管内流动和管道水力计算

第四章第四章 管内流动和管道水力计算管内流动和管道水力计算 Chapter Four Flowing in Pipe and Hydraulic Calculation of Pipeline 第一节第一节 黏性流体总流的伯努利方程黏性流体总流的伯努利方程 Section One Bernoulli Equation of Viscous Fluid s Total Flowing 一 黏性流体总流的伯努利方程一 黏性流体总流的伯努利方程 1 黏性流体总流的伯努利方程式黏性流体总流的伯努利方程式 w h g c g p z g c g p z 22 2 222 2 2 211 1 2 方程的分析方程的分析 1 方程的意义方程的意义 A 物理意义 不可压缩的实际流体在管道内流动时的能量守恒 或者说 上游机械能物理意义 不可压缩的实际流体在管道内流动时的能量守恒 或者说 上游机械能 下游机械能下游机械能 能量的损失 能量的损失 B 几何意义 不可压缩的实际流体在管道内流动时的能头守恒 或者说 上游总能头几何意义 不可压缩的实际流体在管道内流动时的能头守恒 或者说 上游总能头 下游总能头下游总能头 水力损失 水力损失 2 各项的意义各项的意义 21 z z 单位重量流体所具有的位能 或位置水头 单位重量流体所具有的位能 或位置水头 m gpgp 21单位重量流单位重量流 体所具有的压能 或压强水头 体所具有的压能 或压强水头 m gcgc2 2 2 22 2 11 单位重量流体所具有的动能 单位重量流体所具有的动能 或速度水头 或速度水头 m 21 单位重量流体的动能修正系数 单位重量流体的动能修正系数 w h 单位重量流体流动过程的单位重量流体流动过程的 水力损失 水力损失 m 3 黏性流体总流与理想流体总流伯努利方程的不同之处黏性流体总流与理想流体总流伯努利方程的不同之处 前者较增加了两项 即前者较增加了两项 即 A 上 下游截面间的水力损失上 下游截面间的水力损失 w h 理想流体流动过程不考虑能量损失 理想流体流动过程不考虑能量损失 B 流速不均匀而作的动能修正系数流速不均匀而作的动能修正系数1 与与2 实际流体流动截面的平均动能并不等于 实际流体流动截面的平均动能并不等于 平均流速所求的动能 平均流速所求的动能 动能修正系数可表示为 动能修正系数可表示为 dA c c AA 3 1 二 黏性流体流动的水力损失二 黏性流体流动的水力损失 1 水力损失的计算水力损失的计算 水力损失一般包括两项 即沿程损失水力损失一般包括两项 即沿程损失 f h 与局部损失与局部损失 m h 因此 流体流动时上 下游 因此 流体流动时上 下游 截面间的总水力损失截面间的总水力损失 w h 应等于两截面间的所有沿程损失与局部损失之和 即应等于两截面间的所有沿程损失与局部损失之和 即 mfw hhh 2 关于沿程损失关于沿程损失 1 实质 沿程流动过程中 由于实际流体具有黏性 流体层之间以及流体与壁面间实质 沿程流动过程中 由于实际流体具有黏性 流体层之间以及流体与壁面间 将产生摩擦阻力损失 即沿程损失 因此 其实质是摩擦损失 将产生摩擦阻力损失 即沿程损失 因此 其实质是摩擦损失 2 发生的地点 平顺长直的管段上 或者说等径直管段上 发生的地点 平顺长直的管段上 或者说等径直管段上 3 计算式 计算式 g c d l hf 2 2 式中 式中 沿程损失系数 沿程损失系数 dl 管段长度与内直径 管段长度与内直径 m c 管道截面上的平均流速 管道截面上的平均流速 m s 3 关于局部损失关于局部损失 1 实质 由于实际流体具有黏性 在流经有局部变化的管段时将产生碰擦 并产生实质 由于实际流体具有黏性 在流经有局部变化的管段时将产生碰擦 并产生 漩涡而引起阻力损失 即局部损失 因此 其实质是漩涡损失 漩涡而引起阻力损失 