流體力學(xué)A5-3

1、1提 示下次課交第五章作業(yè)2上上次課主要內(nèi)容 n 粘性流體的紊流流動(dòng)n 沿程損失系數(shù)的實(shí)驗(yàn)研究n 非圓截面管路沿程損失的計(jì)算35-4 粘性流體的紊流流動(dòng)一、紊流的脈動(dòng)現(xiàn)象和時(shí)均值的概念二、紊流附加切應(yīng)力三、紊流結(jié)構(gòu)、“水力光滑管”和“水力粗糙管”四、紊流的速度分布xyou紊流核心區(qū)粘性底層區(qū)0 045-5 沿程損失系數(shù)的實(shí)驗(yàn)研究2f2l vhdg無(wú)論層流還是紊流，沿程損失均可按如下公式計(jì)算對(duì)層流而言 64Re對(duì)紊流 通過(guò)實(shí)驗(yàn)，歸納出經(jīng)驗(yàn)公式和實(shí)驗(yàn)曲線圖。Re,d紊流區(qū): 當(dāng)Re4000時(shí)，流動(dòng)進(jìn)入紊流狀態(tài)，流動(dòng)又分為三個(gè)區(qū)域。55-6 非圓截面管路沿程損失計(jì)算1.非圓截面管路沿程損失的計(jì)算公式

2、2.當(dāng)量直徑的定義3.對(duì)非圓截面管道，雷諾數(shù)的定義4.對(duì)非圓截面管道，相對(duì)粗糙度的定義65-6 非圓截面管路沿程損失計(jì)算5.幾種特殊非圓截面管道的當(dāng)量直徑 1）充滿流體的矩形截面管道 2）充滿流體的環(huán)形截面管道 3）充滿流體的管束（垂直紙面方向縱掠）6.說(shuō)明 1)運(yùn)用當(dāng)量直徑而產(chǎn)生的誤差問(wèn)題 2)從減小能量損失的觀點(diǎn)，圓形截面是 最佳的。 7第五章：黏性流體的管內(nèi)流動(dòng)與管路計(jì)算n 粘性流體的層流與紊流狀態(tài)n 管內(nèi)流動(dòng)能量損失的類型n 圓管中的層流流動(dòng)n 粘性流體的紊流流動(dòng)n 沿程損失系數(shù)的實(shí)驗(yàn)研究n 非圓截面管路沿程損失的計(jì)算n 管路中的局部損失n 管路水力計(jì)算n 管道水擊現(xiàn)象85-7 管路中

3、的局部損失已知局部損失的定義和計(jì)算22jvhg 局部損失系數(shù)主要靠實(shí)驗(yàn)確定，少數(shù)可少數(shù)可用分析法用分析法求出。第五章：黏性流體的管內(nèi)流動(dòng)與管路計(jì)算95-7 管路中的局部損失一. 管道截面突然擴(kuò)大突然擴(kuò)大1. 局部損失的原因原因：旋渦旋渦和碰撞碰撞2. 局部損失計(jì)算公式計(jì)算公式： 1) 包達(dá)定理包達(dá)定理z1z2p2p1v2v1GL00IIIIII212j()2vvhg經(jīng)實(shí)驗(yàn)證實(shí)實(shí)驗(yàn)證實(shí)，有足夠的準(zhǔn)確性。第五章：黏性流體的管內(nèi)流動(dòng)與管路計(jì)算105-7 管路中的局部損失2)另外兩種形式另外兩種形式 或 222111j12(1)22AvvhAgg222222j21(1)22AvvhAgg2112222

4、1(1)(1)AAAA計(jì)算時(shí)，注意選用注意選用相對(duì)應(yīng)相對(duì)應(yīng)的速度水頭。其中， 第五章：黏性流體的管內(nèi)流動(dòng)與管路計(jì)算115-7 管路中的局部損失3. 局部損失公式的推導(dǎo)推導(dǎo)：1) 假設(shè)：截面I-I處流體的壓強(qiáng)為p1，流速為v1，截面積為A1。截面-處流體的壓強(qiáng)為p2，流速為v2，截面積為A2。2) 如圖，列I-I至-截面的伯努利方程：22112212j22pvpvzzhgggg則有： 221122j12()()22pvpvhzzgggg(a)第五章：黏性流體的管內(nèi)流動(dòng)與管路計(jì)算125-7 管路中的局部損失3) 再列出由I-I及-兩截面組成控制體控制體的動(dòng)量方程：112212121()cos()V

5、Fp Ap Ap AAGqvv 其中p1為作用于旋渦區(qū)環(huán)形面積上旋渦區(qū)環(huán)形面積上壓強(qiáng)，近似為 p1p1，2212coscos()GgA LgA zz另外，22VqA v#第五章：黏性流體的管內(nèi)流動(dòng)與管路計(jì)算135-7 管路中的局部損失代入動(dòng)量方程，則方程簡(jiǎn)化為： 1222112()ppv vvzzgg#(b)(b)代入(a)化簡(jiǎn)即得包達(dá)定理即得包達(dá)定理。4. 特例： 1）管道出口損失系數(shù)為出口損失系數(shù)為1 1； 2）其它局部損失系數(shù)其它局部損失系數(shù)可參見(jiàn)P112表5-3。第五章：黏性流體的管內(nèi)流動(dòng)與管路計(jì)算145-7 管路中的局部損失二.彎管的彎管的局部損失2.局部損失的原因原因：彎管的局部阻

