流体的管内流动与水力计算：管路的串联与并联课件

1、二、管路的串联与并联1串联管路及其计算特点 各管段流量相等，总损失为各串联管段的损失之和，全管路总的阻抗等于各管段阻抗之和。2并联管路及其计算特点 并联节点上的总流量为各支管中流量之和；并联各支管上的单位重量流体的阻力损失相等，总管路的阻抗平方根的倒数等于各支管阻抗平方根倒数之和。 【例例4-16】在例4-15中，在保证供水前提下，为节约管材，拟采用两种不同管径的管段串联。试确定两段管子个多少？【解解】设 的管段长为 ； 的管段长为 ，则有校核流速1lmmD2001mmD17522l200021ll222211QSQSH22211)(QlAlAsmsmDQv/2 . 1/96. 02 . 07

2、85. 003. 04/2211smsmDQv/2 . 1/25. 1175. 0785. 003. 04/2221所以需修正 ，查表4-8， ，即上式应改写为联立，解得 035. 11k1A222111)(QlAlAkH22103. 0)96.18029. 9035. 1 (25ll 2101706. 000864. 0ll ml10801ml9802【例例4-17】 某两层楼的供暖立管，管段1的直径为20mm ,总长20m， 。管段2的直径为20mm，总长为10mm， ，管路的=0.025，干管中的流量 ，求 和 。151152smQ/101351Q2Q【解解】从图中可知，节点a、b间并联

3、有1、2两管段。由 得222211QSQS1221SSQQ7424211111101 . 281. 902. 014. 381502. 020025. 08gDDLS7422104 . 181. 902. 014. 381502. 010025. 0S21828. 0QQ 又因 从计算看出：支管1中，管路阻抗比支管2中大，所以流量分配是支管1中的小于支管2中的流量。如果要求两管段中流量相等，显然现有的管径D及 必须进行改变，使S相等才能达到流量相等。这种重新改变D及 ，使在 下达到 ， ；的计算，就是“阻力平衡”的计算。22221828. 1828. 0QQQQQQsmQQ/1055. 082

4、8. 11332smQQ/1045. 01055. 0828. 0828. 033321 21QQ 21SS 21wwhh【例例4-18】示图为某电厂循环水系统的主要部分。已知循环水泵出口至凝汽器的压出管长L1=40m，且有90弯管两个。由凝汽器至冷水塔的排水管长L2=350m，有4个90弯管。所有弯管的弯曲半径R=820mm，压水管和排水管直径相同，均为D=820mm ，管道沿程损失系数1=2=0.025。 循环水泵出口中心至排水管在冷水塔内出口中心高差Z=15m，流量为Q=4675m3/h。设凝汽器铜管数n=2868根，每根铜管长L=6.5m，直径D=23mm，沿程损失系数=0.02。凝汽

5、器为双流程。凝汽器水室的过流断面面积为压出管的四倍，凝汽器水室内连续两个90转弯的。试求循环水泵出口冷却水所必须具有的总能头H为多少？【解解】 取循环水泵出口中心的水平线为基准面0-0，列泵出口断面1-1与排水管出口断面2-2的能量方程为： 式中Z1=0，故循环水泵出口冷却水所必须具有的总能头。又因冷却塔内的压力接近当地大气压力，所以 pg2=0，则212222211122wgghgvgpzgvgpzgvgpHg2/211212222whgvzH 由图可知，断面1-2之间的管道系统是由压出水管、凝汽器和排出水管组成的复杂管道系统。其中在凝汽器内部由上、下两部分铜管分别并联后通过水室串联自成一个

6、复杂管路系统。因此，整个系统的水力特点是通过压出水管、凝汽器和排出水管的流量均相等，三者总能头损失之和等于系统的总能头损失。其中，凝汽器内的总能头损失等于两个突然扩大，两个突然缩小、水室内连续两个90转弯以及上、下各一根铜管的沿程损失之和，即321QQQgvdLgvdLgvdLhhhhsskkwwww2422222222902222321901112121查局部损失系数表可知，当D1/R=0.82/0.82=1时，90弯管的局部损失系数90=0.29。按截面突然扩大四倍计算局部损失系数，则 截面突然缩小四倍的局部损失系数s，查局部损失系数表得s=0.375，因为压、排水管管径相同且通过的流量相

