v Vd Re 確定流態(tài)確定流態(tài) hf 伯努利方程求水頭損失p 4) 由總水頭損失及壓降確定泵的揚(yáng)程、功率由總水頭損失及壓降確定泵的揚(yáng)程、功率,計(jì)算每年計(jì)算每年 動(dòng)力消耗費(fèi)用動(dòng)力消耗費(fèi)用 計(jì)算全部設(shè)備投資、管線投資及每年平均折舊費(fèi) 計(jì)算每年的檢修、保養(yǎng)及管理費(fèi) 5)管徑管徑d年費(fèi)用曲線年費(fèi)用曲線 第五章壓力管路 20C的四氯化碳,密度=1590Kg/m3,運(yùn)動(dòng)粘度=6.110-7 m2/s, 通過長度l=20m的鋼管,流量Q=210- 3m3/s,要求單位長度的壓降 為p/l=3.7kpa/m,設(shè)e=0.046mm,試問需要管徑D。 第五章壓力管路 第五章壓力管

11、路 第五章壓力管路 各聯(lián)結(jié)點(diǎn)（節(jié)點(diǎn)）處流量出入平衡，即進(jìn)入節(jié)點(diǎn)的各聯(lián)結(jié)點(diǎn)（節(jié)點(diǎn)）處流量出入平衡，即進(jìn)入節(jié)點(diǎn)的 總流量等于流出節(jié)點(diǎn)的總流量?？偭髁康扔诹鞒龉?jié)點(diǎn)的總流量。 其中，其中， 全線水頭損失為各分段水頭損失之和，即：全線水頭損失為各分段水頭損失之和，即： 它反映了它反映了。 fnffff hhhhh i 21 0 i Q 第五章壓力管路 進(jìn)入各并聯(lián)管的總流量等于流出各并聯(lián)管的總流進(jìn)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，即量之和，即 不同并聯(lián)管段不同并聯(lián)管段ABAB，單位重量液體的能量損失相，單位重量液體的能量損失相 同，即：同，即： Chhhh ffff i 21 i QQ 第

12、五章壓力管路 屬于長管計(jì)算第一類問題屬于長管計(jì)算第一類問題 ：Q Q ：d d ：確定合理流速：確定合理流速 V V合理 合理？ ？ 合理合理d d 屬于長管計(jì)算第二類問題屬于長管計(jì)算第二類問題 因?yàn)樗婕暗搅髁糠峙鋯栴}，因?yàn)樗婕暗搅髁糠峙鋯栴}，Q Q Q1 ? Q2 ? Q3 ? 第五章壓力管路 一輸水管路，總流量Q100L/s，各段管徑、長度及程水力摩阻 系數(shù)分別標(biāo)于圖中，試確定流量Q1、Q2及AB間的水頭損失為多少？ g d Q d L g d Q d L g d Q d L hhhh BfAfff 2 4 2 4 2 4 2 2 2 2 3 3 3 2 2 2 2 2 2 2 2 2

13、 1 1 1 1 1 321 ）（即1243. 1 9 .1656876809 .888825600 25. 025. 0 300 025. 0 3 . 03 . 0 900 024. 0 25. 025. 0 1000 025. 0 21 2 2 2 2 2 2 2 1 4 2 2 4 2 2 4 2 1 QQ QQQQ QQQ 1 . 0 21 QQQ 又 （2） Q10.0446m3/s44.6L/s Q20.0554 m3/s55.4L/s mh BfA 216. 4 8 . 92 1 25. 014. 3 160446. 0 25. 0 1000 025. 0 42 2 第五章壓力管

14、路 一管路系統(tǒng)，CD管中的水由A、B兩水池聯(lián)合供應(yīng)。已知L1 500m，L0500m，L2300m，d10.2m，d00.25m，1 0.029，20.026，00.025，Q0100L/s。求Q1、Q2及d2 解：按長管計(jì)算 smsLQ/1 . 0/100 3 0 sm d Q VD/038. 2 25. 014. 3 1 . 044 22 0 0 m g V d L hf6 .10 8 . 92 038. 2 25. 0 500 025. 0 2 2 2 0 0 0 00 AD伯努利方程： mhhh fff 4 . 46 .10520520 101 BD伯努利方程： mhhh fff 4

15、. 36 .10519519 202 第五章壓力管路 sLsmQQQ sLsmQ m Q g d Q d L hf /8 .65/0658. 00342. 01 . 0 /2 .34/0342. 0 4 . 4 8 . 92 2 . 014. 3 4 2 . 0 500 029. 0 2 4 3 102 3 1 2 2 1 2 2 1 1 1 1 11 m d dg d Q d L h f 4 . 3 8 . 92 14. 3 0658. 04 300 026. 0 2 4 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 22 d2=0.242m 第五章壓力管路 4、分支管路、分支管路 ：自一點(diǎn)分開不