6、力主要包括兩部分兩部分： （1）旋渦旋渦損失；（2）二次流二次流損失。 1.彎管的作用作用：管路系統(tǒng)中的常用管件，但彎管只改變流體的流動(dòng)方向只改變流體的流動(dòng)方向，不改變不改變平均流速的大小大小。第五章：黏性流體的管內(nèi)流動(dòng)與管路計(jì)算155-7 管路中的局部損失（1）旋渦旋渦損失彎曲管道的外側(cè)（即管外側(cè)（即管道內(nèi)壁的凹面）道內(nèi)壁的凹面）壓強(qiáng)升高，速度降低；內(nèi)側(cè)內(nèi)側(cè)（即管道內(nèi)壁的凸面）（即管道內(nèi)壁的凸面）壓強(qiáng)降低，速度加大。具體描述具體描述如下：vp凹p凸F離第五章：黏性流體的管內(nèi)流動(dòng)與管路計(jì)算165-7 管路中的局部損失AABCBBCCBA凹面: A B ,升壓降速升壓降速；B C ,降壓增速。凸

7、面: A B，降壓增速； B C，升壓減速升壓減速。升壓減速區(qū)升壓減速區(qū)，將會(huì)發(fā)生邊界層分離邊界層分離，產(chǎn)生產(chǎn)生漩渦漩渦，形成漩渦損失。且，越彎曲損失越大。第五章：黏性流體的管內(nèi)流動(dòng)與管路計(jì)算175-7 管路中的局部損失（2）二次流損失EBBE 所謂所謂二次流二次流，指的是流體沿壁面自外側(cè)向自外側(cè)向內(nèi)側(cè)內(nèi)側(cè)流動(dòng)，同時(shí)，由于連續(xù)性以及離心慣性力連續(xù)性以及離心慣性力的作用，B處的流體則沿BB線自內(nèi)向外自內(nèi)向外流動(dòng)，在pBpEpBpBpEpB第五章：黏性流體的管內(nèi)流動(dòng)與管路計(jì)算徑向平面內(nèi)形成的二個(gè)環(huán)流徑向平面內(nèi)形成的二個(gè)環(huán)流。如圖所示。185-7 管路中的局部損失3. 說(shuō)明：相對(duì)曲率半徑相對(duì)曲率半徑

8、R/d 對(duì)彎管局部損失系數(shù)影響很大影響很大。參見(jiàn)后面的描述。形成二次流的原因是壓強(qiáng)分布原因是壓強(qiáng)分布和流體的流體的連連續(xù)性續(xù)性以及離心慣性力離心慣性力。二次流與主流疊加疊加，使通過(guò)彎管的流體質(zhì)點(diǎn)作螺旋運(yùn)動(dòng)螺旋運(yùn)動(dòng)，加大了通過(guò)彎管流體的能量損失。這個(gè)能量損失稱為二次流損失二次流損失。第五章：黏性流體的管內(nèi)流動(dòng)與管路計(jì)算195-7 管路中的局部損失三.繞流閥門繞流閥門的局部損失1. 工程中，隨著外界外界的需要需要或負(fù)荷負(fù)荷的變化，管道中流體的流量流量要隨之發(fā)生變化。通常情況通常情況第五章：黏性流體的管內(nèi)流動(dòng)與管路計(jì)算靠裝設(shè)在管路中的各種閥門各種閥門，通過(guò)改變閥門的開(kāi)度開(kāi)度來(lái)調(diào)節(jié)流量。這種調(diào)節(jié)稱為節(jié)

9、流節(jié)流調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)。下，流量的調(diào)節(jié)流量的調(diào)節(jié)主要205-7 管路中的局部損失2.流體繞流閥門閥門或閘板閘板時(shí)，閥門或閘板前前后后，必然要形成旋渦形成旋渦，而旋渦的產(chǎn)生與維產(chǎn)生與維持旋轉(zhuǎn)持旋轉(zhuǎn)，必然要消耗流體的能量，從而形形成能量損失成能量損失。這種節(jié)流能量損失就是繞流節(jié)流能量損失就是繞流閥門的局部損失閥門的局部損失。3.由于節(jié)流損失有時(shí)很大有時(shí)很大，所以，在可能情況下，也可采用其它方法其它方法調(diào)節(jié)管路流量。第五章：黏性流體的管內(nèi)流動(dòng)與管路計(jì)算215-7 管路中的局部損失四. 局部損失計(jì)算總結(jié)總結(jié)1.大多數(shù)局部損失系數(shù)的確定主要靠實(shí)驗(yàn)主要靠實(shí)驗(yàn)；2.工程設(shè)計(jì)和計(jì)算時(shí)，可查閱可查閱有關(guān)流體阻力手冊(cè)；3

10、.做習(xí)題時(shí)，可參考P P112112表表5-35-3。第五章：黏性流體的管內(nèi)流動(dòng)與管路計(jì)算五. 減小減小局部損失的措施 首先明確首先明確：對(duì)于細(xì)長(zhǎng)直管道細(xì)長(zhǎng)直管道和管道中管件較少管件較少的情況下，fh為能量損失主要部分；225-7 管路中的局部損失 只有大直徑管道大直徑管道和管道走向較復(fù)雜走向較復(fù)雜，管件較多管件較多的情況下，jh才是能量損失能量損失的主主 這時(shí)，應(yīng)設(shè)法減少設(shè)法減少局部損失。減少局部損失的關(guān)鍵關(guān)鍵就是防止或推遲流體與壁面防止或推遲流體與壁面的分離的分離，將管件的邊壁邊壁加工得接近流線型接近流線型，以避免避免旋渦區(qū)產(chǎn)生或減小減小旋渦區(qū)大小和強(qiáng)度。第五章：黏性流體的管內(nèi)流動(dòng)與管路計(jì)

