第5单元 流体流动阻力与管路水力计算-2讲解

第5单元流体流动阻力与管路水力计算-2：管路计算5-2-1长管与短管管路计算的内容与方法：内容：确定流量、水头损失及管道几何尺寸间的相互关系，亦称为管路的水力计算。方法：连续性方程+能量方程（能量损失）一、长管和短管按沿程损失和局部损失在总损失中所占比重分为长管和短管。长管：以沿程损失为主，局部损失可忽略不计（或可按沿程损失的某一百分比估算）的管路。短管：局部损失在总损失中的比例较大而不能忽略，必须同时考虑局部阻力和沿程阻力的管路。简单管路与复杂管路简单管路：管径、流量沿程没有变化的管路系统。复杂管路：管径或流量沿程发生变化的管路系统。θ5-2-2简单管路的计算一、短管的计算几个概念：自由出流及其局部阻力系数管流的作用水头（或阻力水头）管道阻抗系数的计算与特点管路阻抗的含义：通过单位流量时的能量损失管路特性方程例题简单管道的水力计算短管（室内）、长管（室外，局阻不计或按%折合）1.短管的水力计算类比孔口、管嘴的作用水头短管的作用水头1→突扩ζ=1，H0→H代入，得SH——管路阻抗S2/m5Sp

kg/m7类比电路：S→R

H(p)→U

Q2→I非圆管例：某钢管制风道，断面尺寸为400×200mm2，管长80m，Σζ=2.5，v=10m/s，空气温度t=20℃，求压强损失p解：解题步骤（1）当量直径de（2）Re

t=20℃，υ=15.7×10-6m2/s（3）k/de钢管制风道，k=0.15mm（4）λ由Re和k/de查莫迪图λ=0.0195或利用阿里特苏里公式λ=0.0194（5）Sp（6）p（7）选型p→1.2pQ→1.1Q扬程略去速度水头虹吸现象流速虹吸管正常工作条件最大真空度列1-1和最高断面C-C的能量方程流量最大安装高度二、长管的计算计算方法：能量方程只计沿程损失（注意长管的阻抗系数）注意事项：查表法的条件是否满足？（修正与否）2.长管的水力计算局部损失（包括速度水头）不计，损失线性下降，总水头线与测压管水头线重合单位长阻抗——比阻as2/m6kg/m85-2-3☼串联与并联管路的计算一、串联管路串联节点连续性方程的应用串联管路的流动规律：各管段流量相等，损失迭加，总阻抗等于各段的阻抗之和。例题1.串联管道类比电路例：铸铁管长L=2500m，流量Q=0.25m3/s，作用水头H=25m，为充分利用水头，设计串联管道解：（1）如按简单长管计算水力计算表aH1=0.105→d1=450mm浪费水头，投资加大aH2=0.196→d2=400mm水头不够（2）设计串联管路d1=450mm→L1d2=400mm→L2解得二、并联管路并联并联管路的流动规律：并联节点上的总流量=各支管流量之和各并联支路的能量损失相等总阻抗平方根倒数=各支管阻抗平方根倒数之和水力计算中“阻力平衡”的含义闭合管路或循环管路例题2.并联管道类比电路流体的自调性，阻力平衡例1：某两层楼的供暖立管，管段1的d=20mm，总长20m，Σζ1=15，管段2的d=20mm，总长10m，Σζ2=15，管路λ=0.025，干管总流量Q=1L/s，求Q1和Q2解：并联解得阻力平衡水平失调异程→同程例2：流量Q=4L/s的泵从两个有初始液位差h=0.5m的油箱中吸油，在节点A以前的两条管路有相同的长度l=10m和直径d=50mm，若λ=0.03，不计局部阻力，求：（1）泵开始吸油时，每个油箱流出的流量q1和q2各为多少？解：A点连续性方程解得（1）必须pA≥0，列低油箱到A点的能量方程会出现高位油箱向低位油箱倒灌的现象注意：因q1=0，故q2=Q，解得z≥1.27m（2）当h是多少时，由低位油箱流出的q2=0？（4）当z为多高，高位油箱泄空后空气不会进入泵内，且又可使低位油箱可泄空？令q2=0，解得h=1.27m（3）当h>1.27m时会出现什么情况？5-2-4管网计算基础（略提）几种管网管网水力计算的内容几种管网的水力计算方法略提：有压管中的水击（水锤现象）管网计算特点1.枝状管网的水力计算（两类）（1）管网布置已定（Li，ζ，用户Qc，末端压力pc或hc），求di，作用压力p或H——新建管网a.由连续性方程确定节点流量b.由流量确定各管段管径ve——经济流速（规范要求）c.由控制线确定作用压力或d.阻力平衡，调整支管管径（2）管网布置和作用压力已定，求di——校核计算，扩建管网a.由连续性方程确定节点流量b.由控制线确定水力坡度l’——局部损失折算成沿程损失的长度，称为局阻的当量长度（手册可查）c.由各管段J相等条件，计算各管段管径和损失d.校核e.计算支管管径，并进行阻力平衡→标准化2.环状管网的水力计算（1）节点方程（2）回路方程校正流量ΔQ展开，略去二阶微量由例：两个闭合回路的管网，参数见图，不计局部阻力，求各管段通过的流量（闭合差小于0.3m即可）解：取ABCD为环路1，CDEF为环路2，按顺时针绕行（1）按ΣQi=0分配流量从A点和最远点F点分配，可假设（2）计算各管段损失并填表注意正负号（3）计算校正流量ΔQ注意公共段CD环路管段假定流量Qi

Sihihi/QiΔQ管段校正流量校正后的流量Qi校正后的hi1AB+0.1559.76+1.33468.897-0.0014-0.00140.14861.3196BD+0.1098.21+0.98219.821-0.00140.09860.9548DC-0.01196.42-0.01961.960-0.0014-0.0175-0.0289-0.1641CA-0.1598.21-2.209714.731-0.0014-0.1514-2.2512Σ0.087435.410-0.1409环网计算表环路管段假定流量Qi

Sihihi/QiΔQ管段校正流量校正后的流量Qi校正后的hi2CD+0.01196.42+0.01961.9600.0175+0.0175+0.00140.02890.1641DF+0.04364.42+0.583014.575+0.01750.05751.2049FE-0.03911.05-0.819927.330+0.0175-0.0125-0.1424EC-0.08364.42-2.332329.154+0.0175-0.0625-1.4235Σ-2.549673.019-0.1969有压管道的水击（水锤）可压缩、非恒定流1.水击的物理过程水击——流速突然改变，压力引起大幅度波动的现象水击具有破坏性第一阶段水击速度a在t=l/a时到达管道口水击的过程1\2\3\4;水击播的传播过程第二阶段在t=2l/a时到达阀门第三阶段在t=3l/a时到达管道口第四阶段在t=4l/a时到达阀门循环、衰减2.直接水击与间接水击t=2l/a——相长Ts——阀门关闭时间阀门处a0——水中声音传播速度（1435m/s）ε——水的弹性系数（2×109Pa）E——管材弹性系数（钢：206×106kPa）δ——管材壁厚（1）直接水击：（2）间接水击：3.水击的危害及减弱水击的措施（1）危害：