弯管压力损失及其应对策略

1、弯管压力损失及其减少策略在空气和烟气管道系统里， 尤其在流体流动方向发生改变的弯管部分， 可能会出 现显著的压力损失。 这篇文章将给出压力损失计算和通过结构上的措施 （如采用 金属导流板）来减少损失的方法，并借助实际例子的原理图例进行我们的讲解。 引言在建造越来越大的部件 （如蒸汽机部件） 设备运营商必须更多地关注辅助设备的 能耗问题， 如：蒸汽机制造商关心鼓风机能耗问题。 运营商还必须寻求降低管道 中压力损失进而降低鼓风机能耗的方法。 在许多情况下我们可以通过优化弯管结 构来减少压力损失。工程师在计算压力损失和探索在弯管采用不同导流件来改善流体流动的可行性 方面已经做了大量工作。 但其中大部

2、分工作只局限于某一特定的研究， 设计人员 很难在短时间内对他们所研究的问题有一个总体了解。 基于工程师们的工作， 文 章将给出弯管工作的基础原理和在设计时所应遵循的准则。弯管流体流动和压力损失 流体在直管里流速稳定，但随着管道流体流动方向的变化其速度也将随着变化。 流体在弯管部分阻力变大。在直管流体平均流动速度较快和弯管内外半径比不尽合理的情况下流体在弯管 内侧形成漩涡。在弯管里微粒按其能量大小分为两类： 动能较大的和动能较小的。 动能较大的微粒冲向外侧， 动能较小的转向内侧， 我们叫这二次流。 这时与弯管 相连的管道部分的外侧流体速度最大 ,由于压力损失 , 速度慢慢降低 ,随后趋于同o内外

3、半径比小的普通弯管的压力损失较大是由于漩涡向弯管内侧流动过程中和二次流中的动能损失。此外弯管出口的连接管道的流体起始速度不一， 由此导致 的摩擦增大也造成压力损失。我们应采取措施阻止漩涡和二次流的形成。在蒸汽 机制造中我们主要采用两种导流件：金属导流板（图 1）和导流叶片（图2 ）。fi iM i; L miraL tMri，mic Scteufr-lfpner虽然金属导流板（以下称“导流板”）弯管的压力损失比导流叶片弯管的压力损 失大约高8%并且导流叶片弯管的流体速度比导流板弯管的速度分布更均匀，但在许多情况下我们有足够理由选择使用导流板弯管。在剖面图出现差错和安装不 正确时，导流叶片弯管更

4、易造成大的压力损失。采用导流板 （建议采用两片）能更 好地减少压力损失，因为安装导流板比起安装复杂的导流叶片简单多了。另一个选择导流板的理由是便于维修更换。压力损失计算方程式:(1)p90 0邛弯管压力损失fl f2阻力系数fi弯管参数（阻力系数）（图3,4,5）f2流体参数（当弯管之前和之后直管长度4 dh,f2 =1.0；在其他情况下 f2=1.4)dh水力通径（dh为管道截面为圆形的通径；截面为非圆形时d h = 4 Ur）A管道截面U湿周w弯管前管道流体的平均速度弯管角度（以度为单位）Biid J: L!oiknkaB*fAljior 人 ILtcnifiLixtm QsHncluik

5、EtIE1*孔*EBUcM: mkiMff(aki-Dr 蓟 Hir Kiile mH rkrtk- higroi QudrwkminBiH S: Lmlalkmip.FftkEisr /L flir Eaiodik mil E护 40.6到0.7的内外半径比只能带来相当有限的好处，因为随着内外半径比R R的增大所谓的弯管压力损失将不存 在，流体与管壁的摩擦将趋同于直管的纯粹表面摩擦。我们可用等值长度管道去验证这种表面摩擦。弯管压力损失与角度的关系可看作是线式的4。在三900范围内随着角度不断增加其对应值越来越小，在90v三1800范围内其对应值越来越大。流体流速对弯管参数的影响是可

6、以被忽略不计的。为减少压力损失可将内外半径比不合理的弯管通过采用导流板分成多个半径比 更合理的流道。流道宽度应合目的地设计，使得每一个分流道的半径比相同或者 说弯管参数fi相同。半径比Cr如图6所示：Bild 6: OintelliMig ZW Ermitclunt RiCr =不带导流板的弯管的内外半径比RiR2Rxcr x 1R1 R2RxRi=R1 Rr R7 r7善-Cr(5)C R=X I C r对于横截面为正方形、内外半径比为 Cr采用两个导流板的弯管借助图 7我们可以算出其分流道的半径比Cr = 3Cr，求得Cr后可以算出弯管参数fi予T莎乂盪戾)才K:沙%Hilrf X EkM

