第三章 管路,孔口和管嘴的水力計(jì)算(2)

1、1 通過實(shí)驗(yàn)的辦法，對(duì)圓管中流動(dòng)的阻力系數(shù)通過實(shí)驗(yàn)的辦法，對(duì)圓管中流動(dòng)的阻力系數(shù) 進(jìn)進(jìn)行全面系統(tǒng)的研究。行全面系統(tǒng)的研究。一、尼古拉茲實(shí)驗(yàn)曲線一、尼古拉茲實(shí)驗(yàn)曲線1933年，尼古拉茲對(duì)年，尼古拉茲對(duì)六種不同相對(duì)粗糙度的管子，在六種不同相對(duì)粗糙度的管子，在Re=400106廣闊的雷諾數(shù)廣闊的雷諾數(shù)范圍內(nèi)做實(shí)驗(yàn)，測(cè)算出對(duì)應(yīng)的阻力系數(shù)范圍內(nèi)做實(shí)驗(yàn)，測(cè)算出對(duì)應(yīng)的阻力系數(shù) ，并于，并于1933年年發(fā)表了著名的尼古拉茲曲線發(fā)表了著名的尼古拉茲曲線- 隨隨Re和相對(duì)粗糙度變化和相對(duì)粗糙度變化的關(guān)系曲線，見圖的關(guān)系曲線，見圖3-10。000985. 00333. 010141301d2d層流區(qū)過渡區(qū)紊流水力過

2、渡區(qū)紊流水力光滑區(qū)紊流水力粗糙區(qū)31. 層流區(qū)層流區(qū)2320Re Re64 管流為層流，這時(shí)所有的實(shí)驗(yàn)點(diǎn)均落在直線管流為層流，這時(shí)所有的實(shí)驗(yàn)點(diǎn)均落在直線上，說明上，說明 只與只與Re 有關(guān)，而與有關(guān)，而與 無關(guān)。無關(guān)。 d/gvdlgvdlhf2Re64222d層流區(qū)過渡區(qū)紊流水力過渡區(qū)紊流水力光滑區(qū)紊流水力粗糙區(qū)42. 層流到紊流的過渡區(qū)層流到紊流的過渡區(qū) 4000Re2320d層流區(qū)過渡區(qū)紊流水力過渡區(qū)紊流水力光滑區(qū)紊流水力粗糙區(qū)由于該區(qū)狹窄，且流態(tài)不穩(wěn)定，不單獨(dú)計(jì)算由于該區(qū)狹窄，且流態(tài)不穩(wěn)定，不單獨(dú)計(jì)算 ，歸入下，歸入下一區(qū)處理。一區(qū)處理。31Re0025. 053. 紊流水力光滑區(qū)紊流

3、水力光滑區(qū) /26.98Re400078dd層流區(qū)過渡區(qū)紊流水力過渡區(qū)紊流水力光滑區(qū)紊流水力粗糙區(qū)這時(shí)所有的實(shí)驗(yàn)點(diǎn)均落在直線這時(shí)所有的實(shí)驗(yàn)點(diǎn)均落在直線上，說明上，說明 只與只與Re 有關(guān)，有關(guān)，而與而與 無關(guān)。這是因?yàn)樵谒饣闆r下，無關(guān)。這是因?yàn)樵谒饣闆r下， 的影響控的影響控制在粘性底層內(nèi)，對(duì)制在粘性底層內(nèi)，對(duì) 無影響，隨著無影響，隨著 比值的不同，各比值的不同，各種管道離開此區(qū)種管道離開此區(qū)的實(shí)驗(yàn)點(diǎn)的位置的實(shí)驗(yàn)點(diǎn)的位置不同，不同， 越大，越大，離開此區(qū)越早。離開此區(qū)越早。d/d/d/Ref6237. 06525. 05Re221. 00.0032 103Re10:B Re3164.

4、 0 10Re4000:A 尼古拉茲公式：時(shí)，時(shí)，布拉修斯公式：此區(qū)此區(qū) 的計(jì)算公式有：的計(jì)算公式有：適用于全部光滑管紊流區(qū)的尼古拉茲半經(jīng)驗(yàn)公式：適用于全部光滑管紊流區(qū)的尼古拉茲半經(jīng)驗(yàn)公式：8 . 0Relg2174. 紊流水力過渡區(qū)紊流水力過渡區(qū)85. 0785 . 04160Re98.26ddd層流區(qū)過渡區(qū)紊流水力過渡區(qū)紊流水力光滑區(qū)紊流水力粗糙區(qū)此區(qū)隨著雷諾數(shù)的增大，粘性底層變薄，管壁粗糙度對(duì)流動(dòng)此區(qū)隨著雷諾數(shù)的增大，粘性底層變薄，管壁粗糙度對(duì)流動(dòng)阻力的影響越來越明顯。阻力的影響越來越明顯。df Re,8此區(qū)此區(qū) 的計(jì)算公式有：的計(jì)算公式有：Re51. 27 . 3lg21 d布魯克公式