11、算要部分要部分。 其次，具體地說(shuō)其次，具體地說(shuō)：235-7 管路中的局部損失1.管道進(jìn)口管道進(jìn)口 盡量將管道的進(jìn)口加工成圓滑的進(jìn)口圓滑的進(jìn)口，實(shí)驗(yàn)證明，圓滑的進(jìn)口可減少可減少局部損失系數(shù)90%以上以上。ddd=10.20.03rdoo40800.251.00.10.2bdbr第五章：黏性流體的管內(nèi)流動(dòng)與管路計(jì)算245-7 管路中的局部損失2.彎管彎管 1) 采用合理的彎曲半徑合理的彎曲半徑R（R為彎管軸線的 曲率半徑） Rd最好取最好取1-4。 R/d3R/d第五章：黏性流體的管內(nèi)流動(dòng)與管路計(jì)算255-7 管路中的局部損失對(duì)鍋爐的煙風(fēng)道而言煙風(fēng)道而言，由于彎管的斷面尺寸斷面尺寸比較大比較大，因

12、此，只能只能采用較小采用較小的R/d。2)為減小二次流損失減小二次流損失，可在彎道內(nèi)安裝導(dǎo)彎道內(nèi)安裝導(dǎo)流葉片流葉片。避免大旋渦和減小二次流范圍。由1.1降低到降低到0.3左右左右。目前，鍋爐彎管鍋爐彎管 。4Rd第五章：黏性流體的管內(nèi)流動(dòng)與管路計(jì)算265-7 管路中的局部損失合流板分流板3.三通三通 為減小為減小流體流過(guò)三通的局部損失， 1)可在總管中安裝合流合流板板與分流板分流板； 2)盡可能地減小減小支管與合流管之間的夾角之間的夾角； 3)盡量將連接處折角連接處折角改緩緩；第五章：黏性流體的管內(nèi)流動(dòng)與管路計(jì)算275-7 管路中的局部損失4.減少局部損失的主要思想：1）將管件轉(zhuǎn)角加工成圓角轉(zhuǎn)

13、角加工成圓角，使突然擴(kuò)大突然擴(kuò)大和突然縮小改變成逐漸擴(kuò)大縮小改變成逐漸擴(kuò)大與逐漸縮小逐漸縮小，并選擇最佳的擴(kuò)散角最佳的擴(kuò)散角；2)并盡量使管件的邊壁邊壁接近流線型流線型，以避免避免旋渦的產(chǎn)生旋渦的產(chǎn)生；3)還有人在流體內(nèi)部投入極少量投入極少量的添加劑添加劑，使其影響流體運(yùn)動(dòng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)內(nèi)部結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)減阻實(shí)現(xiàn)減阻。第五章：黏性流體的管內(nèi)流動(dòng)與管路計(jì)算285-8 管路水力計(jì)算一、緒論緒論1.所謂管路管路（或管道），工程上是指按不不同方式同方式聯(lián)接而成的管系管系。2.管路計(jì)算的任務(wù)任務(wù) （1）已知qV、 H (hw)、l，求d，即確定確定管徑管徑。這類問(wèn)題在工程上反映為工程上反映為：當(dāng)管路走向已定，泵

14、或供水（或其它流體）裝置已經(jīng)選定。此時(shí)，選用多大直徑的管子選用多大直徑的管子才能確保供應(yīng)流量為確保供應(yīng)流量為qV的流體的流體。（設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)問(wèn)題）第五章：黏性流體的管內(nèi)流動(dòng)與管路計(jì)算295-8 管路水力計(jì)算（2）已知qV、l、d ，求H (hw) ，即求管路管路的總水頭或總能量損失的總水頭或總能量損失，也可歸結(jié)為求維求維持管路流動(dòng)持管路流動(dòng)所需的總功率總功率P=gqVH。 工程中，給水、排水泵選擇水泵選擇，即為此類問(wèn)題。 （動(dòng)力動(dòng)力問(wèn)題）（3）已知l、d ，H (hw) ，求qV。即校核給校核給定管路的流量定管路的流量。 （校核校核問(wèn)題）第五章：黏性流體的管內(nèi)流動(dòng)與管路計(jì)算305-8 管路水力計(jì)算

15、3.重要意義意義：管路計(jì)算是工程設(shè)計(jì)與校核工程設(shè)計(jì)與校核中經(jīng)常遇到經(jīng)常遇到的一個(gè)問(wèn)題，也是流體力學(xué)學(xué)科應(yīng)用于工程應(yīng)用于工程的一個(gè)重要方面一個(gè)重要方面。 應(yīng)用背景：除了電廠的水、汽、風(fēng)、煙水、汽、風(fēng)、煙管道管道的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)需要進(jìn)行管路計(jì)算管路計(jì)算以外，其它工程領(lǐng)域，例如石油、化工、水利，城市石油、化工、水利，城市自來(lái)水供應(yīng)及給排水自來(lái)水供應(yīng)及給排水等工程都會(huì)遇到都會(huì)遇到管路計(jì)算的問(wèn)題。第五章：黏性流體的管內(nèi)流動(dòng)與管路計(jì)算314.當(dāng)量當(dāng)量管長(zhǎng)：將局部損失折合成折合成一段管道的沿程損失時(shí)這段管道的管長(zhǎng)這段管道的管長(zhǎng)稱為當(dāng)量長(zhǎng)度當(dāng)量長(zhǎng)度，用le表示。即5-8 管路水力計(jì)算22wfj22llvL vhhh