16、再匯合的管路 ： a、節(jié)點(diǎn)處流出與流入的流量平衡 b、沿一條管線上總水頭損失為為各段水頭損失總和 c、節(jié)點(diǎn)處： c p z 第五章壓力管路 、分支管路、分支管路 1)選定主干線(以起點(diǎn)到最遠(yuǎn)點(diǎn)為主干線) 2)按各終點(diǎn)流量要求,從末端前推,分配各管段流量 3)根據(jù)流量及合理流速,選定各段管徑 4)計(jì)算干線各段水頭損失,確定干線上各節(jié)點(diǎn)處的壓頭,推算 起點(diǎn)壓頭,確定泵壓或罐塔高度 5)通過節(jié)點(diǎn)壓頭確定各支管的水頭損失,再根據(jù)設(shè)定的管徑校 核水頭損失,不符合則重選支管徑 第五章壓力管路 許多室內(nèi)管線，集油站及壓水站許多室內(nèi)管線，集油站及壓水站 內(nèi)管線管件較多，屬于短管。內(nèi)管線管件較多，屬于短管。 短

17、管計(jì)算問題，多涉及到短管計(jì)算問題，多涉及到 ： g V hhh cjfw 2 2 出口 w h g V p z g V p z 22 2 2 2 2 1 1 21 第五章壓力管路 g V g V g V g V d l g V d l hhh jfw 222 22 2 2 76543 2 2 1 1 2 2 2 2 2 2 1 1 1 1 孔 孔 ： 大直徑管段：直徑大直徑管段：直徑，長，長l1 小直徑管段：直徑小直徑管段：直徑d2，長，長l2 孔板直徑：孔板直徑：d孔 孔 則則 （1） 第五章壓力管路 為了計(jì)算方便，一般以為了計(jì)算方便，一般以作為標(biāo)準(zhǔn)，把其它速度作為標(biāo)準(zhǔn)，把其它速度 化成出口

18、速度表示的形式，由連續(xù)性方程：化成出口速度表示的形式，由連續(xù)性方程： 2 2 2 2 2 1 2 2 1 2 1 ,V d d VV d d V A A V 孔 孔 g V g V d l d d d d d l h cw 22 2 2 2 2 76543 2 2 2 4 2 4 1 2 1 1 1 1 孔 孔 （2） 第五章壓力管路 令令 稱之為稱之為。 則則 所以所以 由圖由圖AB，1122斷面列能量方程：斷面列能量方程： g V g V p z g V p z c 222 22 2 2 2 1 1 221 g V g V pp zz c 2 1 2 22 21 21 21 g V pp

19、zzH 2 2 21 210 1 2 2 2 2 2 0 2 1 2 1Q gA Q g V H cc 0 2 1 1 gHAQ c c 1 1 0 2gHAQ 第五章壓力管路 ：完全靠自然位差獲得能量來源輸送或排泄：完全靠自然位差獲得能量來源輸送或排泄 液體的管路。液體的管路。 ：儲(chǔ)液罐壁或底部打開的小孔。局部阻力：儲(chǔ)液罐壁或底部打開的小孔。局部阻力 ：在孔口處接出短管。局部阻力：在孔口處接出短管。局部阻力+沿程阻力沿程阻力 第五章壓力管路 收縮斷面收縮斷面CC的形成：流線特性，流線不能轉(zhuǎn)折的形成：流線特性，流線不能轉(zhuǎn)折 ,液流射 出時(shí),將向內(nèi)部收縮形成收縮斷面cc（約在距出口d/2處） 收

20、縮斷面：收縮斷面： 收縮系數(shù)：0.620.64 ：液體與孔口周圍只有：液體與孔口周圍只有 線接觸線接觸,容器壁厚與所開孔口直容器壁厚與所開孔口直 徑之比小于徑之比小于1/2,即即 ： 2 )( d d A A cc Hd 10 1 孔口有效斷面上所有的點(diǎn)都可用其中線上的點(diǎn)來代替 ： 2 1 d 第五章壓力管路 取取00 cc 列方程，列方程， ，則有：，則有： g V g Vp g Vp H cca 222 2 2 2 00 孔 g V g Vpp H ca 2 1 2 22 00 孔 00 22 1 1 gHgHVc 孔 g Vpp HH a 2 2 00 0 令令 則則 （1） 定水頭薄壁

21、圓形小孔口自由出流流量計(jì)算公式定水頭薄壁圓形小孔口自由出流流量計(jì)算公式 第五章壓力管路 理論流速理論流速 實(shí)驗(yàn)證明：實(shí)驗(yàn)證明： 對(duì)于理想流體：對(duì)于理想流體： 0 2gH 理理 QAVQ 理 Q Q 64.062.0,97.0 06.01 1 ,06.0 孔 6 . 0,62. 06 . 0取 1, 1,1,0 孔 所以所以 000 222gHAgHAgHAAVQ ccc 第五章壓力管路 自孔口接出短管直徑與孔口直徑自孔口接出短管直徑與孔口直徑 相同，相同，且且 l（34）d 流態(tài)不一樣，先收縮，再擴(kuò)大，然后封住出口，均勻流態(tài)不一樣，先收縮，再擴(kuò)大，然后封住出口，均勻 泄出。泄出。 孔口只有局部阻力，管嘴加上擴(kuò)大阻力和沿程阻力?？卓谥挥芯植孔枇?，管嘴加上擴(kuò)大阻力和沿程阻力。 第五章壓力管路 據(jù)公式：據(jù)公式： 由于由于1，要知，要知，須求，須求。 gHAgHAQ22 53.0 3 02.01 11 06.0 106.0 22 24 d d d l A A d d d l cc c 擴(kuò)孔 64.0,3,02.0dl取 81.0 1 1 c 實(shí)驗(yàn)修正：