流体力学第6章短管长管.ppt

1,第三节 短管水力计算,一、有压管流Penstock 1、定义 流体沿管道满管流动的水力现象，是输送液体和气体的主要方式。 2、特点 沿流动方向有一定的边界长度，hl=hf+hm 3、分类 工程上为简化计算，按两类水头损失在全部损失中所占比重不同分为短管和长管,2,二、短管概述,1、定义 沿程损失和局部损失都占相当比重，两者都不可忽略的管道。 2、应用：水泵吸水管、虹吸管、铁路涵管、送风管 虹吸管正常工作条件 为保证虹吸管正常过流，工程上限制管内最大真空高度不超过允许值,3,水泵吸水管的水力计算,离心泵吸水管水力计算，主要为确定泵的安装高度，即泵轴线在吸水池水面上的高度Hs 取吸水池水面1-1和水泵进口断面2-2列伯诺里方程,水泵安装高度,水泵进口断面真空高度,为防止气蚀，通常在出厂前由实验确定允许吸水真空高度hv，写在铭牌上做为水泵的性能指标之一。,4,第四节 长管水力计算,一、概述 实质：管道的简化模型 定义： 水头损失以沿程损失为主，局部损失和流速水头的总和同沿程损失相比很小，按沿程损失的某一百分数估算、或忽略不计，仍能满足工程要求的管道，如城市室外给水管道,特点: 水力计算大为简化，将有压管道分为短管和长管的目的就在于此,5,二、简单管道,沿程直径不变，流量也不变的管道称为简单管道。简单管道是一切复杂管道水力计算的基础。 1、计算方法： 列伯诺里方程,长管的全部作用水头都消耗于沿程水头损失，总水头线H是连续下降的直线，并与测压管水头线重合,因长管 可以忽略不计，则,6,2、简单管道的比阻计算方法, 简单管道的比阻计算公式,比阻a 取决于、d,7,由舍维列夫旧钢管及旧铸铁管公式,当v1.2m/s,当v 1.2m/s,修正系数,各种流速下的k值列于167页表8.3(130页6-3表),8,选用通用公式曼宁公式,编制出比阻计算表6-6 ，对于铸铁管表中n=0.013 按水力坡度计算,当v1.2m/s,当v 1.2m/s,已知v、d、中任两个量，便可直接由表6-7查出另一个量，使得计算工作大为简化,9,例 6-4：水塔向车间供水，铸铁管l=2500m，d=400mm，水塔地面标高1=6lm，水塔水面距地面的高度H1=18m，车间地面标高 2=45m，供水点需要的自由水头H2=25m，求供水量Q,解：作用水头 H=(1+ H1)- (2+ H2) = (61+18)- (45+ 25) = 9m 法一： 由表6-4查得 400mm铸铁管比阻为 a=0.2232s2m6,10,验算阻力区,属于过渡区，比阻需修正，由表6-3查得v=1m/s时，k =1.03。修正后流量为,法二：按J 计算更简便,由表6-7查得d=400mm，J =0.00364时，Q=0.126m3/s,内插J = 0.0036时, Q值,11,例6-6：由水塔向车间供水，铸铁管l= 2500m，水塔地面标高1=6lm，水塔水面距地面的高度H1=18m，车间地面标高2=45m，供水点需要的自由水头H2=25m，要求供水量Q = 0.152 m3/s，计算所需管径。,解: H=(1+H1)- (2+H2) = (61+18) - (45+25) = 9m,由表6-4查得d 450mm ， a0.1195s2/m6 d 400mm ， a 0.2232s2/m6 大管：浪费管材 小管：流量不足,两管道串联,12,三、串联管道 Pipes in Series,定义： 由直径不同的管段顺序联接起来的管道 几根简单管道首尾相连组成串联管道 应用： 串联管道常用于沿程向几处输水，经过一段距离便有流量分出，随着沿程流量减少，所采用的管径也相应减小的情况。,节点： 两管段的联结点,13,1、质量守恒（连续性方程）,Si 管段的阻抗s2/m5,若节点处 q1= q2 = = 0，则Q1= Q2= Q3= =Q 2、能量守恒,14,3、串联管道计算公式,当串联管道节点无流量分出，通过各管段的流量相等，此时总管路的阻抗等于各管段的阻抗叠加 串联管道总压头为各段压头之和 串联管道的水头线是一条折线，这是因为各管段的水力坡度不等之故,15,四、并联管道 Pipes in Parallel,定义：在两节点之间，并联两根以上管段的管道 ；或几根具有相同起点、终点的简单管道组成，头头相连、尾尾相连 特点：并联管道能提高输送流体的可靠性。 计算公式,能量守恒,质量守恒,16,计算公式,设S为并联管道的总阻抗，Q为总流量,AB段总阻抗为S并,17,串、并联管道分析,水头H不变时 串联：加长一段管道 阻力变大Q管道延长 并联：并联一段管道 横截面变大Q 提高管道输送流体的可靠性 管网,18,例6-7：在例6-6中，为了充分利用水头和节省管材，采用450mm和400mm两种直径管段串联。求每段长度,解：设d1= 450mm的管段长l1 ，a10.1195s2/m6 d2= 400mm的管段长l2，a2 0.2232s2/m6 v1=0.96m/s1.2m/s， a1应进行修正,v2=1.21m/s1.2 m/s， a2 不需修正,联立求解上两式得 l11693.5m l2 806.5m,19,五、沿程均匀泄流管道,通过流量（转输流量）Qz 前述管道流动，在每根管段间通过的流量是不变的,途泄流量（沿线流量） Qt 在工程中如水处理设备中的穿孔管和灌溉用人工降雨管道等，管道中除通过流量外，还有沿管长由壁面开的孔口泄出的流量Qt=ql 沿程均匀泄流管道 最简单的情况是单位长度上泄出的流量q相等,20,计算公式,距开始泄流断面x处，取长度dx管段，认为通过该管段的流量Qx不变。其水头损