16、dgdge于是， 式中，l管路實(shí)際長(zhǎng)度實(shí)際長(zhǎng)度；le管路局部損失折合局部損失折合成的當(dāng)量管長(zhǎng)成的當(dāng)量管長(zhǎng)；L= l + le管路的計(jì)算管長(zhǎng)計(jì)算管長(zhǎng)。 第五章：黏性流體的管內(nèi)流動(dòng)與管路計(jì)算2222l vvdgge325-8 管路水力計(jì)算5.一定流量一定流量范圍內(nèi)，確定管道直徑確定管道直徑d 的經(jīng)濟(jì)原則經(jīng)濟(jì)原則：管道成本管道成本與運(yùn)行費(fèi)運(yùn)行費(fèi)兩者兼兼顧顧，即選擇運(yùn)行費(fèi)用運(yùn)行費(fèi)用、維修費(fèi)用維修費(fèi)用與初初投資總和投資總和為最小最小的管道，這種管道里這種管道里流體的流速流速稱為經(jīng)濟(jì)流速經(jīng)濟(jì)流速。第五章：黏性流體的管內(nèi)流動(dòng)與管路計(jì)算335-8 管路水力計(jì)算管道成本管道成本：建設(shè)投資建設(shè)投資 (d)運(yùn)行費(fèi)運(yùn)

17、行費(fèi)：水頭損失水頭損失 (hf ) (電能消耗）注：流量一定流量一定時(shí)，在平方阻力區(qū)平方阻力區(qū)，hf與管徑(d) 成反比成反比。第五章：黏性流體的管內(nèi)流動(dòng)與管路計(jì)算d管道成本d運(yùn)行費(fèi)d總成本d的最佳范圍345-8 管路水力計(jì)算22112212w22pvpvzzhEggggE 為管路系統(tǒng)的外加能量外加能量6.用于管路計(jì)算的公式管路計(jì)算的公式（1）連續(xù)性方程連續(xù)性方程 qV=vA=v1A1=v2A2=vnAn=常數(shù)（2）伯努利方程伯努利方程第五章：黏性流體的管內(nèi)流動(dòng)與管路計(jì)算355-8 管路水力計(jì)算2f,2l vhdg2j.2vhg（3）管路能量損失公式能量損失公式 第五章：黏性流體的管內(nèi)流動(dòng)與管

18、路計(jì)算hw=hf+hj其中， 365-8 管路水力計(jì)算qv二、管路系統(tǒng)分類分類及其特點(diǎn)特點(diǎn)1. 簡(jiǎn)單簡(jiǎn)單管路 1）定義：管徑管徑和粗糙度均相同粗糙度均相同的一根一根或數(shù)數(shù)根根管子串聯(lián)在一起串聯(lián)在一起的管道。第五章：黏性流體的管內(nèi)流動(dòng)與管路計(jì)算372）特點(diǎn)：（1）在簡(jiǎn)單管路中流速沿流程不變流速沿流程不變5-8 管路水力計(jì)算2w()2lvhdgqv=vA=const（2）管路能量損失公式能量損失公式為第五章：黏性流體的管內(nèi)流動(dòng)與管路計(jì)算38課堂例題與練習(xí)例5-8 如圖5-34所示，一水塔水塔向一貯水池貯水池供水。若管路的總長(zhǎng)度l，管路的流量qv和管徑d均已知，且管路中有一閥門和一90的彎頭，試求水

19、塔至貯水池的管路總能量損失管路總能量損失hw。第五章：黏性流體的管內(nèi)流動(dòng)與管路計(jì)算39課堂例題與練習(xí)vv24qqvAd# #2w()2lvhdg進(jìn)口出口彎頭閥w=H h解：先求管中流速v管路總能量損失總能量損失為附: 再列兩水池液面的伯努利方程說(shuō)明兩水池的高度差兩水池的高度差剛好用來(lái)克服管路阻力。第五章：黏性流體的管內(nèi)流動(dòng)與管路計(jì)算405-8 管路水力計(jì)算qv2.串聯(lián)串聯(lián)管路1)定義：不同管徑不同管徑或粗糙度粗糙度的數(shù)段數(shù)段管子串串聯(lián)聯(lián)所組成的管道系統(tǒng)。第五章：黏性流體的管內(nèi)流動(dòng)與管路計(jì)算415-8 管路水力計(jì)算221122ww1w2112212()()22lvlvhhhdgdgvv1v2v1

