2.1-第八讲 管路计算ppt课件

1、第八讲第八讲 管路计算管路计算Chapter 8 Calculation of Fluid Flow in Pipes作业：练习题作业：练习题8-18-1，8-38-3计算依据：计算依据：1. 1. 连续性方程；连续性方程；2. 2. 伯努利方程伯努利方程3. 3. 阻力损失计算式阻力损失计算式简单管路：没有分支与汇合简单管路：没有分支与汇合复杂管路：有分支与汇合复杂管路：有分支与汇合一一. . 概述概述对于一般的管路设计，管径要根据流量对于一般的管路设计，管径要根据流量大小而确定，管径的确定是一个优化问大小而确定，管径的确定是一个优化问题。题。一般情况下，液体流速取一般情况下，液体流速取1

2、13m/s3m/s，气体，气体流速取流速取101030m/s30m/s。费用费用uuopt操作费操作费设备费设备费总费用总费用二二. . 简单管路简单管路特点：1. 流经各管段的质量流量相同，若流体不可压缩，则各管段的体积流量也相同。ms0ms1ms2210sssmmm若一定，那么：210sssVVV2. 2. 整个管路的阻力损失为各管段整个管路的阻力损失为各管段损失之和。损失之和。iffffhhhh 21常见问题：常见问题：1. 1. 操作型问题：操作型问题：2. 2. 设计型问题：设计型问题：已知管径、管长已知管径、管长(含管件的当量长度含管件的当量长度)和流量，求输送所需总压头或输送和流

3、量，求输送所需总压头或输送机械的功率。机械的功率。已知输送系统可提供的总压头，求已知输送系统可提供的总压头，求已定管路的输送量，或输送一定流已定管路的输送量，或输送一定流量的管径。量的管径。自来水塔将水送至车间，自来水塔将水送至车间，输送管路采用输送管路采用114 4mm的钢管，管路总长的钢管，管路总长为为190m(包括管件与阀门包括管件与阀门的当量长度，但不包括进、的当量长度，但不包括进、出口损失出口损失)。水塔内水面。水塔内水面维持恒定，并高于出水口维持恒定，并高于出水口15m。设水温为。设水温为12 ，试求管路的出水量试求管路的出水量(m3/h)。15m1122例题：例题：解：解： 选取

4、塔内水面为选取塔内水面为11截面，出口内侧为截面，出口内侧为22截面。以管路出截面。以管路出口中心为基准面。列口中心为基准面。列伯努利方程有：伯努利方程有：fhZgugpZgugp2222121122gugudllhef22222215m112215m1122其中：其中：mZ15102Z01uappp215 . 0代入数据并整理，有：代入数据并整理，有：5 . 117923 .2945 . 1106. 01901581. 921212dllZgue式中，式中，),(),(2deudfdeRfe上面两式中，含有两个未知数上面两式中，含有两个未知数 和和 u2 ，由于由于 的求解依赖于的求解依赖于

5、Re，而，而Re又是又是 u2 的函数，故需采用试差求解。的函数，故需采用试差求解。 此题中，原始数据为：水的密度和粘此题中，原始数据为：水的密度和粘度分别为：度分别为：3/1000mkgsPa310236. 1管壁的绝对粗糙度为：管壁的绝对粗糙度为：mme2 . 031089. 11062 . 0de进行试算，有：进行试算，有：0u2Ree/d1第一次第一次0.022.812.4 1051.89 10-30.024第二次第二次0.024 2.582.2 1051.89 10-30.024由于两次计算的由于两次计算的 值基本相同，故值基本相同，故 u22.58m/s 。于是，输水量为：。于是，

6、输水量为：hmsmduV/9 .81/0228. 043322例题：例题：15 的水以的水以0.0567m3/s的流率流过一的流率流过一根当量长度为根当量长度为122m的光滑水平管道。的光滑水平管道。已知总压降为已知总压降为1.03105Pa，试求管道，试求管道的直径。的直径。解：解：在管的进、出口截面间列伯努利方在管的进、出口截面间列伯努利方程，有：程，有：fhZgugpZgugp2222121122由于管道水平，有：由于管道水平，有：21ZZ 21uu gpphf21因而，有：因而，有：又有：又有：5422220324. 082dgdVdllgudllheef55210324.081.91

7、0001003.1dgpphf9.3235d由于由于)( )(dfRfe因此需要进行试差求解。因此需要进行试差求解。其步骤为：其步骤为：1. 设定一个设定一个的初值的初值0；2. 将此将此0值代入上式求出管路直径值代入上式求出管路直径d；3. 用此用此d值计算雷诺数值计算雷诺数Re；4. 用用Re和相对粗糙度和相对粗糙度e/d(此题中为此题中为0)，求出求出；5. 重复以上步骤，直至所设初值和计算重复以上步骤，直至所设初值和计算值相等。值相等。经过以上计算步骤，有：经过以上计算步骤，有：管道直径管道直径d0.13m，摩擦因数，摩擦因数0.012。三三. .复杂管路复杂管路12ABAOBC并联管

