第七章一元不稳定流动-1案例.ppt

第七章一维不稳定流动，不稳定流动：任何流动参数(压力、速度、密度等)的流动。)随着时间而变化。第七章一维不稳定流，本章主要内容：一维不稳定流的基本方程，水锤现象和压力的计算，变水头下泄流和放空的计算，7-1一维不稳定流的基本方程，第一，连续性方程，假设：流截面A，密度随A变化，即A=A(x，t)，=(x，t)。控件主体如图所示：、和、和、和、和、和、和、和、和、和、和、和、和、和、和、和、和、和、和、和、和、 流出控制体和流入控制体之间的质量差应为0，同一时间段内体积质量变化的总和，即流入控制体在1，dt时间内的质量，流出控制体在2，dt时间内的质量，流出和流入之间的差，在3，dt时间之前，控制体内的流体质量应为4，dt时间之后。 控制体内流体的质量应为：在dt时间周期内，控制体内质量的变化值应为：然后：连续方程讨论：(1)如果是稳定流动，(2)如果是均匀不可压缩流体，连续方程为，(3)如果是均匀不可压缩流体，且A=A(x)，连续方程为，即不可压缩流体，管道中的不稳定流动，其中A不随时间变化，(2)运动方程：1。 不稳定流动的运动微分方程，如图所示：取一个微圆柱体绕管道中心的一个轴，长dx，面积dA，重力dG，直径d，管径d，a)力分析：(1)重力：dx，dz，(2)压力：z，(1)，(2)，(3)剪切力：(4)加速度：b)根据牛顿第二定律，方程的两边均除以相同的：3354-微分方程。一维不稳定流的总流量运动方程忽略了管道横截面上流速分布的不均匀性，用横截面的平均流速V代替U，0用代替，D用D代替。可以得到：其中P是总流量横截面上的平均压力，0是管壁的剪应力，(6)、(5)、(3)、(4)。讨论：1，(6)物理意义：作用于总流量的重力、压力、惯性力和阻力的平衡。2，表示分子代表单位距离上的摩擦阻力功，分母代表流体承受的重力，然后表示：单位距离上单位重力液体的能量损失(或阻力功), 3，公式的适用条件：一维不稳定总流量。对于不可压缩流体，方程(9)的两边乘以dx，从第1节到第2节积分，得到：-能量方程(8)、(9)，它表明：1，惯性水头，其含义是单位重力液体在1-1 2-2节距离上由于局部加速度产生的惯性力所做的功。(11)一维不稳定流能量方程不同于稳定流的能量方程，因为由局部加速度引起的惯性水头损失h1被加到一维不稳定流的能量方程中。以泵的吸入段为例，利用能量方程讨论了泵的压头。已知参数如图所示。设置吸入段长度L，面积A，泵缸长度X，面积Ab，吸入段高度H吸入，在0-0，1-1列方程式：柱塞泵：因此，说明：从方程式(13)可知，pb应保持不变，真空泵可以工作，但其值不能太小，如果它小于液体的饱和蒸汽压，液体就会沸腾而汽化。也就是说，当泵正常工作时，pbp产生蒸汽。当H吸力恒定时，必须通过减小惯性压头来实现。方法：降低l；扩展a，ab；降低。(13)、7-2水锤现象。在生产过程中，阀门快速打开和关闭，泵停止，或者电源突然切断。首先，水锤发生。首先，水锤现象(水锤)是一种由于压力管道中流速的快速变化而导致管道中的压力突然变化并在管道的整个长度上扩散的现象。它被称为水锤。当快速上升和下降的压力波阵面穿过管道时，会产生一种声音，就像冲击钻机工作时产生的声音或锤撞击管道时产生的噪音一样，这种声音称为水锤或水锤。2。水锤压力。压力的突然变化称为水锤压力(当管道中出现水锤时，压力值增大或减小)。3.水锤的物理原因：(2)内因：液体具有惯性和可压缩性。(1)外因：管道内流速突变；惯性：试图保持液体运动的原始状态，可压缩性：改变体积以缓解流体流动。(2)受水冲击的液体流动参数随时间和位置变化，水锤现象为不稳定流动。(3)水锤压力以压力波的形式在管道中传播。