即局部损失 因此 其实质是漩涡损失 2 发生的地点 管段有局部改变的地点 如突变 渐变 转折 弯曲 分汇流及有发生的地点 管段有局部改变的地点 如突变 渐变 转折 弯曲 分汇流及有 阀门等管道附件处 阀门等管道附件处 3 计算式 计算式 g c hm 2 2 式中 式中 局部损失系数 局部损失系数 三 黏性流体总流的能头线三 黏性流体总流的能头线 四 黏性流体总流伯努利方程的特例四 黏性流体总流伯努利方程的特例 1 流体流动过程中有能量的输入与输出 如流道中有水泵或水轮机等能量输入或输出流体流动过程中有能量的输入与输出 如流道中有水泵或水轮机等能量输入或输出 设备 设备 wp h g c g p zH g c g p z 22 2 222 2 2 211 1 wT h g c g p zH g c g p z 22 2 222 2 2 211 1 2 出现分流与汇流 如三通管道上分流或汇流的情形 出现分流与汇流 如三通管道上分流或汇流的情形 对于图对于图 a 的分流 的分流 A 连续性方程 总流流量等于各分流流量之和 即连续性方程 总流流量等于各分流流量之和 即 321vvv qqq B 能量方程 总流截面上流体的全部能量等于各分流截面流体的能量之和 即能量方程 总流截面上流体的全部能量等于各分流截面流体的能量之和 即 332211 HqHqHq vvv 式中 式中 g c g p zH 2 2 同理可得汇流时的连续性方程及能量方程 同理可得汇流时的连续性方程及能量方程 第二节第二节 流体运动的两种状态流体运动的两种状态 Section Two Two States of Fluid Flowing 一 雷诺实验一 雷诺实验 1 实验装置实验装置 2 实验结论实验结论 1 如图如图 4 7 出现层流 临界流及紊流的流动状态 出现层流 临界流及紊流的流动状态 A 层流 流体质点间分层运动 不相掺混 层流 流体质点间分层运动 不相掺混 B 紊流 流体质点间不再分层运动 而是相互掺混 呈现较混乱的状态 紊流 流体质点间不再分层运动 而是相互掺混 呈现较混乱的状态 C 临界流 又称为过渡流 是层流向紊流或紊流向层流转变时的过渡状态流动 临界流 又称为过渡流 是层流向紊流或紊流向层流转变时的过渡状态流动 2 层流向紊流转变时的临界速度层流向紊流转变时的临界速度 A 下临界速度下临界速度 cnx 紊流向层流转变时的临界速度 紊流向层流转变时的临界速度 B 上临界速度上临界速度 cns 层流向紊流转变时的临界速度 层流向紊流转变时的临界速度 工程上 下临界速度更有实际意义 工程上 下临界速度更有实际意义 3 影响流动状态的因素影响流动状态的因素 A A 流速 流速 B 流体的物性 主要是密度 黏度等 流体的物性 主要是密度 黏度等 C 管道的特征尺寸 管内流管道的特征尺寸 管内流 动一般取管内直径 动一般取管内直径 上述因素的综合 便是雷诺数上述因素的综合 便是雷诺数 Re 二 雷诺数二 雷诺数 1 表达式表达式 cdcd Re 2 物理意义物理意义 取惯性力取惯性力 F 和黏性力和黏性力 T 之比 得之比 得 duqmaF v 牛顿第二定律牛顿第二定律 dy du AT 牛顿内摩擦定律牛顿内摩擦定律 则 则 d dy d dycdcdy dyAdu duq T F v Re 即即 dy d T F Re 其中 其中 d 为管道的内直径 通常是微元长度为管道的内直径 通常是微元长度 dy 的数倍的数倍 结论结论 雷诺数雷诺数 Re 是判断流体流动状态的判据 它表示流体所受的惯性力与黏性力之是判断流体流动状态的判据 它表示流体所受的惯性力与黏性力之 比 若比 若 Re 数较小 则黏性力占主导地位 流体易保持原来状态而呈现层流状态 若数较小 则黏性力占主导地位 流体易保持原来状态而呈现层流状态 若 Re 数数 较大 则惯性力占主导地位 