5、：一般對(duì)工業(yè)管道用柯羅2Relg42. 1 d洛巴耶夫公式：由于上式為由于上式為 的隱函數(shù)形式，使用不便，常采用下面的的隱函數(shù)形式，使用不便，常采用下面的簡(jiǎn)化形式：簡(jiǎn)化形式：25. 0Re6811. 0d95. 紊流水力粗糙區(qū)紊流水力粗糙區(qū)d層流區(qū)過渡區(qū)紊流水力過渡區(qū)紊流水力光滑區(qū)紊流水力粗糙區(qū)85. 05 . 04160Reddf在該區(qū)內(nèi)，在該區(qū)內(nèi)， 與雷諾數(shù)無關(guān)，只決定于與雷諾數(shù)無關(guān)，只決定于 ，這是因?yàn)榇藚^(qū)，這是因?yàn)榇藚^(qū)雷諾數(shù)較大，層流底層厚度很薄，粗糙凸起全部高出層流底雷諾數(shù)較大，層流底層厚度很薄，粗糙凸起全部高出層流底層，伸入紊流核心區(qū)，阻力損失幾乎全部都由粗糙所引起，層，伸入紊流核

6、心區(qū)，阻力損失幾乎全部都由粗糙所引起，因而粘性損失可忽略不計(jì)。因而粘性損失可忽略不計(jì)。d/10此區(qū)此區(qū) 的計(jì)算公式有：的計(jì)算公式有：22lg274. 11d25. 011. 0 d因此又稱阻力平方區(qū)此區(qū)由達(dá)西公式可知,2vhf由于此區(qū)內(nèi)由于此區(qū)內(nèi) 與雷諾數(shù)無關(guān)，因此在該區(qū)做模型實(shí)驗(yàn)時(shí)，與雷諾數(shù)無關(guān)，因此在該區(qū)做模型實(shí)驗(yàn)時(shí)，不論模型流動(dòng)與實(shí)際流動(dòng)的雷諾數(shù)是否相等，它們的粘性力不論模型流動(dòng)與實(shí)際流動(dòng)的雷諾數(shù)是否相等，它們的粘性力會(huì)自動(dòng)保持力學(xué)相似，因此，此區(qū)也叫自模擬區(qū)，這樣的話，會(huì)自動(dòng)保持力學(xué)相似，因此，此區(qū)也叫自模擬區(qū)，這樣的話，在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)可以用簡(jiǎn)單的設(shè)備去模擬實(shí)際復(fù)雜的設(shè)備，以節(jié)在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)可

7、以用簡(jiǎn)單的設(shè)備去模擬實(shí)際復(fù)雜的設(shè)備，以節(jié)約經(jīng)費(fèi)。約經(jīng)費(fèi)。11 容易看出粗糙圓管流動(dòng)沿程水頭損失將與平均流速的平方成容易看出粗糙圓管流動(dòng)沿程水頭損失將與平均流速的平方成正比，由于粗糙高度進(jìn)入流速對(duì)數(shù)區(qū)，阻力大大增加，這是不正比，由于粗糙高度進(jìn)入流速對(duì)數(shù)區(qū)，阻力大大增加，這是不難理解的。難理解的。 在光滑圓管流動(dòng)與粗糙圓管流動(dòng)之間存在過渡粗糙區(qū)，此時(shí)在光滑圓管流動(dòng)與粗糙圓管流動(dòng)之間存在過渡粗糙區(qū)，此時(shí)沿程沿程阻力阻力損失系數(shù)與雷諾數(shù)和損失系數(shù)與雷諾數(shù)和相對(duì)相對(duì)粗糙度都有關(guān)。粗糙度都有關(guān)。 尼古拉茲試驗(yàn)反映了圓管流動(dòng)的全部情況，在其試驗(yàn)結(jié)果圖尼古拉茲試驗(yàn)反映了圓管流動(dòng)的全部情況，在其試驗(yàn)結(jié)果圖上能劃