20、122constconstnnnqqqqv Av Av A 2)特點(diǎn)：（1）串聯(lián)管路的總能量損失總能量損失等于各簡(jiǎn)單管各簡(jiǎn)單管路的能量損失路的能量損失之和和。即：（2 2）串聯(lián)管路的總流量）串聯(lián)管路的總流量沿流程不變不變。 第五章：黏性流體的管內(nèi)流動(dòng)與管路計(jì)算425-8 管路水力計(jì)算23w2vHhg222221223331122w1123122()22222vvvvlvlvlvhdggdggdg222331122112233123()()()222lvlvlvdgdgdg3)例子：如圖所示串聯(lián)管路第五章：黏性流體的管內(nèi)流動(dòng)與管路計(jì)算l1 d1 v1l2 d2 v2l3 d3 v3Hv3水池液面

21、液面至管路出出口口的伯努利方程伯努利方程為435-8 管路水力計(jì)算112233Vqv Av Av A33132312,AAvvvvAA再由連續(xù)性方程得第五章：黏性流體的管內(nèi)流動(dòng)與管路計(jì)算22333w1()2iiiiiilAvhdAg代入hw的表達(dá)式得式中i 是對(duì)應(yīng)截面積Ai，速度為vi時(shí)的局部損失系數(shù)。 445-8 管路水力計(jì)算2323311()() 2iiiiiilAvHdAg323111()()iiiiiilAdA3332Vqv AAgH32vgH，則其中為流量系數(shù)，且 所以第五章：黏性流體的管內(nèi)流動(dòng)與管路計(jì)算451）定義：數(shù)段數(shù)段管路并列聯(lián)接并列聯(lián)接所組成的管路系統(tǒng)。5-8 管路水力計(jì)算

22、3.并聯(lián)并聯(lián)管路 熱力發(fā)電廠熱力發(fā)電廠中，并聯(lián)管路的例子很多例子很多，例如鍋爐的水冷壁鍋爐的水冷壁、省煤氣省煤氣、過(guò)熱器過(guò)熱器，它們的入口和出口均由聯(lián)箱連接在一起，均由聯(lián)箱連接在一起，構(gòu)成并聯(lián)并聯(lián)管路。第五章：黏性流體的管內(nèi)流動(dòng)與管路計(jì)算465-8 管路水力計(jì)算w1w2w3whhhh（1）并聯(lián)管路中各支管各支管的能量損失相等，即2）特點(diǎn)：注：各支管總的能總的能量損失量損失可能不相等。各支管的能量損失各支管的能量損失再按簡(jiǎn)單管路按簡(jiǎn)單管路或串聯(lián)管串聯(lián)管路路計(jì)算，對(duì)上述并聯(lián)管路圖而言，則有第五章：黏性流體的管內(nèi)流動(dòng)與管路計(jì)算222331122112233123()()()222lvlvlvdgdg

23、dg475-8 管路水力計(jì)算vv1v2v3qqqqf1f 2f3fhhhh（2）并聯(lián)管路的總流量總流量等于各支管分流量之和，即或 vA=v1A1+v2A2+v3A3 +當(dāng)忽略各支管的局部損失忽略各支管的局部損失時(shí)，則有：（3）并聯(lián)管道的水力計(jì)算式水力計(jì)算式第五章：黏性流體的管內(nèi)流動(dòng)與管路計(jì)算485-8 管路水力計(jì)算vqvA2vf22qlhd Ag222ffv2hhgA dqKll或?qū)?代入hf 的表達(dá)式，則有： 上式又可改寫(xiě)成： 第五章：黏性流體的管內(nèi)流動(dòng)與管路計(jì)算22KgA d其中， 流量模數(shù)流量模數(shù)，與流量具有相同的量綱相同的量綱。 495-8 管路水力計(jì)算v11f1v22f2v33f3q

24、KhlqKhlqKhlv112233fqKlKlKlh22312fv123KKKhqlll則有： 并聯(lián)管道并聯(lián)管道的水力計(jì)算式水力計(jì)算式注：因在不知道各支路流量時(shí)不知道各支路流量時(shí)，各支路流流量模數(shù)未知量模數(shù)未知。故實(shí)際計(jì)算時(shí)采用逐次逼近采用逐次逼近的方法的方法，即預(yù)先預(yù)先給定流量分配數(shù)值進(jìn)行。第五章：黏性流體的管內(nèi)流動(dòng)與管路計(jì)算50課堂例題與練習(xí)例5-10 有一并聯(lián)并聯(lián)管路，如圖5-38所示，主干管的管徑d1=2.5cm，管長(zhǎng)l1=25m，并聯(lián)支路支路管徑d2=2cm，管長(zhǎng)l2=30m。qV2 , l2 , d2qV1 , l1 , d1qV圖5-38 并聯(lián)管路第五章：黏性流體的管內(nèi)流動(dòng)與管

25、路計(jì)算若總流量qv=3L/s，不考慮不考慮各局部損失，試求兩管的流量分配流量分配。設(shè)管中油的運(yùn)動(dòng)粘度=2010-6 m2/s。51課堂例題與練習(xí)221122121222lvlvdgdg解：由于不考慮局部損失，則有 由于兩管路的流量分配暫還不知，故1、2及v1、v2均為未知數(shù)，所以需用逐次需用逐次逼近法逼近法求解。 第一次假定1=2 ，則可得到第五章：黏性流體的管內(nèi)流動(dòng)與管路計(jì)算212 11 2vvd l d l52課堂例題與練習(xí)2.50.52.50.52v222212v112112250.5232.530qv ddlqdlv dv1v2v3 L sqqqvv131.97 L s10.52310