流体易打破原来状态而呈现紊流状态 较大 则惯性力占主导地位 流体易打破原来状态而呈现紊流状态 3 管内流动时的临界雷诺值管内流动时的临界雷诺值 Rec 一般管内流一般管内流 粗糙管粗糙管 2000Re dcdc nxnx c 4 管内流动时流态的判定管内流动时流态的判定 Re4000 时 流体为紊流 时 流体为紊流 4000 Re 2000 时 流体为临时 流体为临 界流 界流 注意注意 对于非圆截面管道 对于非圆截面管道 雷诺数的计算中管内径一般取为当量直径雷诺数的计算中管内径一般取为当量直径 或称水力直径或称水力直径 de x A d c e 4 其中 其中 c A 为管道的有效截面积 为管道的有效截面积 m2 x称为湿周长 指被流体所润湿的那部分管道周长 称为湿周长 指被流体所润湿的那部分管道周长 m 第三节第三节 圆管中的层流流动圆管中的层流流动 Section Three Laminar Flowing in Circle Pipe 一 圆管中层流的运动学特征一 圆管中层流的运动学特征 速度分布速度分布 1 定常层流时的速度分布定常层流时的速度分布 2 流量分布流量分布 1 推导推导 根据定常层流时 流体受力平衡可得 根据定常层流时 流体受力平衡可得 0 2 0 2 2 2 1 rlrprpF 再由牛顿内摩擦定律可得 再由牛顿内摩擦定律可得 dr du 则则 Crlppu 2 21 4 2 结论结论 定常层流时的速度分布为一抛物线 根据管壁处流体被滞止 即定常层流时的速度分布为一抛物线 根据管壁处流体被滞止 即 0 u 则积分常数则积分常数 C 为为 2 21 4 RlppC 则速度分布为则速度分布为 4 22 21 rRlppu 因此 在管流中心处 流速最大且为 因此 在管流中心处 流速最大且为 2 210max 4 Rlppuu r 2 流量及平均流速流量及平均流速 通过管道微元环的微元流量为 通过管道微元环的微元流量为 2 rdruudAdqv 则通过全部管流的流量为 则通过全部管流的流量为 A R vv RlppdrrrRlppdqq 0 4 21 22 21 8 2 4 因此 管内截面的平均流速为因此 管内截面的平均流速为 2 21 8 Rlpp A q c v 3 平均流速与截面最大流速的关系平均流速与截面最大流速的关系 根据上述结果可知 根据上述结果可知 2 21max 4 Rlppu 2 21 8 Rlppc 因此 平均流速与截面最大流速的关系为 因此 平均流速与截面最大流速的关系为 max 2 1 uc 即平均流速为截面最大流速的即平均流速为截面最大流速的 1 2 二 圆管中层流的力学特征二 圆管中层流的力学特征 切应力分布切应力分布 上述推导可知 上述推导可知 r l pp rlrprp 2 0 2 212 2 2 1 即定常层流时的切向应力分布为一直线 在管壁处最大 即定常层流时的切向应力分布为一直线 在管壁处最大 R l pp Rr 2 21 max 而 而 在管中心处最小 在管中心处最小 0 0min r 第四节第四节 圆管中的紊流流动圆管中的紊流流动 Section Four Turbulent Flowing in Circle Pipe 一 圆管中紊流运动的特点一 圆管中紊流运动的特点 1 脉动性 流速 压强等物理量随时变化 呈现脉动特点 脉动性 流速 压强等物理量随时变化 呈现脉动特点 2 时均性 在一个时间段内 流速 压强等物理量具有统计学规律 即在某一个值上时均性 在一个时间段内 流速 压强等物理量具有统计学规律 即在某一个值上 下波动 下波动 3 切应力情况 切应力切应力情况 切应力 摩擦切应力摩擦切应力1 脉动切应力脉动切应力2 即与层流相比 具有脉动 即与层流相比 具有脉动 切应力 切应力 4 截面速度情况 截面速度更趋于平均化等 截面速度情况 截面速度更趋于平均化等 