8、分出層流區(qū)，過渡區(qū)上能劃分出層流區(qū)，過渡區(qū)、紊流紊流水力水力光滑光滑區(qū)區(qū)、紊流水力過渡紊流水力過渡區(qū)，區(qū)，紊流水力紊流水力粗糙區(qū)粗糙區(qū)。紊流水力。紊流水力粗糙區(qū)通常也叫做粗糙區(qū)通常也叫做阻力平方阻力平方區(qū)區(qū)。12 在兩個(gè)圓管流動(dòng)肯定都屬于在兩個(gè)圓管流動(dòng)肯定都屬于紊流水力紊流水力粗糙區(qū)的前提下，它們粗糙區(qū)的前提下，它們的相似（包括具有相同的沿程損失系數(shù)）條件，只須保證相對(duì)的相似（包括具有相同的沿程損失系數(shù)）條件，只須保證相對(duì)粗糙度粗糙度 一樣即可，而不必考慮雷諾數(shù)。被稱為相似中的一樣即可，而不必考慮雷諾數(shù)。被稱為相似中的自動(dòng)模型區(qū)自動(dòng)模型區(qū)。d/13二、工業(yè)管道的莫迪圖二、工業(yè)管道的莫迪圖 19

9、44年，莫迪給出了工業(yè)管道中沿程阻力年，莫迪給出了工業(yè)管道中沿程阻力系數(shù)系數(shù)與雷諾數(shù)與雷諾數(shù)Re，相對(duì)粗糙度，相對(duì)粗糙度/d之間的關(guān)之間的關(guān)系曲線，稱為莫迪圖。按所求出的系曲線，稱為莫迪圖。按所求出的Re和管道的和管道的/d ，在莫迪圖中可以直接查出，在莫迪圖中可以直接查出的值。的值。 14vdRevdRe層流層流層流區(qū)層流區(qū)過渡區(qū)過渡區(qū)粗糙區(qū)粗糙區(qū)過渡粗過渡粗糙區(qū)糙區(qū)光滑管光滑管莫迪圖莫迪圖d/15三、非圓形管道截面的沿程水頭損失三、非圓形管道截面的沿程水頭損失對(duì)于非圓形截面，管道的沿程阻力損失計(jì)算，仍對(duì)于非圓形截面，管道的沿程阻力損失計(jì)算，仍可以用達(dá)西公式。只是式中的管徑用當(dāng)量直徑可以用達(dá)

10、西公式。只是式中的管徑用當(dāng)量直徑de=4A/替換：替換：1、層流阻力系數(shù)、層流阻力系數(shù)gvdlhef22非圓形截面管道的阻力系數(shù)，可通過圓形截面管道的阻力系非圓形截面管道的阻力系數(shù)，可通過圓形截面管道的阻力系數(shù)加一個(gè)修正系數(shù)后得到：數(shù)加一個(gè)修正系數(shù)后得到：HKRe64;ReeHdv形狀系數(shù)K16形狀不同，形狀不同，K值取值不同。值取值不同。（1）圓環(huán)形截面管道）圓環(huán)形截面管道RrRrRrRrK/ln/111222外圓半徑內(nèi)圓半徑式中Rr;:（2）等邊三角形截面管道）等邊三角形截面管道（3）正方形截面管道）正方形截面管道65K888. 0K17（4）矩形截面管道）矩形截面管道有關(guān)值與長(zhǎng)寬比bhK

11、bhh/b11.5234K0.8880.9190.971.071.137h/b567810K1.1931.231.2781.2851.322182、紊流阻力系數(shù)、紊流阻力系數(shù)對(duì)非圓形管道中的紊流，阻力系數(shù)可采用下列通對(duì)非圓形管道中的紊流，阻力系數(shù)可采用下列通用公式：用公式：9 . 0Re8 . 67 . 3lg21Hed19四、管路中的局部水頭損失四、管路中的局部水頭損失 產(chǎn)生局部水頭損失的兩個(gè)物理實(shí)質(zhì)是：產(chǎn)生局部水頭損失的兩個(gè)物理實(shí)質(zhì)是：1、漩渦區(qū)的存在。、漩渦區(qū)的存在。2、斷面速度的重新分布。、斷面速度的重新分布。 管路中的各種附件的存在，使流動(dòng)邊界發(fā)生急劇變化，管路中的各種附件的存在，使

12、流動(dòng)邊界發(fā)生急劇變化，并引起在附件附近的局部地區(qū)內(nèi)流體流動(dòng)結(jié)構(gòu)的變化，從并引起在附件附近的局部地區(qū)內(nèi)流體流動(dòng)結(jié)構(gòu)的變化，從而導(dǎo)致局部水頭損失。而導(dǎo)致局部水頭損失。 通常局部水頭損失可用下列公式表示：通常局部水頭損失可用下列公式表示：gvhj22 局部水頭損失系數(shù)，是一個(gè)由實(shí)驗(yàn)確定的無量綱數(shù)局部水頭損失系數(shù)，是一個(gè)由實(shí)驗(yàn)確定的無量綱數(shù)。 20突然擴(kuò)大突然縮小閘閥三通匯流管道彎頭管道進(jìn)口分離區(qū)分離區(qū)分離區(qū)分離區(qū)分離區(qū)分離區(qū)分離區(qū)分離區(qū)分離區(qū)分離區(qū)分離區(qū)分離區(qū)分離區(qū)分離區(qū)有壓管道恒定流有壓管道恒定流遇到管道邊界的遇到管道邊界的局部突變局部突變 流流動(dòng)分離形成剪切動(dòng)分離形成剪切層層 剪切層流剪切層流動(dòng)