26、.523qqv2vv131.971.03 L sqqq3v112214 1.97 104.01 m s3.14160.0254qvd所以，因?yàn)椋?，因此，第五章：黏性流體的管內(nèi)流動(dòng)與管路計(jì)算53課堂例題與練習(xí)11164.01 0.025Re501320 10v d3v222224 1.03 103.28 m s3.14160.024qvd22263.28 0.02Re328020 10v d0.25110.3164Re0.038，0.25220.3164Re0.042 因此，可以用勃拉休斯公式勃拉休斯公式計(jì)算1，近似計(jì)算2 第五章：黏性流體的管內(nèi)流動(dòng)與管路計(jì)算所以，54課堂例題與練習(xí) 因此，

27、實(shí)際計(jì)算結(jié)果12 ，且與第一次假定1=2 誤差較大誤差較大。 因此需要做第二次假定需要做第二次假定，即將計(jì)算所得的新的1 、2 值代入前式重新計(jì)算代入前式重新計(jì)算，得到：第五章：黏性流體的管內(nèi)流動(dòng)與管路計(jì)算221 1112 2vdlvdl，2.50.50.5v2211v11220.5qdlqdlvv132 L s10.510.5qq ，v2vv1321 L sqqq55課堂例題與練習(xí)11Re5100,0.03722Re3180,0.042v1v22 L s ,1 L sqq# # 第二次計(jì)算，結(jié)果結(jié)果 1 與與 1 ， 2 與與 2誤差較小，可認(rèn)為結(jié)果達(dá)到精確度要求，誤差較小，可認(rèn)為結(jié)果達(dá)到精

28、確度要求，故兩管流量分配為由v1q與v2q的數(shù)值重新計(jì)算數(shù)值重新計(jì)算，得第五章：黏性流體的管內(nèi)流動(dòng)與管路計(jì)算56課堂例題與練習(xí)#例5-11 若有兩段管道并聯(lián)兩段管道并聯(lián)，已知總流量qv=80L/s，管徑d1=200mm，管長(zhǎng)l1=400m，管徑d2=150mm，管長(zhǎng)l2=250m。流量模數(shù)K1 =0.341m3/s， K2 =0.158m3/s。求并聯(lián)管道兩節(jié)點(diǎn)間兩節(jié)點(diǎn)間的水頭損失及支管流量qv1，qv2 。第五章：黏性流體的管內(nèi)流動(dòng)與管路計(jì)算57課堂例題與練習(xí)223212fv21280 108.75 m0.3410.158400250KKhqll3v11f18.750.342m s400qK

29、hl3v22f28.750.158m s250qKhl#解：直接代公式得第五章：黏性流體的管內(nèi)流動(dòng)與管路計(jì)算58課堂例題與練習(xí)例5-9 如圖如圖5-35所示所示，有一中壓130103kg/h的鍋爐過(guò)熱器鍋爐過(guò)熱器，已知過(guò)熱器出口蒸汽壓強(qiáng)出口蒸汽壓強(qiáng)為3.923106Pa，溫度為423，管徑為423.5mm（其中42mm為管外徑，3.5mm為管壁厚管壁厚），共共108根根，管壁當(dāng)量粗糙度當(dāng)量粗糙度=0.08mm，若每根每根管子總長(zhǎng)l=24m，平均每個(gè)彎頭平均每個(gè)彎頭局部損失系數(shù) 1=0.2，共有共有13個(gè)彎頭個(gè)彎頭，由聯(lián)箱進(jìn)入管子聯(lián)箱進(jìn)入管子的局部損失系數(shù)2=0.7，由管子進(jìn)入聯(lián)箱管子進(jìn)入聯(lián)箱的

30、局部損失系數(shù)3=1.1；過(guò)熱蒸汽的平均過(guò)熱蒸汽的平均密度密度約為=13kg/m3，運(yùn)動(dòng)粘度=1.9810-6 m2/s，求蒸汽流經(jīng)過(guò)熱器的壓強(qiáng)降壓強(qiáng)降，以及過(guò)熱器的進(jìn)口壓強(qiáng)進(jìn)口壓強(qiáng)。第五章：黏性流體的管內(nèi)流動(dòng)與管路計(jì)算59課堂例題與練習(xí) 32130 1013 360026.7 m s10840.035VqvA5626.7 0.035Re4.72 101.98 10vd0.850.855535Re416041604.06 104.72 1022 0.08d解：蒸汽流速為而平方阻力區(qū)的極限雷諾數(shù)平方阻力區(qū)的極限雷諾數(shù)為于是Re為第五章：黏性流體的管內(nèi)流動(dòng)與管路計(jì)算60課堂例題與練習(xí)22110.02

31、43354 lg 3.74 lg 3.70.08d故流動(dòng)屬于平方阻力區(qū)流動(dòng)屬于平方阻力區(qū)。所以（由/d與Re的數(shù)值查莫迪查莫迪圖圖也可求出）第五章：黏性流體的管內(nèi)流動(dòng)與管路計(jì)算 蒸汽流經(jīng)過(guò)熱器的壓強(qiáng)損失壓強(qiáng)損失為（并聯(lián)并聯(lián)管路，每一分支是簡(jiǎn)單管路管路，每一分支是簡(jiǎn)單管路）2w2422426.7130.024313 0.20.71.19.76 10 (Pa)0.0352ilvpghgdg 61課堂例題與練習(xí)6463.923 109.76 104.021 10Pappp 進(jìn)出 若不考慮進(jìn)出口聯(lián)箱高度差不考慮進(jìn)出口聯(lián)箱高度差引起的蒸汽重力位能變化重力位能變化，則過(guò)熱器進(jìn)口壓強(qiáng)進(jìn)口壓強(qiáng)為# #第五章：