8、路并联管路分支管路分支管路特点：特点：并联管路和分支管路中各支管的流并联管路和分支管路中各支管的流率彼此影响，相互制约；率彼此影响，相互制约；其流动规律仍然满足连续性方程和其流动规律仍然满足连续性方程和能量守恒原理。能量守恒原理。1. 1. 操作型问题：操作型问题：常见问题：常见问题：2. 2. 设计型问题：设计型问题：已知管路布置和流量，求输送所已知管路布置和流量，求输送所需总压头或输送机械的功率。需总压头或输送机械的功率。已知管路布置和输送系统可提供已知管路布置和输送系统可提供的总压头，求流量的分配，或已的总压头，求流量的分配，或已知流量分配求管径的大小。知流量分配求管径的大小。特点：特点

9、：1. 总管流量等于各支管流量之和。总管流量等于各支管流量之和。2. 对于任一支管，分支前及汇合后的对于任一支管，分支前及汇合后的总压头皆相等。据此可建立支管间的总压头皆相等。据此可建立支管间的机械能衡算式，从而定出各支管的流机械能衡算式，从而定出各支管的流量分配。量分配。（一）（一）. . 并联管路并联管路12AB对于支管对于支管1，有：，有：1 ,2222fBBBAAAhZgugpZgugp2 ,2222fBBBAAAhZgugpZgugp对于支管对于支管2，有：，有：对于对于A、B两截面，有：两截面，有：BAfBBBAAAhZgugpZgugp,222212AB比较以上三式，有：比较以上

10、三式，有：BAfffhhh,2,1 ,另外，根据流体的连续性方程，有：另外，根据流体的连续性方程，有：2,1 ,sssmmm2,1 ,sssVVV若若一定，那么：一定，那么：例题：例题：右图中的支管右图中的支管1和和支管支管2的总长度的总长度(包包括当量长度括当量长度)如附表如附表所示。各管均为光所示。各管均为光滑管，两管进出口滑管，两管进出口的高度相等。的高度相等。管内输送管内输送20的水，的水，总管流率为总管流率为60m3/h，求各支管流率。求各支管流率。12ABd/mL+Le/m支支管管10.05330支支管管20.080550解：解：20水的物性为：水的物性为：998.2kg/m3,

11、=1.005 10-3Pa?s 设支管设支管1内的流速为内的流速为u1，支管，支管2内的流内的流速为速为u2，则依据连续性方程，有：，则依据连续性方程，有：2212)0805. 0(4)053. 0(4360060uu即：即：56. 731. 221uu又根据各支管内阻力相等，有：又根据各支管内阻力相等，有：gudLLgudLLee2)(2)(2222221111即：即：2222116 .310283uu由于摩擦因数与速度有关，初设：由于摩擦因数与速度有关，初设：02. 021将两式联立求解，有：将两式联立求解，有：smusmu/25. 2/35. 221下面对假定的摩擦因数值进行检验：下面对

12、假定的摩擦因数值进行检验：511110237. 1udRe查莫狄图，有：查莫狄图，有：017. 01522210799. 1udRe0154. 02由于检验值和设定值有差别，故需再次试由于检验值和设定值有差别，故需再次试算，把上步结果作为假定值，计算得：算，把上步结果作为假定值，计算得：smusmu/28. 2/29. 221由于两次计算求得的流速数据接近，可停由于两次计算求得的流速数据接近，可停止跌代。止跌代。 求得的各支管流率为：求得的各支管流率为：hmVhmV/81.41/19.183231（二）（二）. . 分支管路分支管路AOBC特点：特点：1. 总管流量等于各支管流量之和。总管流量

13、等于各支管流量之和。2. 对于任一支管，可分别建立总管对于任一支管，可分别建立总管截面和支管截面间的机械能衡算式，截面和支管截面间的机械能衡算式，从而定出各支管的流量分配。从而定出各支管的流量分配。对于支管对于支管AOB，有：，有：AOBfBBBAAAhZgugpZgugp,2222AOCfCCCAAAhZgugpZgugp,2222对于支管对于支管AOC，有：，有：OBfAOfBBBhhZgugp,22OCfAOfCCChhZgugp,22OCfCCCOBfBBBhZgugphZgugp,2,222对于对于B、C截面，有：截面，有：本讲小结本讲小结简单管路，又称串联管路，其特点为：简单管路，又称串联管路，其特点为：1. 各管段中流体的质量流量均相同。各管段中流体的质量流量均相同。2. 管路的总阻力等于各管段阻力管路的总阻力等于各管段