7、immunj; von R ft, im Tdlkiml fiir Kioak rmt iirrrrljrm QuersrhailT对不同弯管的分析借助图8 - 10弯管几何图形讲解如何实际运用图表计算出弯管参数匚。然后对 不同弯管及其因素进行讨论图8R iCr = R 0=2款 7.107f1 =0.58H B=1.0 （图 3）带一片导流板:Cr=0.33 Cr=0.107 （图 7）f1 =0.205C、r= 二 0.33 （图 3）R0或尺一 cR 一 0.33 一 909 mm带两片导流板:C r=0.48;f1 =0.14R =625mm;R2 =1302mm带三片导流板:C r=

8、0.57;f1 =0.12不带导流板：HB2R =526mm;R2 =922mm;R3 =1618mmBo不带导流板:宀=矗0 7107f, =0.94H B=1.0 （图 4）带一片导流板: 这时通过试验选择适当的导流板半径，使得分流道的弯管参数值相同。R=1225内流道:R i _ 300RT = 1225二 0.245f, =0.275Hb 2Ri外流道:1225-=0 44R i B = 1225 1575f, =0.275H B=1.58 （图 4）带两片导流板:同样需选择适当的导流板半径,使得分流道的弯管参数值相同f, =0.168;R,=750mm;R2=1875mm带三片导流板

9、:f1 =0.135;R1 =600mm;R2=1200mm;R3 =2400mmVmlcakung nach Btld IQ不带导流板：Ri门R i B =0fi=1.4H B=1.0（图 4）带一片导流板： 图10所示为内外为角的弯管，它的内外半径比为零，因此弯管参数fi与导流板半 径Ri无关,此时可通过内流道来确定它的值 内流道:=0f1 =0.865H B 2.0 （图 3）外流道:fi =0.865 （和内流道一样）RiR i - B=0.125H B=1.15 （图 4）可得出：R或R1=312mm不同弯管的比较1 : Ziu mmm l*llDn|； tfer U m Icnl

10、UD k tomUndEungUmlcnkun;UmkRkunBlW BiM 9Bild 101 IxiiblcchcO.L4i0J6S0,闊33 LeilhlecheQJ2Q,l50.释, ” r _ . _ _表一表一所列的是图8到图10所示的各个弯管的因素。首先，在没有使用金属导流 板的情况下对不同弯管进行比较，我们很容易就能发现内外角型，内角外圆型和 内外圆型三种弯管的不同。相对于内外角型（图10 ）和内外圆型（图8）的弯管，内圆外角型（图10 ）的 弯管参数和压力损失分别减少为原来的 67%和41%左右。若使用导流板，图8所示弯管内装一片导流板弯管参数值为原来的35%左右，内装两片为

11、原来的24%左右，三片为原来的21%左右。通过安装导流板，流体 流动状况能显著地得到改善。但是，若导流板的片数超过两片，弯管参数并不能 得到显著改善。或许在很多情况下安装一个导流板就足够了。安装一个导流板， 图9所示弯管的流体流动状况也能显著改善。如果对减少压力损失有较高要求，那么应避免使用内角型的弯管 （图10），因为 这种弯管内装导流板相比较而言所收到的效果是很有限的。 这里推荐使用内圆型 的两种弯管，因为在减少压力损失方面它们不相上下并且制造起来也比较便宜。按照不同的弯管和导流板的使用情况，通过上述方法，可以减少横截面面积进而减少弯管的制造材料需要量的同时，还能保持压力损失相同和提高管道

12、平均速 度。随后通过例子进行解释。基础数值:二 Pou =0.7管道系统中弯管压力损失所占比例.：PoG =0.3管道系统中直管压力损失所占比例Gou = 0.3管道系统中弯管所用材料所占比例Gog = 0.7管道系统中直管所用材料所占比例Ao =2.5 25 =6.25m2管道截面f1o = 0.58（图8所示不带导流板弯管）w0 =15m/s管道流体平均速度基本符号表示:G直管U弯管0不带导流板1带一片导流板,截面较小但压力损失一样.例外:在参数f中,它表示的只是弯管参数.采用一片导流板f =0.205.以下计算假设=p值相同,即:巾0= 巾0G Pou = 巾1 =常数 直管：(8)Pi

13、g 二PoG WoG弯官 ： Piu 一 ： Poufii .(Wu 2fioW0u(9)(10)(9)(10)从图7,图8 G1.可得弯管：SlU 二 So 一 ：P0G WoGG 2(9)(10)从图9,图10 G1.,且截面为常数，这时有:Wo 二 Wog 二 WouWi 二 Wig 二 Wiu，Po 二 Wi 2PoG ，Poufiof11.Po由此可得:Wi二W、沁fi； ,pG工 20.3m/swoAi已知速度比,我们可得出:2 2wiAo得：Ai 二 4.62 m ai(11)(12)(13)算得 ai =2.i5m那么通过采用导流板可相对节省成本a。一ai=o.i4 或 i4%总结我们可以通过结构上的措施大幅度减少空气和烟气弯管的压力损失。在蒸气机制造中使用导流板或许是最好的选择。我们如果想把压力损失保持在一个较低的水 平，那么应尽量避免在设计管道是采用内角型的弯管，在弯管进出口处还应采用较大口径的连接管道。为减少压力损失我们还可以把内外半径比不合理的弯管通过