2.1-第八講 管路計(jì)算ppt課件

1、第八講第八講 管路計(jì)算管路計(jì)算Chapter 8 Calculation of Fluid Flow in Pipes作業(yè)：練習(xí)題作業(yè)：練習(xí)題8-18-1，8-38-3計(jì)算依據(jù)：計(jì)算依據(jù)：1. 1. 連續(xù)性方程；連續(xù)性方程；2. 2. 伯努利方程伯努利方程3. 3. 阻力損失計(jì)算式阻力損失計(jì)算式簡(jiǎn)單管路：沒(méi)有分支與匯合簡(jiǎn)單管路：沒(méi)有分支與匯合復(fù)雜管路：有分支與匯合復(fù)雜管路：有分支與匯合一一. . 概述概述對(duì)于一般的管路設(shè)計(jì)，管徑要根據(jù)流量對(duì)于一般的管路設(shè)計(jì)，管徑要根據(jù)流量大小而確定，管徑的確定是一個(gè)優(yōu)化問(wèn)大小而確定，管徑的確定是一個(gè)優(yōu)化問(wèn)題。題。一般情況下，液體流速取一般情況下，液體流速取1

2、13m/s3m/s，氣體，氣體流速取流速取101030m/s30m/s。費(fèi)用費(fèi)用uuopt操作費(fèi)操作費(fèi)設(shè)備費(fèi)設(shè)備費(fèi)總費(fèi)用總費(fèi)用二二. . 簡(jiǎn)單管路簡(jiǎn)單管路特點(diǎn)：1. 流經(jīng)各管段的質(zhì)量流量相同，若流體不可壓縮，則各管段的體積流量也相同。ms0ms1ms2210sssmmm若一定，那么：210sssVVV2. 2. 整個(gè)管路的阻力損失為各管段整個(gè)管路的阻力損失為各管段損失之和。損失之和。iffffhhhh 21常見(jiàn)問(wèn)題：常見(jiàn)問(wèn)題：1. 1. 操作型問(wèn)題：操作型問(wèn)題：2. 2. 設(shè)計(jì)型問(wèn)題：設(shè)計(jì)型問(wèn)題：已知管徑、管長(zhǎng)已知管徑、管長(zhǎng)(含管件的當(dāng)量長(zhǎng)度含管件的當(dāng)量長(zhǎng)度)和流量，求輸送所需總壓頭或輸送和流

3、量，求輸送所需總壓頭或輸送機(jī)械的功率。機(jī)械的功率。已知輸送系統(tǒng)可提供的總壓頭，求已知輸送系統(tǒng)可提供的總壓頭，求已定管路的輸送量，或輸送一定流已定管路的輸送量，或輸送一定流量的管徑。量的管徑。自來(lái)水塔將水送至車(chē)間，自來(lái)水塔將水送至車(chē)間，輸送管路采用輸送管路采用114 4mm的鋼管，管路總長(zhǎng)的鋼管，管路總長(zhǎng)為為190m(包括管件與閥門(mén)包括管件與閥門(mén)的當(dāng)量長(zhǎng)度，但不包括進(jìn)、的當(dāng)量長(zhǎng)度，但不包括進(jìn)、出口損失出口損失)。水塔內(nèi)水面。水塔內(nèi)水面維持恒定，并高于出水口維持恒定，并高于出水口15m。設(shè)水溫為。設(shè)水溫為12 ，試求管路的出水量試求管路的出水量(m3/h)。15m1122例題：例題：解：解： 選取

4、塔內(nèi)水面為選取塔內(nèi)水面為11截面，出口內(nèi)側(cè)為截面，出口內(nèi)側(cè)為22截面。以管路出截面。以管路出口中心為基準(zhǔn)面。列口中心為基準(zhǔn)面。列伯努利方程有：伯努利方程有：fhZgugpZgugp2222121122gugudllhef22222215m112215m1122其中：其中：mZ15102Z01uappp215 . 0代入數(shù)據(jù)并整理，有：代入數(shù)據(jù)并整理，有：5 . 117923 .2945 . 1106. 01901581. 921212dllZgue式中，式中，),(),(2deudfdeRfe上面兩式中，含有兩個(gè)未知數(shù)上面兩式中，含有兩個(gè)未知數(shù) 和和 u2 ，由于由于 的求解依賴(lài)于的求解依賴(lài)于