7、等，故断面平均流速为564. 041112221AAk46. 2360082. 014. 346754422121DQvv凝汽器铜管内断面平均流速为 将计算各值和题中已知数值代入hw1-2计算式中并整理可得18. 236002868023. 014. 3467582/422nDQv循环水泵出口冷却水必须具有的总能头为mH36.2305. 881. 9246. 2152mhw05. 881. 9218. 25 . 12375. 02564. 0023. 025 . 602. 081. 9246. 2375. 0564. 0629. 082. 035040025. 02221 应用串、并联管路的流

8、动规律，分析一个工程实例。图4-25是室内热水采暖管路系统。被锅炉加热后的热水经管路123流到节点3，开始分流，分出流量经水平管段3-4、立管4-5（带两组散热器）、水平管段5-6流到节点6；另一分支流量经立管3-6（带两组散热器）也汇入节点6。两股流量合流后，经管段6-7、7-8流至循环水泵，并经水泵加压送入锅炉重新加热，被加热的水再次进入管路系统，如此不断地循环流动，流动所需的动力由循环水泵提供。以下着重讨论这种循环管路系统中，各点的压力分布状况，既定性地绘制该系统的水压图（测压管水头线）以及循环泵所应提供的扬程为多少。 r+-ZH_TPQ81a7Q7 phT2Q65QIIIp34d动水头

9、线78静水头线2h(2,3)h(3,6)56h(6,8)34Hh(1,2)1图5-10 热水采暖管路系统及水压图 此式表明，循环管路（即闭合管路）系统中，水泵应提供的总水头（扬程）只是用来克服管路因流动阻力造成的全部水头损失。它与系统中各设备（如水箱、散热器、管道）的安装高度无关。这里要提醒注意的是，系统在进行充水时，给水泵的扬程就与安装高度无关，而这属于运行前的充水工况，与循环流动工况截然不同。81lhH【例例4-19】按例4-17计算结果，在图4-25中的热水采暖系统中，若管段长度， ， ；管径均为25mm；局部阻力系数 ， ，沿程阻力系数 。试确定该系统中循环水泵应提供的总水头 （取水的

10、密度为 ）。mhl120)321(mhl80)876(20)321(12)876(025. 0?H3/980mkg【解解】因为管段1-2-3和管段6-7-8种的流量相等，则可将它们的阻抗迭加，即42)876()321()(8DdlSS42025. 0)1220025. 0200025. 0(9808711/1072. 4mkg42)876()321(02. 0)1502. 010025. 0(9808lSS711/1036. 1mkg 由例4-17知， ，循环水泵应提供的总压头总水头为：sLsmQ/55. 0/1055. 0332sLsmQ/1/1013322)63(2)876()321 (Q

11、SQSSpH621162111055. 01036. 11011072. 4kPa3 .51OmHgpHH223. 58 . 910003 .52三、管网计算基础l 管网：管网是由不同的简单管路以并联和串联管路组合而成。l分类 枝状管网 环状管网 1.枝状管网 特点 管线于某点分开后不再汇合到一起，呈树枝形状，一般情况下，枝状管网的总长度较短，建造费用较低，工程上大都采用此种管网，但当某处发生事故切断管路时，就要影响到一些用户，所以枝状管网的安全性能较低，但是运行控制较简单。 管网水力计算问题对已建成的管网进行流量和能量损失的计算，以校核动力设备（泵或风机）的容量；设计新管网，根据实际所需要的

