《流体力学与流体机械》 课件 模块五 管路计算

模块五

管路计算演讲人流体在管路中的流动应用非常广泛。本模块着重介绍管路的布置、受水击的压力及总流伯努利方程和能量损失方程在管路计算中的应用，最后介绍明渠流的计算。项目一管路计算的基本方法【学习目标】了解有压管路的布置分类；掌握简单管路、串联管路、并联管路、分支管路计算的基本方法。按管路的布置分按布置可将管路分为简单管路和复杂管路两类：直径沿程不变而且没有分支的管路称为简单管路；不符合简单管路条件的均为复杂管路。复杂管路都是由若干条简单管路以一定方式组合而成的。按组合形式不同，又可分为串联管路、并联管路和分支管路，如图5-1（a）至图5-1（c）所示。图5-1复杂管路简单管路图5-2简单管路利用式（5-1）可以解决工程中以下三类问题：串联管路将直径不同的简单管路首尾相接便构成串联管路。所以，串联管路的特点是：各条管路中的流量相等，等于总流量；各管路的水头损失之和等于管路的总损失，即下面以例题的形式来说明串联管路的计算。图5-3矿井排水管路并联管路并联管路是由若干条简单管路（或串联管路）首、尾分别连接在一起而构成的。如图5-4所示。根据以上的分析，并联管路的特点是：解：先求各支管的管阻由式（5-4）得并联等效管的管阻为：

图5-4并联管路分支管路图5-5分支管路解：（1）列断面0-0和1-1间的伯努利方程：不计管2出口动能，写出断面0—0和2—2的伯努利方程，即从此例看出，分支管路的计算并不复杂，但要特别注意水头损失是分段计算。即在分支点或泄流点前、后的损失应分别计算。分支管路图5-6泄流、分支管路习题与思考题1.有压管路按布置和计算特点怎样分类？图5-7习题3图图5-8习题4图项目二有压管路中的水击【学习目标】了解水击现象和水击的传播；掌握水击强度的计算及减弱水击的措施。习题与思考题在有压管路中流动的液体，如因某种原因（如阀门突然关闭，水泵突然停转等）使其速度瞬间改变，必然引起管中液体的压力急剧变化。对管道或其他管件来说，液体压力的交替剧变好比使它们受到了液体的锤击。我们把管路中因某种原因使液体压力交替剧变这一现象称为水击锤击，简称水击。水击现象和水击压力的传播图5-9水击现象水击现象和水击压力的传播图5-10水击的四个过程水击现象和水击压力的传播logo图5-11水击压力的变化水击强度的计算logo图5-12推导水击强度用图若为间接水击，相应的水击强度可按下式近似计算：由此可见，关阀的时间越长。水击压力就越小。解：由式（5-8）得压力波在管中的传播速度：减弱水击的措施从上述讨论可知，水击压力是很大的。无论压力是升高还是降低，都会影响管路系统正常工作，因此，设法减小水击的影响是很必要的。所采取的措施有：（1）在靠近可能产生水击的地方装设蓄能器或安全阀，以缩小水击波影响的范围或释放部分水击能量。（2）尽量使阀门动作平缓。在条件允许的情况下，延长阀门动作的时间，避免发生直接水击。（3）在管道上安装调压塔，使水击压力尽快衰减。实际工程中可视具体情况采取相应措施。另外还需指出，水击对管路系统虽是有害的，但它也存在有利的一面，利用水击原理，可设计出水力扬水器。借助自然水流的速度可将水从低位送至高位，再利用高处水的势能进行灌溉或发电。习题与思考题1