5、Re，而，而Re又是又是 u2 的函數(shù)，故需采用試差求解。的函數(shù)，故需采用試差求解。 此題中，原始數(shù)據(jù)為：水的密度和粘此題中，原始數(shù)據(jù)為：水的密度和粘度分別為：度分別為：3/1000mkgsPa310236. 1管壁的絕對(duì)粗糙度為：管壁的絕對(duì)粗糙度為：mme2 . 031089. 11062 . 0de進(jìn)行試算，有：進(jìn)行試算，有：0u2Ree/d1第一次第一次0.022.812.4 1051.89 10-30.024第二次第二次0.024 2.582.2 1051.89 10-30.024由于兩次計(jì)算的由于兩次計(jì)算的 值基本相同，故值基本相同，故 u22.58m/s 。于是，輸水量為：。于是，

6、輸水量為：hmsmduV/9 .81/0228. 043322例題：例題：15 的水以的水以0.0567m3/s的流率流過(guò)一的流率流過(guò)一根當(dāng)量長(zhǎng)度為根當(dāng)量長(zhǎng)度為122m的光滑水平管道。的光滑水平管道。已知總壓降為已知總壓降為1.03105Pa，試求管道，試求管道的直徑。的直徑。解：解：在管的進(jìn)、出口截面間列伯努利方在管的進(jìn)、出口截面間列伯努利方程，有：程，有：fhZgugpZgugp2222121122由于管道水平，有：由于管道水平，有：21ZZ 21uu gpphf21因而，有：因而，有：又有：又有：5422220324. 082dgdVdllgudllheef55210324.081.91

7、0001003.1dgpphf9.3235d由于由于)( )(dfRfe因此需要進(jìn)行試差求解。因此需要進(jìn)行試差求解。其步驟為：其步驟為：1. 設(shè)定一個(gè)設(shè)定一個(gè)的初值的初值0；2. 將此將此0值代入上式求出管路直徑值代入上式求出管路直徑d；3. 用此用此d值計(jì)算雷諾數(shù)值計(jì)算雷諾數(shù)Re；4. 用用Re和相對(duì)粗糙度和相對(duì)粗糙度e/d(此題中為此題中為0)，求出求出；5. 重復(fù)以上步驟，直至所設(shè)初值和計(jì)算重復(fù)以上步驟，直至所設(shè)初值和計(jì)算值相等。值相等。經(jīng)過(guò)以上計(jì)算步驟，有：經(jīng)過(guò)以上計(jì)算步驟，有：管道直徑管道直徑d0.13m，摩擦因數(shù)，摩擦因數(shù)0.012。三三. .復(fù)雜管路復(fù)雜管路12ABAOBC并聯(lián)管

8、路并聯(lián)管路分支管路分支管路特點(diǎn)：特點(diǎn)：并聯(lián)管路和分支管路中各支管的流并聯(lián)管路和分支管路中各支管的流率彼此影響，相互制約；率彼此影響，相互制約；其流動(dòng)規(guī)律仍然滿(mǎn)足連續(xù)性方程和其流動(dòng)規(guī)律仍然滿(mǎn)足連續(xù)性方程和能量守恒原理。能量守恒原理。1. 1. 操作型問(wèn)題：操作型問(wèn)題：常見(jiàn)問(wèn)題：常見(jiàn)問(wèn)題：2. 2. 設(shè)計(jì)型問(wèn)題：設(shè)計(jì)型問(wèn)題：已知管路布置和流量，求輸送所已知管路布置和流量，求輸送所需總壓頭或輸送機(jī)械的功率。需總壓頭或輸送機(jī)械的功率。已知管路布置和輸送系統(tǒng)可提供已知管路布置和輸送系統(tǒng)可提供的總壓頭，求流量的分配，或已的總壓頭，求流量的分配，或已知流量分配求管徑的大小。知流量分配求管徑的大小。特點(diǎn)：特點(diǎn)

9、：1. 總管流量等于各支管流量之和?？偣芰髁康扔诟髦Ч芰髁恐?。2. 對(duì)于任一支管，分支前及匯合后的對(duì)于任一支管，分支前及匯合后的總壓頭皆相等。據(jù)此可建立支管間的總壓頭皆相等。據(jù)此可建立支管間的機(jī)械能衡算式，從而定出各支管的流機(jī)械能衡算式，從而定出各支管的流量分配。量分配。（一）（一）. . 并聯(lián)管路并聯(lián)管路12AB對(duì)于支管對(duì)于支管1，有：，有：1 ,2222fBBBAAAhZgugpZgugp2 ,2222fBBBAAAhZgugpZgugp對(duì)于支管對(duì)于支管2，有：，有：對(duì)于對(duì)于A、B兩截面，有：兩截面，有：BAfBBBAAAhZgugpZgugp,222212AB比較以上三式，有：比較以上