二 圆管中紊流的运动学特征二 圆管中紊流的运动学特征 速度分布速度分布 1 圆管横截面的紊流结构圆管横截面的紊流结构 1 层流底层区 近壁处层流底层区 近壁处 y 流体呈层流状态 其中 流体呈层流状态 其中 为层流底层厚度 为层流底层厚度 2 紊流核心区紊流核心区 流核区流核区 管中心附近较大区域 管中心附近较大区域 y 流体呈现紊流状态 流体呈现紊流状态 3 层流至紊流的过渡区层流至紊流的过渡区 2 水力光滑和水力粗糙水力光滑和水力粗糙 1 绝对粗糙度和相对粗糙度 壁面凸起的平均高度称为绝对粗糙度 记作绝对粗糙度和相对粗糙度 壁面凸起的平均高度称为绝对粗糙度 记作 绝对 绝对 粗糙度粗糙度 与管内直径与管内直径 d 之比之比 d 称为相对粗糙度 称为相对粗糙度 2 水力光滑和水力粗糙 紊流的层流底层厚度水力光滑和水力粗糙 紊流的层流底层厚度 大于壁面的绝对粗糙度大于壁面的绝对粗糙度 即 即 称此时的管道为水力光滑管 反之 即 称此时的管道为水力光滑管 反之 即 则为力粗糙管 则为力粗糙管 注意注意 水力光滑和水力粗糙是相对的 不是绝对不变的 影响因素主要为雷诺数水力光滑和水力粗糙是相对的 不是绝对不变的 影响因素主要为雷诺数 Re e 相对粗糙度 相对粗糙度 d 等 等 3 圆管横截面的速度分布圆管横截面的速度分布 1 层流底层区 切应力层流底层区 切应力 中主要是摩擦切应力中主要是摩擦切应力1 则 则 dydu 1 其中 其中 常数 yudydu 即 yu 1 结论结论 层流底层中速度近似按直线规律分布 层流底层中速度近似按直线规律分布 2 流核区 切应力流核区 切应力 中主要是脉动切应力中主要是脉动切应力2 根据 根据 普朗特混合长理论普朗特混合长理论 2 可表可表 示为示为 22 2 dyduky 则则 y dy kdu 2 假定假定 2 k 为常数 则为常数 则 ln 2 Cyku 结论结论 流核区速度的近似按对数规律分布 实践中 也常用一个似近的指数规律来表流核区速度的近似按对数规律分布 实践中 也常用一个似近的指数规律来表 示流核区的速度分布 即示流核区的速度分布 即 n Ryuu max 式中 式中 u为某流层为某流层 yRr 处的流速 处的流速 max u 为圆管中的最大流速为圆管中的最大流速 中心线处中心线处 y 为某为某 流层流点与管壁的法向距离 指数流层流点与管壁的法向距离 指数 n 为与雷诺数有关的经验指数 可见书为与雷诺数有关的经验指数 可见书 P152表表 4 1 3 过渡区的处理 该区切应力过渡区的处理 该区切应力 中摩擦切应力中摩擦切应力1 和脉动切应力和脉动切应力2 同时起作用 给分同时起作用 给分 析带来困难 一般地 过渡区的流速由层流底层的直线分布逐步过渡到流核区的对数或指析带来困难 一般地 过渡区的流速由层流底层的直线分布逐步过渡到流核区的对数或指 数分布 其间并无斜率的突变 实践中如下处理 数分布 其间并无斜率的突变 实践中如下处理 将层流底层的直线和流核区的对数或指数曲线都向过渡区延长而相交于一点 将该点将层流底层的直线和流核区的对数或指数曲线都向过渡区延长而相交于一点 将该点 视为理论上的层流底层与流核区的分界点 该点以下部分归入层流底层 以上部分归入流视为理论上的层流底层与流核区的分界点 该点以下部分归入层流底层 以上部分归入流 核区 核区 三 圆管中紊流的力学特征三 圆管中紊流的力学特征 切应力分布切应力分布 1 层流底层区 切应力层流底层区 切应力 中主要是摩擦切应力中主要是摩擦切应力1 2 流核区 切应力流核区 切应力 中主要是脉动切应力中主要是脉动切应力2 3 层流到紊流的过渡区 该区切应力层流到紊流的过渡区 该区切应力 中摩擦切应力中摩擦切应力1 和脉动切应力和脉动切应力2 同时起作用 同时起作用 第五节第五节 沿程水力损失沿程水力损失 Section