13、不穩(wěn)定，引起動(dòng)不穩(wěn)定，引起流動(dòng)結(jié)構(gòu)的重新流動(dòng)結(jié)構(gòu)的重新調(diào)整，并產(chǎn)生旋調(diào)整，并產(chǎn)生旋渦渦 平均流動(dòng)平均流動(dòng)能量轉(zhuǎn)化成脈動(dòng)能量轉(zhuǎn)化成脈動(dòng)能量，造成不可能量，造成不可逆的能量耗散。逆的能量耗散。局部水頭損失：局部水頭損失：21v1A1A2v21122與沿程因摩擦造成的分布與沿程因摩擦造成的分布損失不同，這部分損失可損失不同，這部分損失可以看成是集中損失在以看成是集中損失在管道管道邊界的突變處，每邊界的突變處，每單位重單位重量流體承擔(dān)的這部分能量量流體承擔(dān)的這部分能量損失稱為局部水頭損失。損失稱為局部水頭損失。根據(jù)能量方程根據(jù)能量方程hzpzpvgvgj()()11221 1222222 認(rèn)為因邊界突

14、變?cè)斐傻哪芰繐p失全部產(chǎn)生在認(rèn)為因邊界突變?cè)斐傻哪芰繐p失全部產(chǎn)生在1-1，2-2兩斷面之兩斷面之間，不再考慮沿程損失。間，不再考慮沿程損失。局部水頭局部水頭損失損失22v1A1A2v21122 上游斷面上游斷面1-1取在由于邊取在由于邊界的突變，界的突變， 水流結(jié)構(gòu)開始水流結(jié)構(gòu)開始發(fā)生變化的漸變流段中，下游發(fā)生變化的漸變流段中，下游2-2斷面則取在水流結(jié)構(gòu)調(diào)整斷面則取在水流結(jié)構(gòu)調(diào)整剛好結(jié)束，重新形成漸變流段剛好結(jié)束，重新形成漸變流段的地方。總之，兩斷面應(yīng)盡可的地方。總之，兩斷面應(yīng)盡可能接近，又要保證局部水頭損能接近，又要保證局部水頭損失全部產(chǎn)生在兩斷面之間。經(jīng)失全部產(chǎn)生在兩斷面之間。經(jīng)過測(cè)量?jī)蓴?/p>

15、面的測(cè)管水頭差和過測(cè)量?jī)蓴嗝娴臏y(cè)管水頭差和流經(jīng)管道的流量，進(jìn)而推算兩流經(jīng)管道的流量，進(jìn)而推算兩斷面的速度水頭差，就可得到斷面的速度水頭差，就可得到局部水頭損失。局部水頭損失。 gvgvpzpzhj22)()(222211221123v1A1A2v21122 局部水頭損失折合成速度水頭的比例系數(shù)局部水頭損失折合成速度水頭的比例系數(shù)gvhj221122hvgj 當(dāng)上下游斷面平均流速不同時(shí)，當(dāng)上下游斷面平均流速不同時(shí)，應(yīng)明確它對(duì)應(yīng)的是哪個(gè)速度水頭？應(yīng)明確它對(duì)應(yīng)的是哪個(gè)速度水頭？局部水頭損失系數(shù)局部水頭損失系數(shù) 其它情況的局部損失系數(shù)在查其它情況的局部損失系數(shù)在查表或使用經(jīng)驗(yàn)公式確定時(shí)也應(yīng)該表或使用經(jīng)

16、驗(yàn)公式確定時(shí)也應(yīng)該注意這一點(diǎn)。通常情況下對(duì)應(yīng)下注意這一點(diǎn)。通常情況下對(duì)應(yīng)下游的速度水頭。游的速度水頭。 突擴(kuò)圓管突擴(kuò)圓管gvhj222224 局部水頭損失的機(jī)理復(fù)雜，除了突擴(kuò)圓管的情況以外，一般局部水頭損失的機(jī)理復(fù)雜，除了突擴(kuò)圓管的情況以外，一般難于用解析方法確定，而要通過實(shí)測(cè)來得到各種邊界突變情況難于用解析方法確定，而要通過實(shí)測(cè)來得到各種邊界突變情況下的局部水頭損失系數(shù)。下的局部水頭損失系數(shù)。 局部水頭損失系數(shù)隨流動(dòng)的雷諾數(shù)而變局部水頭損失系數(shù)隨流動(dòng)的雷諾數(shù)而變 當(dāng)雷諾數(shù)大到一定程度后，當(dāng)雷諾數(shù)大到一定程度后， 值成為常數(shù)。在工程中使用的表值成為常數(shù)。在工程中使用的表格或經(jīng)驗(yàn)公式中列出的格或

