第5單元 流體流動(dòng)阻力與管路水力計(jì)算-2講解

第5單元流體流動(dòng)阻力與管路水力計(jì)算-2：管路計(jì)算5-2-1長管與短管管路計(jì)算的內(nèi)容與方法：內(nèi)容：確定流量、水頭損失及管道幾何尺寸間的相互關(guān)系，亦稱為管路的水力計(jì)算。方法：連續(xù)性方程+能量方程（能量損失）一、長管和短管按沿程損失和局部損失在總損失中所占比重分為長管和短管。長管：以沿程損失為主，局部損失可忽略不計(jì)（或可按沿程損失的某一百分比估算）的管路。短管：局部損失在總損失中的比例較大而不能忽略，必須同時(shí)考慮局部阻力和沿程阻力的管路。簡單管路與復(fù)雜管路簡單管路：管徑、流量沿程沒有變化的管路系統(tǒng)。復(fù)雜管路：管徑或流量沿程發(fā)生變化的管路系統(tǒng)。θ5-2-2簡單管路的計(jì)算一、短管的計(jì)算幾個(gè)概念：自由出流及其局部阻力系數(shù)管流的作用水頭（或阻力水頭）管道阻抗系數(shù)的計(jì)算與特點(diǎn)管路阻抗的含義：通過單位流量時(shí)的能量損失管路特性方程例題簡單管道的水力計(jì)算短管（室內(nèi)）、長管（室外，局阻不計(jì)或按%折合）1.短管的水力計(jì)算類比孔口、管嘴的作用水頭短管的作用水頭1→突擴(kuò)ζ=1，H0→H代入，得SH——管路阻抗S2/m5Sp

kg/m7類比電路：S→R

H(p)→U

Q2→I非圓管例：某鋼管制風(fēng)道，斷面尺寸為400×200mm2，管長80m，Σζ=2.5，v=10m/s，空氣溫度t=20℃，求壓強(qiáng)損失p解：解題步驟（1）當(dāng)量直徑de（2）Re