10、三式，有：BAfffhhh,2,1 ,另外，根據(jù)流體的連續(xù)性方程，有：另外，根據(jù)流體的連續(xù)性方程，有：2,1 ,sssmmm2,1 ,sssVVV若若一定，那么：一定，那么：例題：例題：右圖中的支管右圖中的支管1和和支管支管2的總長(zhǎng)度的總長(zhǎng)度(包包括當(dāng)量長(zhǎng)度括當(dāng)量長(zhǎng)度)如附表如附表所示。各管均為光所示。各管均為光滑管，兩管進(jìn)出口滑管，兩管進(jìn)出口的高度相等。的高度相等。管內(nèi)輸送管內(nèi)輸送20的水，的水，總管流率為總管流率為60m3/h，求各支管流率。求各支管流率。12ABd/mL+Le/m支支管管10.05330支支管管20.080550解：解：20水的物性為：水的物性為：998.2kg/m3,

11、=1.005 10-3Pa?s 設(shè)支管設(shè)支管1內(nèi)的流速為內(nèi)的流速為u1，支管，支管2內(nèi)的流內(nèi)的流速為速為u2，則依據(jù)連續(xù)性方程，有：，則依據(jù)連續(xù)性方程，有：2212)0805. 0(4)053. 0(4360060uu即：即：56. 731. 221uu又根據(jù)各支管內(nèi)阻力相等，有：又根據(jù)各支管內(nèi)阻力相等，有：gudLLgudLLee2)(2)(2222221111即：即：2222116 .310283uu由于摩擦因數(shù)與速度有關(guān)，初設(shè)：由于摩擦因數(shù)與速度有關(guān)，初設(shè)：02. 021將兩式聯(lián)立求解，有：將兩式聯(lián)立求解，有：smusmu/25. 2/35. 221下面對(duì)假定的摩擦因數(shù)值進(jìn)行檢驗(yàn)：下面對(duì)

12、假定的摩擦因數(shù)值進(jìn)行檢驗(yàn)：511110237. 1udRe查莫狄圖，有：查莫狄圖，有：017. 01522210799. 1udRe0154. 02由于檢驗(yàn)值和設(shè)定值有差別，故需再次試由于檢驗(yàn)值和設(shè)定值有差別，故需再次試算，把上步結(jié)果作為假定值，計(jì)算得：算，把上步結(jié)果作為假定值，計(jì)算得：smusmu/28. 2/29. 221由于兩次計(jì)算求得的流速數(shù)據(jù)接近，可停由于兩次計(jì)算求得的流速數(shù)據(jù)接近，可停止跌代。止跌代。 求得的各支管流率為：求得的各支管流率為：hmVhmV/81.41/19.183231（二）（二）. . 分支管路分支管路AOBC特點(diǎn)：特點(diǎn)：1. 總管流量等于各支管流量之和?？偣芰髁?/p>

13、等于各支管流量之和。2. 對(duì)于任一支管，可分別建立總管對(duì)于任一支管，可分別建立總管截面和支管截面間的機(jī)械能衡算式，截面和支管截面間的機(jī)械能衡算式，從而定出各支管的流量分配。從而定出各支管的流量分配。對(duì)于支管對(duì)于支管AOB，有：，有：AOBfBBBAAAhZgugpZgugp,2222AOCfCCCAAAhZgugpZgugp,2222對(duì)于支管對(duì)于支管AOC，有：，有：OBfAOfBBBhhZgugp,22OCfAOfCCChhZgugp,22OCfCCCOBfBBBhZgugphZgugp,2,222對(duì)于對(duì)于B、C截面，有：截面，有：本講小結(jié)本講小結(jié)簡(jiǎn)單管路，又稱(chēng)串聯(lián)管路，其特點(diǎn)為：簡(jiǎn)單管路，又稱(chēng)串聯(lián)管路，其特點(diǎn)為：1. 各管段中流體的質(zhì)量流量均相同。各管段中流體的質(zhì)量流量均相同。2. 管路的總阻力等于各管段阻力管路的總阻力等于各管段