17、經(jīng)驗(yàn)公式中列出的 就是指這個(gè)范圍的數(shù)值。就是指這個(gè)范圍的數(shù)值。 f Re()25一、管道截面突然擴(kuò)大一、管道截面突然擴(kuò)大 管道截面突然擴(kuò)大的能量損失可以用解析的方法加以推管道截面突然擴(kuò)大的能量損失可以用解析的方法加以推導(dǎo)計(jì)算。導(dǎo)計(jì)算。 如下圖，取斷面如下圖，取斷面1-1，2-2及兩斷面之間的管壁為控制面，及兩斷面之間的管壁為控制面，列兩斷面之間的伯努利方程：列兩斷面之間的伯努利方程：v1A1A2v21122G1z2z則：并且取, 1 22212222221111jhgvgpzgvgpz2623)-(3 2 22212211gvvgpzgpzhj11222122211cospvvqlgAAApA

18、pA1p,p;21;:1212取實(shí)驗(yàn)證明的距離斷面之間為壓強(qiáng)上的平均面積為渦流區(qū)環(huán)形式中l(wèi)AAp對(duì)對(duì)1-1，2-2及它們之間的管壁為控制面的流段沿管軸方向列及它們之間的管壁為控制面的流段沿管軸方向列動(dòng)量方程動(dòng)量方程，略去管側(cè)壁面的摩擦切應(yīng)力，則有：，略去管側(cè)壁面的摩擦切應(yīng)力，則有：（3-24）v1A1A2v21122G1z2z27:)243(,cos21可以寫成于是式考慮到lzzv1A1A2v21122G1z2z12212221vvgzzgAApp:2得上式兩邊同除以 gA1222211vvgvgpzgpz（3-25）將式（將式（3-25）代入式）代入式（3-23）得：）得：28gvvhj22

19、21:,2211則上式可改寫為由連續(xù)方程AvAvgvgvAAhgvgvAAhjj2212212222221221121221對(duì)應(yīng)于大截面的速度頭對(duì)應(yīng)于小截面的速度頭212222111;1AAAA突然擴(kuò)大截突然擴(kuò)大截面局部水頭面局部水頭損失的計(jì)算損失的計(jì)算公式公式29器之中。部速度頭耗散于下游容全即管道出口處，流體的于是器相連接時(shí)，因當(dāng)管道出口與大面積容,2, 1, 0, 2112112gvhAAAAj1A2A1v112230二、局部阻力系數(shù)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及經(jīng)驗(yàn)公式二、局部阻力系數(shù)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及經(jīng)驗(yàn)公式（1）管道截面突然縮小的局部阻力系）管道截面突然縮小的局部阻力系 數(shù)數(shù) 突縮圓管的突縮圓管的1-1，

20、2-2兩斷面必須分別取在粗管和細(xì)管中，這兩斷面必須分別取在粗管和細(xì)管中，這是由流動(dòng)結(jié)構(gòu)決定的，因此突縮圓管的局部水頭損失不能解是由流動(dòng)結(jié)構(gòu)決定的，因此突縮圓管的局部水頭損失不能解析表達(dá)，只有經(jīng)驗(yàn)公式析表達(dá)，只有經(jīng)驗(yàn)公式)1 (5 . 012AA 對(duì)應(yīng)下游，即細(xì)管對(duì)應(yīng)下游，即細(xì)管中的速度水頭。中的速度水頭。v2A2A1v1221131 突然收縮管段的局部阻力系數(shù)隨截面比的不同而異由實(shí)突然收縮管段的局部阻力系數(shù)隨截面比的不同而異由實(shí)驗(yàn)得出下表：驗(yàn)得出下表： 表表3-2 突然收縮管的局部阻力系數(shù)突然收縮管的局部阻力系數(shù)A1/A20.010.100.200.300.400.500.600.700.80

21、0.901.00.500.470.450.380.340.300.250.200.150.090（2）管道直角入口的局部阻力系數(shù)：）管道直角入口的局部阻力系數(shù)：=0.5其 它 各 種 彎 管 、 截其 它 各 種 彎 管 、 截門、閘閥等的局部水門、閘閥等的局部水頭損失系數(shù)可查表或頭損失系數(shù)可查表或由經(jīng)驗(yàn)公式獲得。由經(jīng)驗(yàn)公式獲得。( (表表3-3) ) 2v2A11225 . 0, 0,121AAA32三、水頭損失的迭加原則三、水頭損失的迭加原則gvgvdlhhhjf2222為使用方便，有時(shí)可將上式簡(jiǎn)化。為使用方便，有時(shí)可將上式簡(jiǎn)化。gvdLgvdllgvdlhe222222 gvgvhe22

