流体力学-第五章-压力管路的水力计算

1、- - 第五章 压力管路的水力计算主要内容长管水力计算短管水力计算串并联管路和分支管路孔口和管嘴出流基本概念 : 1、压力管路：在一定压差下，液流充满全管的流动管路。（管路中的压强可以大于大气压，也可以小于大气压）注:输送气体的管路都是压力管路。2、分类：按管路的结构特点,分为简单管路 :等径无分支复杂管路 ：串联、并联、分支按能量比例大小,分为长 管:和沿程水头损失相比,流速水头和局部水头损失可以忽略的流动管路。短 管： 流速水头和局部水头损失不能忽略的流动管路。第一节管路的特性曲线一、定义 :水头损失与流量的关系曲线称为管路的特性曲线。二、特性曲线- - lllgvdlgvdllgvdld

2、lgvdlgvhhhfjw当当当其中，2222222222(1) 把24dqaqv代入上式得：225222284212qqdgldqgdlgvdlhw(2）把上式绘成曲线得图。第二节长管的水力计算一、简单长管1、 定义 :由许多管径相同的管子组成的长输管路,且沿程损失较大、局部损失较小，计算时可忽略局部损失和流速水头。2、计算公式 :简单长管一般计算涉及公式2211avav(3) fhpzpz2211(4）gvdlhf22（5) 说明：有时为了计算方便,hf的计算采用如下形式：mmmfdlqh52（6) 其中 ,、 m 值如下流态m 层流4.15 1 （a) 水力光滑.0 40 5 （b) -

3、 - 混合摩擦.0 20123 （c）水力粗糙0.86() 公式（）的推导: 因为gvdlhf22且24dqaqv所 以2528qdglhf(7）a.层流时, re64代入 ()式得：15112415.415.4dlqdlqhf即：= 415，m=1 b.水力光滑区，25.0re3164.0代入（）式得：25.0525.025. 0175.425. 075.10246.00246.0dlqdlqhf即：0.0246，m=1 c.由大庆设计院推得经验公式，在混合区：877. 4123. 0877.10802.0dlqahf即：=.8，m=012其中,0627.0lg127. 0,10rad.粗糙

4、区5225220826. 082dlqqdglgvdlhf即： 0. 826,m0 3、简单长管的三类计算问题(1)第一类：已知：输送流体的性质，管道尺寸d，l,- - 地形z 流量q, ，求:hf ，p,i 解： qvvdre确定流态，m ， hf 伯努利方程求p (2) 第二类：已知 :, ，d，l, p求： q解：未知流态也未知, m ，无法确定试算法或绘图法a.试算法a、先假设一流态, 取, m值，算出q mmmffldhqpzh25b、q aqvdver ， m ,校核流态如由q e和假设一致，即为所求qc、如由q 定出的流态和假设不一致，重复a。. 绘图法按第一类问题的计算方法,

5、选取足够多q, 算出hf值，然后绘制图形。 使用时由f查找即可。( ) 第三类 : - - 已知 : q ,p , , ,l,，求: 经济管径 d解：考虑两方面的问题，材料费, 施工费、运输费 v , 损失 , 管理费用d，一次性费用v, 损失，设备 ( 泵）费如何解决这一矛盾, 正是一个管径优选问题。钻、采专业大纲要求一般了解。二、串、并联管路、串联管路定义 :由不同管径的管道依次连接而成的管路。 水力特征 : a、各联结点（节点）处流量出入平衡，即进入节点的总流量等于流出节点的总流量。0iq其中，进为正 , 出为负 , 它反映了连续性原理。b、全线水头损失为各分段水头损失之和, 即: fn

6、ffffhhhhhi21它反映了能量守恒原理。2、并联管路- - 定义 : 两条以上的管路在同一处分离, 以后又汇合于另一处，这样的组合管道，叫并联管路。 水力特征：a、进入各并联管的总流量等于流出各并联管的总流量之和，即iqqb、不同并联管段ab，单位重量液体的能量损失相同, 即：chhhhffffi213、分支管路 定义：自一点分开不再汇合的管路 水力特征 : a、节点处流出与流入的流量平衡b、沿一条干线上总水头损失为各段水头损失为各段水头损失总和c、节点处：cpz4、串、并联管路的水力计算串联管路属于长管计算第一类问题已知： q 求 :d 解：确定合理流速 v合理? 合理 d 并联管路属

7、于长管计算第二类问题5、串、并联管路在长输管线上的应用增加输送流量延伸输送距离 克服翻越点- - 例 ：某水罐 1 液面高度位于地平面以上z=0m，通过分支管把水引向高于地平面z23m 和z3=5m 的水罐 2 和水罐 3,假设 l1l23=2500m, 1d=30.5， 各管的沿程阻力系数均为 =0.04。试求引入每一水罐的流量。解：取 -1、2-2 两液面列伯努利方程：2121ffhhzzgvdlhgvdlhff22222222211111所以 ,41.42221vv（ ) 取 1-1 、两液面列伯努利方程：3131ffhhzz所以，94.22321vv（2）又321321dddqqq32