32、黏性流體的管內(nèi)流動(dòng)與管路計(jì)算62課堂例題與練習(xí)例5-12 水沿著如圖5-39所示的串串聯(lián)聯(lián)管道流動(dòng)，已知兩水箱水位差H=20m，管長(zhǎng)l1=l2=400m， d1=60mm， d2=80mm，沿程損失系數(shù)1=0.03，2=0.025，不計(jì)局不計(jì)局部損失部損失，求： （1）通過(guò)管道的流量流量qv ； （2）若對(duì)其中l(wèi)1、d1 的管路并聯(lián)管路并聯(lián)同樣長(zhǎng)度、管徑及同樣布置的支管同樣長(zhǎng)度、管徑及同樣布置的支管時(shí)，假定沿程損失系數(shù)1、2不變，管路總流量管路總流量qv如何變化如何變化，試寫(xiě)出qv與H的表達(dá)式表達(dá)式。第五章：黏性流體的管內(nèi)流動(dòng)與管路計(jì)算63解：(1)以B水箱自由液面為基準(zhǔn)，列A-B水箱液面的伯

33、努利方程課堂例題與練習(xí)221122wf1f2121222lvlvHhhhdgdgv1v21212,qqvvAA2v1212221212112qllHddgAA由連續(xù)性方程連續(xù)性方程，得所以，第五章：黏性流體的管內(nèi)流動(dòng)與管路計(jì)算64(2) l1、d1管道并聯(lián)一同樣形式的支管并聯(lián)一同樣形式的支管后，根據(jù)并聯(lián)管路的特性，列A-B水箱液面的伯努利方程，有課堂例題與練習(xí)22v12555512333.14169.807200.030.025884000.060.080.0036 m s13 mhgHqldd所以，第五章：黏性流體的管內(nèi)流動(dòng)與管路計(jì)算221122w121222lvlvHhdgdg2v1212

34、2212121124qllddgAA65課堂例題與練習(xí)2v12551284gHqldd1155114dd所以，由于故l1、d1管道并聯(lián)一同樣形式的支管并聯(lián)一同樣形式的支管后，流量qv增加，將數(shù)據(jù)代入，可得qv 21.3 m3/h。第五章：黏性流體的管內(nèi)流動(dòng)與管路計(jì)算# #665-8 管路水力計(jì)算3. 枝狀管網(wǎng)枝狀管網(wǎng)定義：各不相同的出口管出口管段段在主干管路的不同位置不同位置分流分流，形狀如樹(shù)枝如樹(shù)枝。4. 環(huán)狀管網(wǎng)環(huán)狀管網(wǎng)定義：若干管路若干管路相互連接組成一些環(huán)形回路環(huán)形回路，而節(jié)點(diǎn)的流量節(jié)點(diǎn)的流量可分別可分別來(lái)自幾個(gè)不同的回路幾個(gè)不同的回路。第五章：黏性流體的管內(nèi)流動(dòng)與管路計(jì)算675-9

35、管道水擊現(xiàn)象一、水擊現(xiàn)象的概念概念（定義、種類、背景、危害）1.定義：是在管道中液體液體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)突然改運(yùn)動(dòng)狀態(tài)突然改變變的情況下發(fā)生的，使管壁產(chǎn)生振動(dòng)振動(dòng)，并伴有似錘擊之聲伴有似錘擊之聲的現(xiàn)象。水擊又稱水錘又稱水錘。2.背景: 閥門突然關(guān)閉或開(kāi)啟突然關(guān)閉或開(kāi)啟；水泵突然啟突然啟動(dòng)或停止動(dòng)或停止；水輪機(jī)水輪機(jī)或液壓油缸液壓油缸突然變化負(fù)變化負(fù)載載等。第五章：黏性流體的管內(nèi)流動(dòng)與管路計(jì)算685-9 管道水擊現(xiàn)象3.種類：當(dāng)閥門迅速關(guān)閉迅速關(guān)閉時(shí)，管內(nèi)流速急劇流速急劇下降下降，壓強(qiáng)迅速上升壓強(qiáng)迅速上升稱為正水擊正水擊（可使管道爆裂爆裂）。 當(dāng)閥門迅速開(kāi)啟迅速開(kāi)啟時(shí)，管內(nèi)流速急劇上流速急劇上升升，壓

36、強(qiáng)迅速下降壓強(qiáng)迅速下降稱為負(fù)水擊負(fù)水擊（產(chǎn)生真空真空和汽蝕和汽蝕，可使管道變形管道變形）。4.危害：管道爆裂爆裂；真空和汽蝕真空和汽蝕，可使管道變形變形。（輕微時(shí)，只表現(xiàn)為噪聲與振動(dòng)噪聲與振動(dòng)）第五章：黏性流體的管內(nèi)流動(dòng)與管路計(jì)算695-9 管道水擊現(xiàn)象Lta二、水擊現(xiàn)象產(chǎn)生的過(guò)程產(chǎn)生的過(guò)程（以正水擊正水擊為例） 如圖所示，假定管中的流體是理想的流體是理想的，作定常流動(dòng)定常流動(dòng)，則第五章：黏性流體的管內(nèi)流動(dòng)與管路計(jì)算H0a2002pvggv0ABpg701. t=0時(shí)，突然關(guān)閉關(guān)閉閥門，緊貼閥門的一層流體（長(zhǎng)度為dL） v00。由于慣性，后面的流體仍繼續(xù)流動(dòng)，被壓流體的壓強(qiáng)突被壓流體的壓強(qiáng)突然