t=20℃，υ=15.7×10-6m2/s（3）k/de鋼管制風(fēng)道，k=0.15mm（4）λ由Re和k/de查莫迪圖λ=0.0195或利用阿里特蘇里公式λ=0.0194（5）Sp（6）p（7）選型p→1.2pQ→1.1Q揚(yáng)程略去速度水頭虹吸現(xiàn)象流速虹吸管正常工作條件最大真空度列1-1和最高斷面C-C的能量方程流量最大安裝高度二、長管的計(jì)算計(jì)算方法：能量方程只計(jì)沿程損失（注意長管的阻抗系數(shù)）注意事項(xiàng)：查表法的條件是否滿足？（修正與否）2.長管的水力計(jì)算局部損失（包括速度水頭）不計(jì)，損失線性下降，總水頭線與測壓管水頭線重合單位長阻抗——比阻as2/m6kg/m85-2-3?串聯(lián)與并聯(lián)管路的計(jì)算一、串聯(lián)管路串聯(lián)節(jié)點(diǎn)連續(xù)性方程的應(yīng)用串聯(lián)管路的流動(dòng)規(guī)律：各管段流量相等，損失迭加，總阻抗等于各段的阻抗之和。例題1.串聯(lián)管道類比電路例：鑄鐵管長L=2500m，流量Q=0.25m3/s，作用水頭H=25m，為充分利用水頭，設(shè)計(jì)串聯(lián)管道解：（1）如按簡單長管計(jì)算水力計(jì)算表aH1=0.105→d1=450mm浪費(fèi)水頭，投資加大aH2=0.196→d2=400mm水頭不夠（2）設(shè)計(jì)串聯(lián)管路d1=450mm→L1d2=400mm→L2解得二、并聯(lián)管路并聯(lián)并聯(lián)管路的流動(dòng)規(guī)律：并聯(lián)節(jié)點(diǎn)上的總流量=各支管流量之和各并聯(lián)支路的能量損失相等總阻抗平方根倒數(shù)=各支管阻抗平方根倒數(shù)之和水力計(jì)算中“阻力平衡”的含義閉合管路或循環(huán)管路例題2.并聯(lián)管道類比電路流體的自調(diào)性，阻力平衡例1：某兩層樓的供暖立管，管段1的d=20mm，總長20m，Σζ1=15，管段2的d=20mm，總長10m，Σζ2=15，管路λ=0.025，干管總流量Q=1L/s，求Q1和Q2解：并聯(lián)解得阻力平衡水平失調(diào)異程→同程例2：流量Q=4L/s的泵從兩個(gè)有初始液位差h=0.5m的油箱中吸油，在節(jié)點(diǎn)A以前的兩條管路有相同的長度l=10m和直徑d=50mm，若λ=0.03，不計(jì)局部阻力，求：（1）泵開始吸油時(shí)，每個(gè)油箱流出的流量q1和q2各為多少？解：A點(diǎn)連續(xù)性方程解得（1）必須pA≥0，列低油箱到A點(diǎn)的能量方程會出現(xiàn)高位油箱向低位油箱倒灌的現(xiàn)象注意：因q1=0，故q2=Q，解得z≥1.27m（2）當(dāng)h是多少時(shí)，由低位油箱流出的q2=0？（4）當(dāng)z為多高，高位油箱泄空后空氣不會進(jìn)入泵內(nèi)，且又可使低位油箱可泄空？令q2=0，解得h=1.27m（3）當(dāng)h>1.27m時(shí)會出現(xiàn)什么情況？5-2-4管網(wǎng)計(jì)算基礎(chǔ)（略提）幾種管網(wǎng)管網(wǎng)水力計(jì)算的內(nèi)容幾種管網(wǎng)的水力計(jì)算方法略提：有壓管中的水擊（水錘現(xiàn)象）管網(wǎng)計(jì)算特點(diǎn)1.枝狀管網(wǎng)的水力計(jì)算（兩類）（1）管網(wǎng)布置已定（Li，ζ，用戶Qc，末端壓力pc或hc），求di，作用壓力p或H——新建管網(wǎng)a.由連續(xù)性方程確定節(jié)點(diǎn)流量b.由流量確定各管段管徑ve——經(jīng)濟(jì)流速（規(guī)范要求）c.由控制線確定作用壓力或d.阻力平衡，調(diào)整支管管徑（2）管網(wǎng)布置和作用壓力已定，求di——校核計(jì)算，擴(kuò)建管網(wǎng)a.由連續(xù)性方程確定節(jié)點(diǎn)流量b.由控制線確定水力坡度l’——局部損失折算成沿程損失的長度，稱為局阻的當(dāng)量長度（手冊可查）c.由各管段J相等條件，計(jì)算各管段管徑和損失d.校核e.計(jì)算支管管徑，并進(jìn)行阻力平衡→標(biāo)準(zhǔn)化2.環(huán)狀管網(wǎng)的水力計(jì)算（1）節(jié)點(diǎn)方程（2）回路方程校正流量ΔQ展開，略去二階微量由例：兩個(gè)閉合回路的管網(wǎng)，參數(shù)見圖，不計(jì)局部阻力，求各管段通過的流量（閉合差小于0.3m即可）解：取ABCD為環(huán)路1，CDEF為環(huán)路2，按順時(shí)針繞行（1）按ΣQi=0分配流量從A點(diǎn)和最遠(yuǎn)點(diǎn)F點(diǎn)分配，可假設(shè)（2）計(jì)算各管段損失并填表注意正負(fù)號（3）計(jì)算校正流量ΔQ注意公共段CD環(huán)路管段假定流量Qi

Sihihi/QiΔQ管段校正流量校正后的流量Qi校正后的hi1AB+0.1559.76+1.33468.897-0.0014-0.00140.14861.3196BD+0.1098.21+0.98219.821-0.00140.09860.9548DC-0.01196.42-0.01961.960-0.0014-0.0175-0.0289-0.1641CA-0.1598.21-2.209714.731-0.0014-0.1514-2.2512Σ0.087435.410-0.1409環(huán)網(wǎng)計(jì)算表環(huán)路管段假定流量Qi

Sihihi/QiΔQ管段校正流量校正后的流量Qi校正后的hi2CD+0.01196.42+0.01961.9600.0175+0.0175+0.00140.02890.1641DF+0.04364.42+0.583014.575+0.01750.05751.2049FE-0.03911.05-0.819927.330+0.0175-0.0125-0.1424EC-0.08364.42-2.332329.154+0.0175-0.0625-1.4235Σ-2.549673.019-0.1969有壓管道的水擊（水錘）可壓縮、非恒定流1.水擊的物理過程水擊——流速突然改變，壓力引起大幅度波動(dòng)的現(xiàn)象水擊具有破壞性第一階段水擊速度a在t=l/a時(shí)到達(dá)管道口水擊的過程1\2\3\4;水擊播的傳播過程第二階段在t=2l/a時(shí)到達(dá)閥門第三階段在t=3l/a時(shí)到達(dá)管道口第四階段在t=4l/a時(shí)到達(dá)閥門循環(huán)、衰減2.直接水擊與間接水擊t=2l/a——相長Ts——閥門關(guān)閉時(shí)間閥門處a0——水中聲音傳播速度（1435m/s）ε——水的彈性系數(shù)（2×109Pa）E——管材彈性系數(shù)（鋼：206×106kPa）δ——管材壁厚（1）直接水擊：（2）間接水擊：3.水擊的危害及減弱水擊的措施（1）危害：