8、1vvv(3）得smvsmvsmv/39.0/28.1/67.1321smqsmq/0765.0/251.03332第三节短管水力计算许多室内管线，集油站及压水站内管线管件较多，属于短管。短管计算问题 , 多涉及到 能量方程的利用：whgvpzgvpz2222221121gvhhhcjfw22出口- - 一、综合阻力系数已知 : 大直径管段 : 直径 d，长 l1小直径管段：直径d, 长2孔板直径 :孔则全管路总水头损失为：gvgvgvgvdlgvdlhhhjfw22222227654322112222221111孔孔为了计算方便，一般以出口速度作为标准，把其它速度化成出口速度表示的形式,由连

9、续性方程：22222122121,vddvvddvaav孔孔gvgvdldddddlhcw22222276543222424121111孔孔c 综合阻力系数二、短管实用计算通式由图 ,1- 2-断面列能量方程: gvgvpzgvpzc2222222211221gvgvppzzc21222212121- - 令gvppzzh22212101称之为 作用水头 。则2222202121qgaqgvhcc所以0211ghaqc令c11为 流量系数 , 则：02ghaq例题 : 书本162 书本例 5-有错p63 （3) 泵的扬程应为：mgvhzhw607.58.927 .196.3)0 .24. 09

10、 .3(222n= qh 9800.2560/ =83.162w（n qh 30.2 2马力) 第四节孔口和管嘴泄流基本概念：?自流管路 : 完全靠自然位差获得能量来源输送或排泄液体的管路。?孔口 : 储液罐壁或底部打开的小孔。?管嘴 : 在孔口处接出短管。?定水头出流 ( 稳定流 ): 液流流经孔口与管嘴时, 液面位置保持不变的流动。?自由出流 :出流于大气之中。?淹没出流：流向液体之中。一、定水头孔口泄流- - 1、定水头薄壁圆形小孔口自由出流。?薄壁孔口 : 孔口有尖锐的边缘，液体与孔口周围只有线接触。?小孔口 :hd101孔口有效断面上所有的点都可用其中线上的点来代替。（1）射流结构分

11、析：收缩断面cc的形成 : 流线特性 , 流线不能突然转折, 液流射出时， 将向内部收缩形成收缩断面 c-c （约在距出口2d处) 收缩断面：2)(ddaacc收缩系数：.62064（2）定水头薄壁圆形小孔口自由出流流量计算公式取 0c 列方程，压强标准为绝对压强，则有：gvgvpgvphccc22222200孔gvgvpphcc2122200孔令gvpphhc22000002211ghghvc孔流速系数 :则000222ghaghaghavaqccc即02ghaq 孔口泄流流量计算公式流量系数：(3) 说明：理论流速：02gh理理qavq理qq实际流量与理想流量之比。实际流速与理想流速之比。

12、- - 实验证明：64.062.0,97.006.011,06.0孔=0.6 62,取 06 对于理想流体：1, 1,1, 0孔作用水头：gvphh22000如图： 21m 2、淹没出流两液面 : gvgvhhcc222221扩大孔021ghvc孔扩大(h0 1-h2）hgaq2二、管嘴泄流- - 1、标准圆柱管嘴: 自孔口接出短管直径与孔口直径相同, 且 l (3 4)d2、管嘴与孔口区别: 流态不一样 , 先收缩 , 再扩大 , 然后封住出口，均匀泄出。孔口只有局部阻力，管嘴加上扩大阻力和沿程阻力。3、流量计算公式据公式：ghaghaq22c1164.0,3,02.0dl取53.0302.

13、011106.0106.02224dddlaadddlccc扩孔81.011c由于 =, 要知，须求。实验修正 :82.0孔口和管嘴的流量公式:02ghaq82.0管嘴，6. 0孔口三、管嘴流量系数为什么大于孔口流量系数? 孔口计算断面为收缩断面c-c, 其压强为p，而管嘴收缩处却不一样，管嘴出口在收缩断面之后，由于在c-c处液流带走一部分气体形成负压, 这就相当于在 1 之间增大了一个压头差，当然，流量系数也就增大了。取 -c 列方程：压力标准取绝对压力: - - gvgvpgvphccca2222221孔(01v) hgvppcca212孔因为ghaghaaqvccc22所以hhhhhpphcav75. 064.082.006. 011222孔即相当于使压头增大了.5 倍但也不是真空度越大越好，若真空过大, 会形成气阻，当气体全被液流带走时，外部空气将进入破坏真空,使液流充不满管子, 反而减少流量。四、其它形式管嘴见书本 p 66，表 54 例 1: 水从封闭水箱上部直径d1=30m