22、22管路的總阻力長(zhǎng)度局部阻力的當(dāng)量管長(zhǎng)Lle;管路的總阻力系數(shù)力系數(shù)沿程阻力的當(dāng)量局部阻;e33進(jìn)行迭代計(jì)算復(fù)假設(shè)則可反若誤差較大相比較與將算然后試則先假設(shè)稱為第二類問題管徑求如果已知直接求解可利用稱為第一類問題求如果已知,;Re,dhhhddhQhdQ34例題例題1：？管中損失的壓力是多少問在該油流量系數(shù)運(yùn)動(dòng)粘性管中輸送的油的密度長(zhǎng)度徑設(shè)有一水平輸油管，直,022. 0,7,800,500,2 . 0323smqscmmkgmlmdv35解解：對(duì)油管起、止斷面列伯努利方程：對(duì)油管起、止斷面列伯努利方程：gvvgppzzh22222112121:,:212121則有對(duì)管斷面中心fhhvvzzf

23、fghpppgpgpph2121;計(jì)算斷面平均速度：計(jì)算斷面平均速度：計(jì)算管流雷諾數(shù)：計(jì)算管流雷諾數(shù)：smAqvv/7 . 02 . 04022. 0223202001072 . 07 . 0Re4dv36所以管流為層流所以管流為層流：32. 020064Re64mgvdlhf208 . 927 . 02 . 050032. 0222)/(156800208 . 98002mNghpf37例題例題2：揚(yáng)程的泵？大的水塔中，問應(yīng)配備多的水，送至高度量、流彎頭三個(gè)，若要求把的），閥門一個(gè)（），全開件裝有底閥一個(gè)（管路附長(zhǎng)度徑鐵管直水泵管路如圖所示，鑄mhsmqCtRrmlmmdv1000625.

24、020905 . 09 . 35 . 6,180,150 3000h水泵水泵38解：解：jfjfhhmhhhhHH和下面分別計(jì)算已給定為水泵揚(yáng)程,100:先計(jì)算先計(jì)算 ，算出流速：，算出流速：fh5621027. 510007. 115. 054. 3Re/54. 315. 040625. 0dvsmAqvv算出阻力分區(qū)的臨界準(zhǔn)則數(shù)，對(duì)鑄鐵管取算出阻力分區(qū)的臨界準(zhǔn)則數(shù)，對(duì)鑄鐵管取=0.25mm，則：則：14.4040825. 015098.2698.267/87/8d3937.53045225. 01505 . 041605 . 0416085. 085. 0d85. 07/85 . 0416

25、0Re98.26dd故管流屬于紊流水力過渡區(qū)：故管流屬于紊流水力過渡區(qū)：mgvdlhdf69.198 . 9254. 315. 01800257. 020257. 0Re6811. 02225. 040jh計(jì)算局部水頭損失計(jì)算局部水頭損失 ：gvhj221:,29. 0905 . 0:0管道截面突然擴(kuò)大彎頭的的根據(jù)題意查得Rrmhj84. 78 . 9254. 3129. 039 . 35 . 62mhhhHjf53.12710084. 769.19故水泵揚(yáng)程故水泵揚(yáng)程H為：為：h水泵水泵41作業(yè)：作業(yè)： 3-5 3-8 3-942第七節(jié)第七節(jié) 管路的水力計(jì)算管路的水力計(jì)算 在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以及日

26、常生活中，輸送各種流體介質(zhì)的管路在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以及日常生活中，輸送各種流體介質(zhì)的管路系統(tǒng)起著相當(dāng)重要的作用，例如供水系統(tǒng)、輸油系統(tǒng)、熱電廠系統(tǒng)起著相當(dāng)重要的作用，例如供水系統(tǒng)、輸油系統(tǒng)、熱電廠和核電站等。管路系統(tǒng)設(shè)計(jì)的好壞將影響系統(tǒng)能耗的大小與性和核電站等。管路系統(tǒng)設(shè)計(jì)的好壞將影響系統(tǒng)能耗的大小與性能的好壞。能的好壞。 本節(jié)分析研究各類管路的流體力學(xué)的計(jì)算原理。本節(jié)分析研究各類管路的流體力學(xué)的計(jì)算原理。 管路按結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分有管路按結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分有等徑管路、串聯(lián)管路、等徑管路、串聯(lián)管路、 并聯(lián)管路、分并聯(lián)管路、分支管路等。支管路等。按計(jì)算特點(diǎn)分卻只有兩種按計(jì)算特點(diǎn)分卻只有兩種：（1）長(zhǎng)管長(zhǎng)管-水頭損失中

