材料工程基础课件：1-5 管路流动

1、管路：管道与附属件连接起来组成的流体输送系统称为管路管路计算的目的：合理的设计管路系统，尽量减少动力消耗，节约能源和原材料。主要内容：1.5.1 概述1.5.2 管路流体力学计算 重点： 简单管路、串并联管路的特征、管路阻抗的概念和意义； 掌握简单管路、串联与并联管路的分析与计算 及其工程应用； 掌握管路阻抗的计算方法；难点：迭代法（试算法）在管路计算中的应用1.5、管路计算基础(P49-59)送风机排风机燃料物料窑烟囱预热装置管路案例：水泥厂回转窑系统示意图返 回2 1.5.1 概述1、管路的分类有哪些？（掌握）2、什么是简单管路？什么是复杂管路？（掌握）3、管路计算的主要内容是什么？（了解

2、）4、管路计算的类型有哪些？（了解）返 回3复杂管路串联管路、并联管路和管网 根据管路的沿程损失与局部损失的大小将管路分为 :长管：局部阻力损失所占比例较小，可忽略的管路 工程上常将L/d1000的管路按长管处理。根据管路敷设方式可将管路分为: 简单管路 1、管路的分类有哪些？（掌握）短管 ：局部阻力损失所占比例较大，不能忽略的管路返回如远距离输送管路等如室内供热管、通风管等 1.5.1 概述4 （1）简单管路是指具有相同管径d、相同流量Q和相同管壁粗糙度的管段，它是组成各种复杂管路系统的基本单元。2、什么是简单管路？什么是复杂管路？（掌握）（2） 复杂管路：串联管路：由不同管径的简单管路头尾

3、相接构成的管路并联管路：由两个以上简单管路头与头相连，尾与尾相连， 形成的管路为并联管路。Q3Q2Q1ABCD管网枝状管网环状管网返回53、管路计算的主要内容是什么？（了解）利用连续性方程，伯努利方程以及压头损失计算式等来确定流体的流量、管道尺寸和流动阻力(压头损失)之间的关系。4、管路计算的类型有哪些？（了解）工程中常遇到的管路计算问题可分为三类：已知流体的流量和管道尺寸，计算压头损失；（设计计算）已知管道尺寸和允许的压力降，确定流体的流量；（操作计算）根据给定的流量和压力降，计算管道尺寸（设计计算）。返回61.5.2 管路流体力学计算1、管路计算的依据是什么？（了解）2、管路的基本特征有哪

4、些？（掌握）（1）简单管路；（2）串联管路；（3）并联管路3、管路计算常采用什么方法计算？（掌握）4、管路计算在工程上有哪些应用？（掌握）71.5.2 管路流体力学计算1、管路计算的依据是什么？（了解）连续性方程 伯努利方程能量损失计算式 串并联管路的性质返回8（1）简单管路2、管路的基本性质有哪些？（掌握） 流量？ 阻力损失？ 管路的作用水头 ：指使流体流动的全部能量，用H表示 。对于简单管路，d、qV 不变v 沿程不变 管路的作用水头（总水头） H=？有什么意义？9 作用水头H （总水头）以00为基准线，列11，22两断面间的能量方程式:0 02 2 1 1H- 用来克服管路流体阻力的能量

5、10 阻抗的概念表明:在简单管路中，总阻力损失与体积流量的平方成正比管路的压头损失为定义：（s2/m5）SH 称为管路阻抗. 它综合反映了管路沿程阻力与局部阻力情况 管路的压力损失为（m） （Pa）11 串联管路的总阻抗等于各管段阻抗之和 对于不可压缩流体，通过串联管路各管段的体积流量是相同的 串联管路上的总压头损失等于各管段压头损失之和（2）串联管路 (掌握)：H=H1+ H2+ Hn能量叠加原理证明： 串联管路的流动规律： 各管段的流量相等； 损失迭加； 管路的总阻抗为各段阻抗之和。 123、并联管路特性 (掌握)： （1）流量特征:总流量为各支管中流量之和 m=m1+m2+m3； 当=c

6、onst Q=Q1+Q2+Q3（3）阻抗特征: 总的阻抗平方根等于各支管阻抗平方根倒数之和。（2）总阻力特征:由于流体在某一固定点的单位能量值只能有一个，因此单位重量流体无论通过哪根管段从B流到C，产生的能量损失应该相同证明（了解）13设并联管路的总阻抗为S，各分支管路的阻抗为S1、S2、S3 :由并联管路因为 整理得证明：证毕14 并联管路的流动规律： 并联后管路的总流量等于各支管的流量之和； 各支管能量损失相等； 并联管路总阻抗的平方根倒数等于各并联支管阻抗的平 方根倒数之和。 并联管路（4）并联管路各支管中的流量是如何分配的？“阻力平衡”证明（了解）15并联管路 （4）流量分配：由并联管

7、路的流动规律 并联管路中各条支路的流量分配与各支路阻抗的平方根成反比。并联管路流量分配规律：阻抗越大的支路，流量越小； 阻抗越小的支路，流量越大。 “阻力平衡”注意：计算并联管路阻力时，仅取其中一支路即可，不能重复计算。返回163、管路计算常采用什么方法计算？串并联管路的模拟计算方法（掌握）定义管路模拟电位H：将流体管路运动过程中，各个过流断面流体的总水头（气流运动的总压P）定义为相应过流断面的模拟电位管路模拟电流强度Q:将管路的流量定义为模拟电流强度模拟电阻S（阻抗）:将简单管路两端模拟电位差与模拟电流强度的平方之比定义为该简单管路的模拟电阻（阻抗）1712S13S22S11S2 并联模拟管