12、流量，布置管网系统，确定管径，进行阻力平衡和能量损失计算，选择合适的动力设备。 水力计算图3-43 枝状管网QQQQ123 枝状管网是由干管将流量分配至每个支管，且不再汇合的管路系统 321QQQQ出入iiQQzhhHew【例例4-20】如图示的管路系统中，已知流量 ， ， ；主管线各管段长度 ， ， ， ，沿程阻力系数 ；各管段局部阻力系数 ， ， ， 。试确定主管线各管段的管径及压强损失；计算通风机应具有的总压头。hmQ/250031hmQ/500032hmQ/250033ml614ml845ml456ml107802. 05 . 1140 . 14515. 1565 . 078【解解】从

13、末端起，逐段向前进行计算。管段1-4： ，取限定流速 ，初选管径根据管材规格，选用 ，则管内实际风速为smmQ/695. 02500331 smv/614 mvQvQD384. 06695. 013. 113. 1414114114mmD38014smsmDQDQv/6/15. 6)38. 0(695. 0277. 1)13. 1 (422142214114 管径选择合适。应当注意，此管段在选用标准管径时，应使 。因流量一点光，流速将提高，这样保证不低于下限流速。 管段的阻抗为1414DD74144214/99.9038. 05 . 138. 0602. 005. 18mkgDdlS管段的压强

14、损失为管段4-5： ，取限定流速 ，初选管径 此计算结果，恰与标准管径吻合。故采用 。其余计算结果见表4-10。管段5-6和7-8属于同一单管路，流量为 22211414/95.43695. 099. 9mNQSplsmhmQQQ/39. 1/5000333145 smv/845 mvQvQD47. 0839. 113. 113. 144545454545mmD47045smmQQQQ/78. 210000333214若取限定流速 ，则初选管径 因为实际风速 ，故在选用标准管径时，应使 ，以保证不高于上限流速。所以采用 smv/845 mvQvQDD596. 0878. 213. 113. 1

15、4454454785625647856277. 1DQvv5656DDmmDD6007856 最后，将主管线各管段的压强损失按串联管路规律迭加，即可得通风机所需的总压头278564514/26.13645.5786.3495.43mNppppppllllli管段编号 设计流量Q（m3/s） 限定风速（ )初选管径（ ） 实际管径（ ） 实际风速（ ）阻抗（ ）压强损失（ ）1-40.6963843806.1590.9943.954-551.38470470818.0834.855-892.7105966009.837.4357.45 vsm/DmmDmmvsm/S7/mkglip2/mN2环状

16、管网 特点 管线在一公共节点汇合形成一封闭管路。工作的可靠性高，不会因某段管路发生故障切断时而中断其余管线的供给，即运行的安全性强。因此，一般比较重要的场合，如城市集中供热管网、城市给水管网等常采用环状。但这种管网规模大，需管材多，故造价较高，运行控制较复杂。 水力计算1）任一节点（如G点）流入和流出的流量相等。即2）任一闭合环路（ABGFA）中，如果规定顺时针方向流动的阻力损失为正，反之为负，则各管段阻力损失的代数和必等于零。即0GQ0wABGFAh计算程序 将管网分成若干环路，如下图上分成、三个闭合环路。按节点流量平衡的原则确定流量Q，选取限定流速v，定出管径D。 按照上面规定的流量与损失

17、在环路中的正负值，求出每一环路的总损失 。iwh111环路划分图3-45LDQGHFEDCBA 根据上面给定的流量Q，若计算出来的不为零，则每段管路应加校正流量Q，而与此相适应的阻力损失修正值为hwi。所以，略去二阶微量因为2222QSqQSQSQQShhiiiiiiiwiwi2QQQSQShhiiiiwiwi222iiwiQSh所以对于整个环路应满足 ，则所以有QQShiiwi20wih02QQShhhhhiiwiwiwiwiwiiwiwiiiiwiiiwiQhhQQShQShQ2222 当计算出环路的Q之后，加到每一管段原来的流量Q上，便得到第一次校正后的流量Q1。 用同样的程序，计算出第二次校正后的流量Q2，第三次校正后的流量Q3，直至 满足工程精度要求为止。 0iwh【例例4-21】 如图示由两个闭合环路构成的管网。管段的长度L、直径D及流量Q已标在图上。忽略局部阻力，