27、絕大部分為沿程損失，其局部損失相水頭損失中絕大部分為沿程損失，其局部損失相對(duì)可以忽略不計(jì)（局部損失所占比重只有對(duì)可以忽略不計(jì)（局部損失所占比重只有510%），計(jì)算后再），計(jì)算后再增加增加510%；（2）短管短管-水頭損失中沿程損失和局部損失水頭損失中沿程損失和局部損失各占一定比例各占一定比例。43一、簡(jiǎn)單管路的水力計(jì)算一、簡(jiǎn)單管路的水力計(jì)算 等徑無分支等徑無分支的管路系統(tǒng)稱為簡(jiǎn)單管路。的管路系統(tǒng)稱為簡(jiǎn)單管路。1、短管的水力計(jì)算、短管的水力計(jì)算jfhhh有壓管道的進(jìn)口是淹沒的，出口分有壓管道的進(jìn)口是淹沒的，出口分自由自由和和淹沒淹沒兩種情況。兩種情況。vOO1122H 自由出流自由出流4421w

28、hgvpzgvpz222222221111jfhhgvpzgvpz2122222211112)()2(改寫改寫 上 游 總 水上 游 總 水頭和下游測(cè)管水頭頭和下游測(cè)管水頭之之差差，用于支付出口速，用于支付出口速度水頭和全部水頭損度水頭和全部水頭損失（包括沿程損失及失（包括沿程損失及所有局部損失）。所有局部損失）。 作用水頭作用水頭vOO1122H45jfhhgvpzgvpz2122222211112)()2(= H0=0 gvdl22gv22gv2)(2=gHdlv211gHAvAQc2dlc11管系管系流量流量系數(shù)系數(shù)作用作用水頭水頭 HvOO1122H463221212333321111

29、2)()2(jjfhhhgvpzgvpz= z+h0= gvdl22gv2)(2=0hgvgvv22)(2232=vOO112233Zh出口水頭損失出口水頭損失按突擴(kuò)計(jì)算按突擴(kuò)計(jì)算用用3-3斷面作斷面作下游斷面下游斷面作用水頭作用水頭z 淹沒出流淹沒出流47gzdlv211gzAvAQc2dlc11管系管系流量流量系數(shù)系數(shù) 淹 沒 與 自淹 沒 與 自由 出 流 相由 出 流 相比，比，作用水作用水頭不同頭不同，管，管系系流量系數(shù)流量系數(shù)相同相同。vOO112233Zh48例題例題3：?2 ?165 . 55 . 02 . 04 . 4025. 0200250508%,75,06. 0,252

30、1213hhmhmmdmmdmlmlsmqkwPsvsvvbfvpp、水泵的提水高度、水泵的安裝高度試求：。泵的允許真空度，水，止回閥，閥門頭阻力系數(shù)，彎阻力系數(shù)，帶底閥濾水網(wǎng)的局部，沿程阻力系數(shù)，壓水管直徑，吸水管直徑，壓水管長(zhǎng)度吸水管長(zhǎng)度水泵效率流量功率水泵的水池抽至水塔。已知：如圖所示，水泵將水由4950解：解：（1）smAqvsmAqv/91. 112. 0406. 0:/22. 125. 0406. 0:222211壓水管流速進(jìn)水管流速以水池水面為基準(zhǔn)，列以水池水面為基準(zhǔn)，列0-0，1-1斷面的能量方程，則：斷面的能量方程，則：10211200hgvgphgpsamgvdlgvhhg

31、vgpphbfvvas51. 58 . 9222. 12 . 04 . 425. 08025. 016222221112110211水泵的允許水泵的允許真空度真空度51（2）仍以水池水面為基準(zhǔn)，列）仍以水池水面為基準(zhǔn)，列0-0，2-2斷面的能量方程，斷面的能量方程，HP為水泵揚(yáng)程，則：為水泵揚(yáng)程，則：20000hgphHgpapa20hHhppppgqHPgqpHpppgvdlgqphgqphbfvpppp2211120gvdlbsvv222220528 . 9222. 125. 08025. 02 . 04 . 406. 09800102575. 023hm98.288 . 9291. 12

