流体力学 第五章 压力管路的水力计算

1、第五章 压力管路的水力计算主要内容 长管水力计算 短管水力计算 串并联管路和分支管路 孔口和管嘴出流基本概念：1、压力管路：在一定压差下，液流充满全管的流动管路。（管路中的压强可以大于大气压，也可以小于大气压）注：输送气体的管路都是压力管路。2、分类：l 按管路的结构特点，分为简单管路：等径无分支复杂管路：串联、并联、分支l 按能量比例大小，分为长 管：和沿程水头损失相比，流速水头和局部水头损失可以忽略的流动管路。短 管：流速水头和局部水头损失不能忽略的流动管路。第一节 管路的特性曲线一、定义：水头损失与流量的关系曲线称为管路的特性曲线。二、特性曲线 （1）把 代入上式得： （2）把上式绘成曲

2、线得图。第二节 长管的水力计算一、简单长管1、 定义：由许多管径相同的管子组成的长输管路，且沿程损失较大、局部损失较小，计算时可忽略局部损失和流速水头。2、计算公式：简单长管一般计算涉及公式 （3） （4） （5） 说明： 有时为了计算方便，hf 的计算采用如下形式： （6）其中，、m值如下流态m层 流4.151（a）水力光滑0.02460.25（b）混合摩擦0.0802A0.123（c）水力粗糙0.08260（d）l 公式（6）的推导：因为 且 所以 （7）a. 层流时， 代入（7）式得：即： 4.15，m1 b. 水力光滑区，代入（7）式得：即： 0.0246，m1c. 由大庆设计院推得经

3、验公式，在混合区：即： 0.0802A，m0.123其中，d. 粗糙区即： 0.0826，m03、简单长管的三类计算问题（1）第一类：已知：输送流体的性质 ，管道尺寸 d，L，地形 z 流量 Q ， ， 求：hf ，p，i解：QV 确定流态 ， m ， hf 伯努利方程求p（2） 第二类：已知：，d，L，z，p 求：Q解：Q未知流态也未知 ， m ， 无法确定 试算法或绘图法A. 试算法a、先假设一流态，取， m值，算出Qb、Q ， m ，校核流态 如由 Q Re 和假设一致， Q 即为所求Qc、如由 Q 定出的流态和假设不一致，重复a。B.绘图法 按第一类问题的计算方法，选取足够多 Q，算出

4、 hf值，然后绘制图形。使用时由 hf 查找 Q 即可。（3） 第三类：已知： Q ，p ，z ，L，求： 经济管径d解：考虑两方面的问题 d，材料费，施工费、运输费 V，损失，管理费用 d，一次性费用V，损失，设备（泵）费 如何解决这一矛盾，正是一个管径优选问题。钻、采专业大纲要求一般了解。二、串、并联管路1、串联管路 定义：由不同管径的管道依次连接而成的管路。 水力特征：a、各联结点（节点）处流量出入平衡，即进入节点的总流量等于流出节点的总流量。其中，进为正，出为负，它反映了连续性原理。b、全线水头损失为各分段水头损失之和，即：它反映了能量守恒原理。2、并联管路 定义：两条以上的管路在同一

5、处分离，以后又汇合于另一处，这样的组合管道，叫并联管路。 水力特征：a、进入各并联管的总流量等于流出各并联管的总流量之和，即b、不同并联管段AB，单位重量液体的能量损失相同，即：3、分支管路 定义：自一点分开不再汇合的管路 水力特征：a、节点处流出与流入的流量平衡b、沿一条干线上总水头损失为各段水头损失为各段水头损失总和c、节点处：4、串、并联管路的水力计算 串联管路属于长管计算第一类问题已知：Q 求：d 解：确定合理流速 V合理？ 合理d 并联管路属于长管计算第二类问题5、串、并联管路在长输管线上的应用 增加输送流量 延伸输送距离 克服翻越点例1：某水罐1液面高度位于地平面以上z160m，通

6、过分支管把水引向高于地平面z230m和z315m的水罐2和水罐3，假设l1=l2=l3=2500m, d1=d2=d3=0.5m, 各管的沿程阻力系数均为0.04。试求引入每一水罐的流量。解：取1-1、2-2两液面列伯努利方程：所以， （1）取1-1、3-3两液面列伯努利方程：所以， （2）又 ð （3）得 ð 第三节 短管水力计算 许多室内管线，集油站及压水站内管线管件较多，属于短管。 短管计算问题，多涉及到能量方程的利用：一、综合阻力系数已知：大直径管段：直径d1，长l1小直径管段：直径d2，长l2孔板直径：d孔则全管路总水头损失为： 为了计算方便，一般以出口速度作为标

7、准，把其它速度化成出口速度表示的形式，由连续性方程：c 综合阻力系数 二、短管实用计算通式由图AB，1122断面列能量方程：令 称之为作用水头。则 所以 令 为流量系数，则： 例题：书本 P162书本例55 有错P163 （3） 泵的扬程应为：NQH 9800×0.2×5.607/60=183.162W（ NQH/7350.2492马力 ）第四节 孔口和管嘴泄流基本概念： 自流管路：完全靠自然位差获得能量来源输送或排泄液体的管路。 孔 口：储液罐壁或底部打开的小孔。 管 嘴：在孔口处接出短管。 定水头出流（稳定流）：液流流经孔口与管嘴时，液面位置保持不变的流动。 自由出流：

8、出流于大气之中。 淹没出流：流向液体之中。一、定水头孔口泄流1、定水头薄壁圆形小孔口自由出流。 薄壁孔口：孔口有尖锐的边缘，液体与孔口周围只有线接触。 小孔口：孔口有效断面上所有的点都可用其中线上的点来代替。（1） 射流结构分析：收缩断面CC的形成：流线特性，流线不能突然转折，液流射出时，将向内部收缩形成收缩断面cc（约在距出口处）收缩断面：收缩系数：0.620.64（2） 定水头薄壁圆形小孔口自由出流流量计算公式 取00cc 列方程，压强标准为绝对压强，则有：令流速系数：则 即 孔口泄流流量计算公式流量系数：（3）说明： 理论流速： 实际流量与理想流量之比。实际流速与理想流速之比。 实验证明

9、：0.60.62，取0.6 对于理想流体： 作用水头：如图：H021m2、淹没出流两液面：（H0 = H1H2）二、管嘴泄流1、标准圆柱管嘴：自孔口接出短管直径与孔口直径相同，且 l（34）d2、管嘴与孔口区别： 流态不一样，先收缩，再扩大，然后封住出口，均匀泄出。 孔口只有局部阻力，管嘴加上扩大阻力和沿程阻力。3、流量计算公式据公式： 由于1，要知，须求。实验修正：孔口和管嘴的流量公式：，三、管嘴流量系数为什么大于孔口流量系数？ 孔口计算断面为收缩断面CC，其压强为 pa，而管嘴收缩处却不一样，管嘴出口在收缩断面之后，由于在CC处液流带走一部分气体形成负压，这就相当于在 1C 之间增大了一个压头差，当然，流量系数也就增大了。取1C列方程：压力标准取绝对压力： （ ）因为 所以 即相当于使压头增大了0.75倍 但也不是真空度越大越好，若真空过大，会形成气阻，当气体全被液流带走时，外部空气将进入破坏真空，使液流充不满管子，反而减少流量。四、其它形式管嘴 见书本 P166，表54例1：水从