8、路 串联模拟管路总结18复杂管网有何基本性质?(了解)S1S3S2S4S5EQ1Q2Q3Q4Q0Q50=iQ为零流向节点流量的代数和电位降的代数和为零及电源产生的模拟所经过的各个阻抗按固定方向绕行一周后对任意封闭回路，返回19例5-1 简单管路设计计算设计计算内容已知条件：用户要求的流量、流体 输送距离、管路布置形式、管材设计内容：通过分析计算确定管径及所需动力装置的选型参数（总阻力）BA20m泵4、管路计算在工程上的应用（掌握） 如图所示，欲将水池A的水以12m3/h输送到水塔上的水箱B中所需管路总长度为50m，中间需要3个90弯头（R/d=1，可查=0.246），管道采用铸铁管=0.025

9、，用水泵输送，试确定输送管径和水泵有效功率为多少？20解：1.将题目转化为模拟电路问题（画出模拟电路图、标出已知的参数）H0=0mH1=? mH2=20 mS=?Q=12m3/h2.根据管路系统特征（简单、串并联）选择合适的计算方法，本题为简单管路的设计计算，其步骤为（1）根据安全、工艺、经济因素选择工作流速确定管径，如选择2m/s,21H0=0mH1=? mH2=20 mS=?Q=12m3/h（2）根据根据局部构件的形式获取局部阻力系数，同时查取有关物性参数 查P280附录三可得：弯头局部阻力系数 查P286附录可得（3）确定雷诺数判定流动状态并计算沿程阻力系数 属于湍流运动,选用柯列勃洛克

10、公式计算沿程阻力系数246.0=xsm/10006.126-=nmm25.0=当量糙粒高度0.1=x管道进口局部阻力系数22H0=0mH1=? mH2=20 mS=?Q=12m3/h 采用迭代法求解此公式，令0=0.5 （4）确定阻抗23H0=0mH1=? mH2=20 mS=?Q=12m3/h（5）确定泵提供给管路的总水头H1及泵的有效功率24例5-2 并联管路设计计算 某工厂，在地平面上两个位置A、B处需连续供水，所处位置分别在水池C的东西两个方向，A处需水量为0.1m3/s，距离水池200m，B处需水量为0.2m3/s，距离水池100m，若工作流速均采用3m/s，采用一台水泵，铸铁管路并

11、联供水，试设计该管路系统。（水的运动粘度为1106 s/m2）CAB泵L=200m , Q=0.1m3/s ,v=3m/sL=100m , Q=0.2m3/s ,v=3m/s返回25解：求管径和总阻力？(1)画出模拟电路图CAB泵L=200m , Q=0.1m3/s ,v=3m/sL=100m , Q=0.2m3/s ,v=3m/sSASB21H1=?mH2=0=?=?返 回26解： (2) 根据工作流速确定管径CAB泵L=200m , Q=0.1m3/s ,v=3m/sL=100m , Q=0.2m3/s ,v=3m/sSASB21H1=?mH2=0=?=?返 回27解： (3) 初步确定管

12、路阻抗CAB泵L=200m , Q=0.1m3/s ,v=3m/sL=100m , Q=0.2m3/s ,v=3m/sSASB21H1=?mH2=0=?=?返 回均为湍流28解： (3) 初步确定管路阻抗SASB21H1=?mH2=0=?=?返 回对B:对A:29解： (3) 初步确定管路阻抗SASB21H1=?mH2=0=?=?发现了什么问题？阻力不平衡。30解： (4) 进行阻力平衡计算 按流量分配要求SASB21H1=?mH2=0=?=?管路平衡原则：(a)保持管径不变，通过阀门调节实现阻力平衡，以保证流量分配,此时需计算的是要求的阀门阻力系数，进而确定阀门开度;(b)通过调节管道直径调

13、节阻力平衡以实现流量分配，此时需计算的是经过调节后的管道直径是多少31解：(a) 保持A支路不变，在B支路上装设节流阀，节流阀的阻力系数SASB21H1=?mH2=0=?=?(b) 保持A支路不变，调节B支路的管径，进行阻力平衡32解： (5) 计算总阻力及阻力损耗功率SASB21H1=?mH2=0=?=?返 回33小结：并联管路设计计算步骤（1）画出模拟电路图（2）根据工作流速确定管径（3）初步确定管路阻抗（4）进行阻力平衡计算A保持管径不变，通过阀门调节实现阻力平衡，以保证流量分配,此时需计算的是要求的阀门阻力系数，进而确定阀门开度B通过调节管道直径调节阻力平衡以实现流量分配，此时需计算的

14、是经过调节后的管道直径是多少（5）计算总阻力及阻力损耗功率341.5.3如何对复杂管路进行分析计算？（了解）参阅教材P55P5935作业：教材P121 1-49 1-50 1-52 1-53 1-54作业 流体力学泵与风机 蔡增基主编5-17如图，因为一水平安置的通风机， 收入管dl200毫米，Ll10米，入0.02。压出管为直径不同的两段管道串联组成，d2200毫米，L250米，入0.02；d3100毫米， L3 50米，入0.02 。空气密度1.2Kg/m3，风量为Q0.15m3/s,不计局部阻力。试计算：(1) 风机应产生的总压强为多少?(2) 如风机与管道铅直安装，但管路情况不变，风机的总压有无变化? (3) 如果流量提高到0.16m3/s，风机总压强变化多少?365-20 有一简单并联管路如下团总流量Q8010-3m/s，=0.02，求各管段间的流量及两节点间的水头损失。第一支管L1=600mm；d1=200mm；第二支管L2=360mm，d2=200mm。375-22如图所示管路，设其中的流QA=0.6m3/S,=0.02