37、增大然增大到p0+p，管道截面增大截面增大到A+A，這種增加這種增加一層層往上游傳播往上游傳播，直到管道的進(jìn)口B，可看作壓強(qiáng)波壓強(qiáng)波從A到B的傳播，又稱為增壓逆波增壓逆波。設(shè)a表示水擊波的傳播速度，則經(jīng)過(guò) ，壓強(qiáng)波傳播到傳播到B斷面斷面。管內(nèi)流流體靜止體靜止。5-9 管道水擊現(xiàn)象pg第五章：黏性流體的管內(nèi)流動(dòng)與管路計(jì)算Lta712. 當(dāng) ，在壓差的作用壓差的作用下，管內(nèi)流體以速度v0自B斷面向容器向容器內(nèi)倒流倒流，產(chǎn)生壓強(qiáng)下降壓強(qiáng)下降波波，它所到之處，流體由靜止開(kāi)始倒流由靜止開(kāi)始倒流，壓強(qiáng)和管道截面恢復(fù)恢復(fù)為p0 和A。當(dāng) 時(shí)，波面?zhèn)鞑サ介y門波面?zhèn)鞑サ介y門。管內(nèi)流速管內(nèi)流速為v0，方向相左方向

38、相左。5-9 管道水擊現(xiàn)象Lta2Lta第五章：黏性流體的管內(nèi)流動(dòng)與管路計(jì)算723. 波面?zhèn)鞑サ介y門，由于慣性，流體繼續(xù)繼續(xù)倒流倒流，閥門處，降低后的壓強(qiáng)值降低后的壓強(qiáng)值為p0-p，它對(duì)倒流流體對(duì)倒流流體產(chǎn)生一吸引作用一吸引作用，結(jié)果使倒倒流停止流停止，v0=0，同時(shí)使管壁收縮管壁收縮，壓強(qiáng)下壓強(qiáng)下降降，使流體膨脹使流體膨脹，密度減小密度減小，這種波叫膨膨脹波脹波。膨脹波也以a向左傳播向左傳播，波面所到之處，倒流停止倒流停止。當(dāng) 時(shí)，管內(nèi)倒流全部管內(nèi)倒流全部停止停止， v0=0 ，壓強(qiáng)值為 p0-p。5-9 管道水擊現(xiàn)象3Lta第五章：黏性流體的管內(nèi)流動(dòng)與管路計(jì)算734. 當(dāng) 流體突然靜止流體

39、突然靜止，但右側(cè)壓強(qiáng)低但右側(cè)壓強(qiáng)低p，故在這一壓差作用一壓差作用下，流體再次以速度v0，由入口端流入管內(nèi)由入口端流入管內(nèi)，膨脹的流體受到壓縮壓縮，壓強(qiáng)又上升壓強(qiáng)又上升為p0，收縮的管截面恢復(fù)原狀收縮的管截面恢復(fù)原狀。 時(shí)，流動(dòng)恢復(fù)流動(dòng)恢復(fù)t=0的狀態(tài)的狀態(tài)。5-9 管道水擊現(xiàn)象3Lta4Lta第五章：黏性流體的管內(nèi)流動(dòng)與管路計(jì)算5.重復(fù)上述過(guò)程重復(fù)上述過(guò)程，每經(jīng)過(guò) 的時(shí)間，閥閥門處的壓強(qiáng)就變化一次門處的壓強(qiáng)就變化一次，故 又稱為水擊水擊的相的相，兩個(gè)相長(zhǎng) Te 為一個(gè)周期一個(gè)周期。水擊過(guò)程的詳細(xì)描述也可參見(jiàn)圖5-44和p131表5-6。02Ltae2LTa745-9 管道水擊現(xiàn)象第五章：黏性流

40、體的管內(nèi)流動(dòng)與管路計(jì)算增增壓壓逆逆波波壓壓強(qiáng)強(qiáng)下下降降波波755-9 管道水擊現(xiàn)象第五章：黏性流體的管內(nèi)流動(dòng)與管路計(jì)算膨膨脹脹波波壓壓強(qiáng)強(qiáng)上上升升波波765-9 管道水擊現(xiàn)象第五章：黏性流體的管內(nèi)流動(dòng)與管路計(jì)算階段時(shí)程流向流速變化水擊波傳水擊波傳播方向播方向壓強(qiáng)流速變化階段末液體及管壁的狀態(tài)10tL/aB A v00A B升高p ，減速v0 0液體壓縮，管壁膨脹2L/a t2L/aA B0 v0B A恢復(fù)到p0 ，增速 0 -v0恢復(fù)原狀32L/a t3L/aA B-v00A B下降p ，減速-v0 0液體膨脹，管壁收縮43L/a t4L/aB A0 v0B A恢復(fù)到p0 ，增速0v0恢復(fù)原狀表5-6水擊過(guò)程77三、水擊影響影響： 水擊波傳播速度波傳播速度