32、 . 050025. 012 . 05 . 55 . 02代入已知數(shù)據(jù)得：代入已知數(shù)據(jù)得：532、長(zhǎng)管的水力計(jì)算、長(zhǎng)管的水力計(jì)算如果作用水頭的如果作用水頭的95%以上用于沿程以上用于沿程水頭損失，我們就水頭損失，我們就可以略去局部損失可以略去局部損失及出口速度水頭，及出口速度水頭，認(rèn)為全部作用水頭認(rèn)為全部作用水頭消耗在沿程，這樣消耗在沿程，這樣的管道流動(dòng)稱為水的管道流動(dòng)稱為水力長(zhǎng)管。否則為水力長(zhǎng)管。否則為水力短管。力短管。 下圖一端為有一定水頭、斷面很大下圖一端為有一定水頭、斷面很大的儲(chǔ)水池，另一端通大氣，這是一個(gè)在的儲(chǔ)水池，另一端通大氣，這是一個(gè)在重力作用下的流動(dòng)問題，重力作用下的流動(dòng)問題，

33、位置勢(shì)能位置勢(shì)能轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換成成動(dòng)能和阻力損失動(dòng)能和阻力損失。vOO1122HL,d54 vOO1122HL,d對(duì)對(duì)1-1，2-2斷面列能量方程：斷面列能量方程：hgvgpgvgpHaa22222211gvdlhhhvff2, 1, 022211而這里gvdlgvH222222gvdl21221,dl故由于是長(zhǎng)管55552222228242lqdggdqdlgvdlhHf852dgK 令K為流量模數(shù)，具有流量為流量模數(shù)，具有流量的單位的單位(m3/s)。則有：則有：22KlqH lHKq K值可以計(jì)算，也可以查手冊(cè)，見表值可以計(jì)算，也可以查手冊(cè)，見表3-4。ddfKdfdfK和說明流量模數(shù)僅取決于

34、一般管流在阻力平方區(qū),56二、復(fù)雜管路的水力計(jì)算二、復(fù)雜管路的水力計(jì)算（1）串聯(lián)管路串聯(lián)管路 特點(diǎn)：特點(diǎn)：各管段流量相等，總水頭損失等于各管段沿程各管段流量相等，總水頭損失等于各管段沿程 損失之和。損失之和。 321321fffhhhHqqqq 前一節(jié)屬于簡(jiǎn)單管路，即管路中只有一個(gè)進(jìn)口，一前一節(jié)屬于簡(jiǎn)單管路，即管路中只有一個(gè)進(jìn)口，一個(gè)出口，中間無支路。在本節(jié)的討論中個(gè)出口，中間無支路。在本節(jié)的討論中忽略忽略管路中的管路中的局局部水頭損失部水頭損失和和出流速度水頭出流速度水頭。 即即:q3q2l1,d1l2,d2l3,d3q1hf1hf2hf3H57dle等值長(zhǎng)度等值長(zhǎng)度dle 以沿程損失為主，

35、必要時(shí)用以沿程損失為主，必要時(shí)用 等值長(zhǎng)度等值長(zhǎng)度 計(jì)算計(jì)算 局部損失。局部損失。水頭線中不畫局部損水頭線中不畫局部損失和速度水頭。失和速度水頭。q3q2l1,d1l2,d2l3,d3q1hf1hf2hf3H,21211Kqlhf,22222Kqlhf23233Kqlhf2332222112KlKlKlqH233222211KlKlKlHq58 n 段串聯(lián)管道各段的流量、流速、管徑、長(zhǎng)度可不同，各段串聯(lián)管道各段的流量、流速、管徑、長(zhǎng)度可不同，各段損失分別計(jì)算然后疊加，認(rèn)為作用水頭全部用于沿程損失，段損失分別計(jì)算然后疊加，認(rèn)為作用水頭全部用于沿程損失，可得一個(gè)方程可得一個(gè)方程:HhQKlf ii

36、iiinin2211 各段流量間各段流量間的關(guān)系由連的關(guān)系由連續(xù) 原 理 確續(xù) 原 理 確定，又可得定，又可得 n-1個(gè)方程個(gè)方程:Q3Q2l1,d1l2,d2l3,d3Q1q1q2hf1hf2hf3H)3 , 2(1iqQQiii59321233232222221121321qqqqKlqKlqKlqhhhhffff （2）并聯(lián)管路：并聯(lián)管路： 特點(diǎn)：特點(diǎn)：各并聯(lián)支路具有相同的水力損失。各并聯(lián)支路具有相同的水力損失。q3q2q1hf 1=hf 2 =hf 3hf ABhf CDHABCD60為了得到整個(gè)管路系統(tǒng)的計(jì)算公式，應(yīng)列為了得到整個(gè)管路系統(tǒng)的計(jì)算公式，應(yīng)列A-A與與D-D斷面的能量方程，并取任一個(gè)并聯(lián)支路計(jì)算水力損失：斷面的能量方程，并取任一個(gè)并聯(lián)支路計(jì)算水力損失：DADDDDAAAAhgvgpzgvgpz2222為干管總作用水頭令HgpzgpzHDDAA,DAAADDhgvgvH2222CDAB