Five Friction Hydraulic Loss 一 沿程水力损失的计算一 沿程水力损失的计算 1 计算式 计算式 半经验公式半经验公式 根据相似理论推导根据相似理论推导 g c d l hf 2 2 由上式可知 其计算关键是沿程水力损失系数由上式可知 其计算关键是沿程水力损失系数 2 沿程水力损失系数沿程水力损失系数 的影响因素的影响因素 Re fd 二 沿程水力损失系数二 沿程水力损失系数 的确定的确定 1 直接利用沿程水力损失计算式反算而得 即直接利用沿程水力损失计算式反算而得 即 2 2 f h g d cl 2 利用尼古拉兹实验利用尼古拉兹实验 Nikurades Experiment 拟合的计算式得到 拟合的计算式得到 1 尼古拉兹实验基本情况 筛分出各种一定粒径的砂粒 分别黏结在管内壁上以构尼古拉兹实验基本情况 筛分出各种一定粒径的砂粒 分别黏结在管内壁上以构 成人工粗糙管 并以砂粒的粒径代表管壁的绝对粗糙度 实验的范围很广 成人工粗糙管 并以砂粒的粒径代表管壁的绝对粗糙度 实验的范围很广 6 Re500 10 1 1041 1 30d 2 实验获得的流动五个分区 即层流区 层流到紊流的临界区 紊流光滑管区 紊实验获得的流动五个分区 即层流区 层流到紊流的临界区 紊流光滑管区 紊 流光滑管到粗糙管的过渡区 紊流粗糙管区流光滑管到粗糙管的过渡区 紊流粗糙管区 又称阻力平方区又称阻力平方区 3 五分区划分的依据 雷诺数五分区划分的依据 雷诺数 或流速 在紊流区还可采用层流底层厚度与绝对粗糙或流速 在紊流区还可采用层流底层厚度与绝对粗糙 度间的具体关系度间的具体关系 具体分区如下 具体分区如下 Re2000 层流区 层流区 Re 2000 4000 层流到紊流的临界区 层流到紊流的临界区 8 7 Re4000 27 d 紊流光滑管区 紊流光滑管区 8 70 85 Re27 4160 2 dd 紊流光 紊流光 滑管到粗糙管的过渡区 滑管到粗糙管的过渡区 0 85 Re4160 2 d 紊流粗糙管区 紊流粗糙管区 4 各分区有拟合公式各分区有拟合公式 A 层流区 此区 层流区 此区 Re f 可以理论计算得出 与实验结果较吻合 即 可以理论计算得出 与实验结果较吻合 即 64 Re B 层流到紊流的临界区 此区 层流到紊流的临界区 此区 Re fd 但实验数据规律性不强 且其工程 但实验数据规律性不强 且其工程 意义不大 一般按层流或紊流光滑管区处理 意义不大 一般按层流或紊流光滑管区处理 C 紊流光滑管区 此区 紊流光滑管区 此区 Re f 且又分为两个区段 即 且又分为两个区段 即 a 5 Re4000 10 区段 区段 0 25 0 3164 Re b 58 7 Re10 27 d 区段 区段 0 237 0 221 0 0032 Re D 紊流光滑管到粗糙管的过渡区 此区 紊流光滑管到粗糙管的过渡区 此区 Re fd 拟合结果为隐函数形式 拟合结果为隐函数形式 即即 12 51 2lg 3 71Red 利用迭代法 经计算机编程计算可以求解上式中的利用迭代法 经计算机编程计算可以求解上式中的 E 紊流粗糙管区 此区 紊流粗糙管区 此区 fd 拟合结果可表示为 拟合结果可表示为 2 2lg 2 1 74 d 处于该区 对于一定的管道 处于该区 对于一定的管道 d 是定值 则沿程水力损失系数是定值 则沿程水力损失系数 常数 代入沿 代入沿 程水力损失程水力损失 f h 的计算式后可知 的计算式后可知 f h 与流速与流速c的平方成正比 而与雷诺数的平方成正比 而与雷诺数 Re 无关 故又称无关 故又称 之为阻力平方区 之为阻力平方区 注意注意 上述拟合计算式 特别是紊流区 按不同的实验数据和拟合方法可能得出不同上述拟合计算式 特别是紊流区 按不同的实验数据和拟合方法可能得出不同 的计算式 即上述所列拟合式不是唯一的 