汽車流體管路優(yōu)化設(shè)計(jì)

第八講管路計(jì)算Chapter8CalculationofFluidFlowinPipes作業(yè)：練習(xí)題8-1，8-3計(jì)算依據(jù)：1.連續(xù)性方程；2.伯努利方程3.阻力損失計(jì)算式簡(jiǎn)單管路：沒有分支與匯合復(fù)雜管路：有分支與匯合一.概述對(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)化問題。一般情況下，液體流速取1～3m/s，氣體流速取10～30m/s。費(fèi)用uuopt操作費(fèi)設(shè)備費(fèi)總費(fèi)用二.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。ms0ms1ms2若ρ一定，則：2.整個(gè)管路的阻力損失為各管段損失之和。常見問題：1.操作型問題：2.設(shè)計(jì)型問題：已知管徑、管長(zhǎng)(含管件的當(dāng)量長(zhǎng)度)和流量，求輸送所需總壓頭或輸送機(jī)械的功率。已知輸送系統(tǒng)可提供的總壓頭，求已定管路的輸送量，或輸送一定流量的管徑。自來水塔將水送至車間，輸送管路采用Ф114×4mm的鋼管，管路總長(zhǎng)為190m(包括管件與閥門的當(dāng)量長(zhǎng)度，但不包括進(jìn)、出口損失)。水塔內(nèi)水面維持恒定，并高于出水口15m。設(shè)水溫為12℃，試求管路的出水量(m3/h)。15m1122例題：解：選取塔內(nèi)水面為1－1截面，出口內(nèi)側(cè)為2－2截面。以管路出口中心為基準(zhǔn)面。列伯努利方程有：15m112215m1122其中：代入數(shù)據(jù)并整理，有：式中，上面兩式中，含有兩個(gè)未知數(shù)λ和u2，由于λ的求解依賴于Re，而Re又是u2的函數(shù)，故需采用試差求解。

此題中，原始數(shù)據(jù)為：水的密度和粘度分別為：管壁的絕對(duì)對(duì)粗糙度為為：進(jìn)行試算，，有：λ0u2Ree/dλ1第一次0.022.812.4×1051.89×10-30.024第二次0.0242.582.2×1051.89×10-30.024由于兩次計(jì)計(jì)算的λ值基本相同同，故u2＝2.58m/s。。于是，，輸水量為為：例題：15℃的水以0.0567m3/s的流率率流過一根根當(dāng)量長(zhǎng)度度為122m的光滑滑水平管道道。已知總總壓降為1.03×105Pa，試求求管道的直直徑。解：在管的進(jìn)、、出口截面面間列伯努努利方程，，有：由于管道水水平，有：：因此，有：：又有：由于因此需要進(jìn)進(jìn)行試差求求解。其步驟為：：1.設(shè)定定一個(gè)λ的初值λ0；2.將此此λ0值代入上式式求出管路路直徑d；；3.用此此d值計(jì)算算雷諾數(shù)Re；4.用Re和相對(duì)粗糙糙度e/d(此題中中為0)，，求出λ；5.重復(fù)復(fù)以上步驟驟，直至所所設(shè)初值和和計(jì)算值相相等。經(jīng)過以上計(jì)計(jì)算步驟，，有：管道直徑d＝0.13m，摩摩擦因數(shù)λ＝0.012。三.復(fù)雜管管路12ABAOBC并聯(lián)管路分支管路特點(diǎn)：并聯(lián)管路和和分支管路路中各支管管的流率彼彼此影響，，相互制約約；其流動(dòng)規(guī)律律仍然滿足足連續(xù)性方方程和能量量守恒原理理。1.操作作型問題：：常見問題：：2.設(shè)計(jì)計(jì)型問題：：已知管路布布置和流量量，求輸送送所需總壓壓頭或輸送送機(jī)械的功功率。已知管路布布置和輸送送系統(tǒng)可提提供的總壓壓頭，求流流量的分配配，或已知知流量分配配求管徑的的大小。特點(diǎn)：1.總管管流量等于于各支管流流量之和。。2.對(duì)于于任一支管管，分支前前及匯合后后的總壓頭頭皆相等。。據(jù)此可建建立支管間間的機(jī)械能能衡算式，，從而定出出各支管的的流量分配配。（一）.并并聯(lián)管路路12AB對(duì)于支管1，有：對(duì)于支管2，有：對(duì)于A、B兩截面，，有：12AB比較以上三三式，有：：另外，根據(jù)據(jù)流體的連連續(xù)性方程程，有：若ρ一定，則：：例題：右圖中的支支管1和支支管2的總總長(zhǎng)度(包包括當(dāng)量長(zhǎng)長(zhǎng)度)如附附表所示。。各管均為為光滑管，，兩管進(jìn)出出口的高度度相等。管內(nèi)輸送20℃的水，總總管流率為為60m3/h，求各各支管流率率。12ABd/mL+Le/m支管10.05330支管20.080550解：20℃水的物性性為：ρ＝998.2kg/m3,μ=1.005×10-3Pa?s設(shè)支管1內(nèi)內(nèi)的流速為為u1，支管2內(nèi)內(nèi)的流速為為u2，則依據(jù)連連續(xù)性方程程，有：即：又根據(jù)各支支管內(nèi)阻力力相等，有有：即：由于摩擦因因數(shù)與速度度有關(guān)，初初設(shè)：將兩式聯(lián)立立求解，有有：下面對(duì)假定定的摩擦因因數(shù)值進(jìn)行行檢驗(yàn)：查莫狄圖，，有：由于檢驗(yàn)值值和設(shè)定值值有差別，，故需再次次試算，把把上步結(jié)果果作為假定定值，計(jì)算算得：由于兩次計(jì)計(jì)算求得的的流速數(shù)據(jù)據(jù)接近，可可停止跌代代。求得的各支支管流率為為：（二）.分分支管路路AOBC特點(diǎn)：1.總管管流量等于于各支管流流量之和。。2.對(duì)于于任一支管管，可分別別建立總管管截面和支支管截面間間的機(jī)械能能衡算式，，從而定出出各支管的的流量分配配。對(duì)于支管AOB，有有：對(duì)于支管AOC，有有：對(duì)于B、C截面，有有：本講小結(jié)簡(jiǎn)單管路，，又稱串聯(lián)聯(lián)管路，其其特點(diǎn)為：：1.各管管段中流體體的質(zhì)量流流量均相同同。2.管路路的總阻力力等于各管管段阻力之之和。1.總管管的質(zhì)量流流量為各分分支管路質(zhì)質(zhì)量流量之之和。