2、压力波的传播过程，如图所示用固定液位的油罐、蓄水池或水塔，沿长度为L、直径为D的等直径管道流向大气，管道出口装有控制阀。现在以此图为例来说明压力波的传播过程。当阀门打开到一定尺寸时，管道内的流量为V0，出口阀前的压力为P；如果阀门突然关闭，阀门附近的一层厚度的液体将首先及时停止流动。该段液体在后面液体惯性的作用下被压缩，压力比静压，即水锤压力有所增加。同时，管壁也由于的作用而膨胀。当第一层液体在无限小的时间t内停止时，下一层液体再次停止并被压缩，同时相应的管段膨胀。由液体依次停止形成的高低界面以c的转移速度依次转移到液体罐中，略小于液体中的声速c0。当阀门关闭后t1=l/c时，压力波传递到管道入口。此时，整个管中的液体已经停止流动并处于压缩状态，而管处于膨胀状态。然而，此时管道中的压力高于液体罐中的压力，导致不平衡，这是一种不稳定的状态。因此，靠近管道入口的一层液体将开始以速度v0再次冲向液体罐，这将使水锤压力消失并恢复正常的静压。相应地，管壁也将恢复到其原始状态。从这一刻开始，管道中液体的高低压界面将再次以速度C向阀门传播。在阀门关闭后的时刻t2=2l/c，整个管道中的压力值已经恢复到静态压力。需要特别注意的是，此时，由于惯性，阀门旁边的液体层仍然试图以速度v0继续向液体罐的方向流动，但是此时后面没有液体补充，因此管道中的液体进一步膨胀，压力进一步降低，即产生负水锤压力。类似地，第二层和第三层依次膨胀以形成减压波，该减压波以速度C传输到液体罐.当阀门关闭时，t3=3l/c，减压波传递到管道的入口，整个管道内的液体处于低压的静态，由于吸入负压，管道处于收缩状态。此时，液体罐中的压力高于管道中的压力，压力平衡丧失。在压差的作用下，液体以速度v0冲进管道，使靠近管道入口的一层液体压力恢复到正常压力。这个压力波面又以速度C向阀门传播.直到t4=4l/c，压力波面被传输到阀门。此时，整个管道返回到阀门关闭前的流动状态。然后开始第二个压力传递循环。理想水锤波传播参数表(1)直接水锤：当阀门关闭时间为0时，在阀门完全关闭之前，在阀门处产生的第一个顺向压力释放波已经传到上游并反射回来。水锤压力波不能全部进一步向上游反射，部分能量随流体释放，因此阀门处的水锤压力不能达到直接水锤的压力增加值，称为间接水锤。正水锤：当阀门突然关闭时，管道中的流速突然降低，导致压力先急剧增加，这称为正水锤。(2)负水锤：当管道末端的阀门突然打开时，管道内的流速突然增加，而压力先急剧下降，称为负水锤。对于水锤压力的计算，当阀门突然关闭时，停止的S段中液体的 a S为AS。这部分液体由于阀门的堵塞和后面液体的惯性而被压缩，增加的总压力为pA。从动量原理可以得出水锤压力传播速度，,v0,是直接水锤发生时水锤压力的计算公式。(5)防止水锤压力(3)在阀门前增加一个安全阀，防止管道开裂。在阀门前增加安全气囊以吸收水锤能量。1。延长阀门开启和关闭时间，避免直接水锤。水锤压力的危害很大，在管道设计中应尽量避免直接水锤压力。但是，在某些情况下，仅仅依靠管道的设计无法达到防止水锤的目的，因此本工程采用以下方法来避免和减轻水锤。例如，水电站导流钢管的长度l=700 m，直径d=100 cm，壁厚e=1 cm，弹性系数E0=2.06107 n/cm2，弹性系数e=2.06105 n/cm2。阀门关闭前，管道流量稳定，Q0=3.14m3/s，如果阀门完全关闭1s，试着判断管道内产生的水锤是直接水锤还是间接水锤。还计算了阀门前部的最大液压。发现水锤压力波在管道中的传播速度为：阀门关闭前管道中水的正常流速为，因此产生的最大水锤压力为：7-2变水头泄流和排空计算。一旦人们有了知识，他们就会有各种分析能力和辨别