如阿里特苏里将紊流区所有区段拟合为一个综的计算式 即上述所列拟合式不是唯一的 如阿里特苏里将紊流区所有区段拟合为一个综 合公式为合公式为 0 25 68 0 11 Red 3 利用莫迪图 利用莫迪图 Moody Figure 查得 查得 1 莫迪对尼古拉兹实验曲线的修正 莫迪对尼古拉兹实验曲线的修正 A 实际的工业粗糙管不同于人工粗糙管 因此用当量粗糙度相对应于的人工粗糙度 实际的工业粗糙管不同于人工粗糙管 因此用当量粗糙度相对应于的人工粗糙度 B 紊流区曲线变化由上凸变为下凹 原因是实际工业粗糙管粗糙度不均匀 紊流区曲线变化由上凸变为下凹 原因是实际工业粗糙管粗糙度不均匀 2 莫迪图查法 横坐标为雷诺数莫迪图查法 横坐标为雷诺数 Re 右侧纵坐标为当量的相对粗糙度 右侧纵坐标为当量的相对粗糙度 d 其中当其中当 量粗糙度量粗糙度 可按经验查书可按经验查书 P158表表 4 4 左侧纵坐标即为沿程水力损失系数 左侧纵坐标即为沿程水力损失系数 查图时 利 查图时 利 用用 Re 和和 d 所对应的曲线交点 即可获得所对应的曲线交点 即可获得 第六节第六节 局部水力损失局部水力损失 Section Six Minor Hydraulic Loss 一 局部水力损失的计算一 局部水力损失的计算 1 计算式 计算式 半经验公式半经验公式 根据相似理论推导根据相似理论推导 g c hm 2 2 由上式可知 其计算关键是沿程水力损失系数由上式可知 其计算关键是沿程水力损失系数 2 局部水力损失系数局部水力损失系数 的影响因素的影响因素 Re fd 局部阻件的性质等 二 局部水力损失系数二 局部水力损失系数 的确定的确定 1 直接利用局部水力损失计算式反算而得 即直接利用局部水力损失计算式反算而得 即 2 2 m g h c 2 利用理论计算得出 只适用于少数的局部阻力状况 如突扩 突缩等 利用理论计算得出 只适用于少数的局部阻力状况 如突扩 突缩等 1 突扩情况 突扩情况 2 1 1 2 1 A A 按上游流速计算所按上游流速计算所 得得 或或 2 2 2 1 1 A A 按下游流速计算按下游流速计算 所得所得 2 突缩情况 突缩情况 2 2 1 0 5 1 A A 按下游流速计算所按下游流速计算所 得得 3 利用实验拟合的计算式得到 局部阻件很多 实验所得结果分列不同类别表格中 利用实验拟合的计算式得到 局部阻件很多 实验所得结果分列不同类别表格中 详见书中详见书中 仍不完备仍不完备 P166 177各表 各表 注意注意 1 以何处流速实验得到的局部水力损失系数 以何处流速实验得到的局部水力损失系数 2 不同局部阻件直接联接 一般不能直接将各部件所得局部水力损失系数相加 仍不同局部阻件直接联接 一般不能直接将各部件所得局部水力损失系数相加 仍 需据实验选取 若实验条件不具备 则可按实际情况估值 需据实验选取 若实验条件不具备 则可按实际情况估值 3 局部阻件间相距较近时 相互间的局部损失是有影响的 有时为避免影响 局部局部阻件间相距较近时 相互间的局部损失是有影响的 有时为避免影响 局部 阻件需保持适当的距离 阻件需保持适当的距离 4 流道的入口及出口等处也存在局部水力损失 流道的入口及出口等处也存在局部水力损失 5 一般可按局部阻件处所产生的漩涡大小来定性判断局部水力损失的大小 一般可按局部阻件处所产生的漩涡大小来定性判断局部水力损失的大小 第七节第七节 管道的水力计算管道的水力计算 Section Eight Hydraulic Calculation of Pipeline 一 减少管流水力损失的基本途径一 减少管流水力损失的基本途径 1 改进流体外部的边界 即通过改善边壁以减少其对流动的影响 改进流体外部的边界 即通过改善边壁以减少其对流动的影响 2 在流体内部少量的的添加剂以影响流体运动的内部结构来实现减阻 在流体内部少量的的添加剂以影响流体运动的内部结构来实现减阻 其中 添加剂减阻是近年迅速发展起来的实用技术 是流体力学中一项富有生命力的研究其中 添加剂减阻是近年迅速发展起来的实用技术 是流体力学中一项富有生命力的研究 课题 改善边壁减阻的结果不外是围绕课题 改善边壁减阻的结果不外是围绕 流体能在流道中圆滑流动流体能在流道中圆滑流动 而展开 而展开 二 管道水力计算的任务二 管道水力计算的任务 1 设计计算 设计计算 2 经济运行计算 经济运行计算 3 改造或扩建计算 改造或扩建计算 通过计算可以获得管径通过计算可以获得管径 d 流速 流速 c 流量 流量 qv 两类损失 两类损失 hf及及 hm 位置水头差 位置水头差 H 压强 压强 p 等 等 进一步可选取动力源类型 确定经济运行方式及进行分析 比较等 进一步可选取动力源类型 确定经济运行方式及进行分析 比较等 注意注意 对于常规管路系统计算 可在对于常规管路系统计算 可在 管道设计规范管道设计规范 指导下 根据上述内容进行即指导下 根据上述内容进行即 可 其中若有较多未知项 还需依经验先行选取 最后进行校核 书中可 其中若有较多未知项 还需依经验先行选取 最后进行校核 书中 P175表表 4 11 给出给出 管道流体输送的允许流速管道流体输送的允许流速 yx c 可作为流速选取的参考 可作为流速选取的参考 三 简单管道的水力计算举例三 简单管道的水力计算举例 1 长管 流量模数法 长管 流量模数法 1 长管含义 长管含义 2 2 fm hhcg 的管道 即水力损失中以沿程损失为主 的管道 即水力损失中以沿程损失为主 2 计算原则 忽略计算原则 忽略 2 2 m hcg 只计算 只计算 f h 并将求得的 并将求得的 f h 值进行修正值进行修正 一般可一般可 取修正系数取修正系数 1 05 1 10 作为总水力损失作为总水力损失 w h 即 即 1 05 1 10 wf hh 3 流量模数法计算流量模数法计算 f h 225 2 48 f vf h ddd g qcAgh ll 定义流量模数定义流量模数 K 水力坡度 水力坡度 J 及管道的流阻及管道的流阻 R A 流量模数 流量模数 25 8 d g K B 水力坡度 水力坡度 f h J l C 管道流阻 管道流阻 只考虑沿程损失只考虑沿程损失 时时 224 8 ll d R Kd g 则 则 v qKJ 或或 2 fv hRq 结论结论 若已知流量模数若已知流量模数 K 或管道流阻或管道流阻 R 则计算某一长度为 则计算某一长度为 l 的长管 对应于各流量的长管 对应于各流量 qv时的时的 沿程水力损失沿程水力损失 hf将变得非常简便 将变得非常简便 2 短管 流量系数法 短管 流量系数法 1 短管含义 短管含义 f h 与与 2 2 m hcg 是相同数量级的管道或是相同数量级的管道或 f h 可忽略不计的管道 可忽略不计的管道 2 计算原则 不能忽略计算原则 不能忽略 2 2 m hcg 有时可不计 有时可不计 f h 此时需并将求得的 此时需并将求得的 2 2 m hcg 值进行修正值进行修正 一般可取修正系数一般可取修正系数 1 05 1 10 作为总水力损失作为总水力损失 w h 3 流量系数法计算流量系数法计算 w h 2 2 wfm lc hhh dg 即即 2 w l cgh d 定义流量系数定义流量系数 1 l d 则 则 2 2 vww l qcAghAgh A d 或者或者 2222 2 wvv hqgARq 式中式中 R 就是前述的管道流阻 不过此时的流阻变为就是前述的管道流阻 不过此时的流阻变为 24 8 l d R d g 结论结论 若已知流量系数若已知流量系数 K 或管道流阻或管道流阻 R 则计算某一长度为 则计算某一长度为 l 的短管 对应于各流量的短管 对应于各流量 qv时的时的