第五章 压力管路

1、第五章第五章 压力管路的水力计算压力管路的水力计算本章将结合输油管路设计中的一些工程问题，如长输管线的水力计算、串并联管路，以及孔口和管嘴泄流的基本原理，作扼要分析，介绍处理这些问题的基本方法。 简单长管 串联、并联和分支管路主要内容主要内容2211AvAv主要公式主要公式2122222211112gV2gVwhpzpzVdRegVDLhf22gVhj22基本概念：基本概念： 在一定压差下，液流充满全管的流动管路。在一定压差下，液流充满全管的流动管路。（管路中的管路中的压强压强可以大于大气压可以大于大气压，也可以小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。按管路的结构特点，分

2、为简单管路简单管路：等径、无分支或汇合的管路,直径可大可小复杂管路复杂管路：直径有变化或有分支等情况的管路 根据管道分支、排列和组合的情况: 串联、并联、分支串联、并联、分支 按能量比例大小，分为 和沿程水头损失相比，流速水头和局部水头损失可以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。忽略的流动管路。 如果管路中流速水头和局部水头损失的和，所占的比例在515%以下，在水力学计算中，可以忽略不计。流速水头和局部水头损失不能忽略的流动管路流速水头和局部水头损失不能忽略的流动管路0jh022gV0jh022gV 与与的关系曲线称为管路的特性曲线的关系曲线称为管路的特性曲线 llL

3、gVdLgVdllgVdldlgVdlgVhhhfjw当当当其中，2222222222（1）把把 代入上式得：代入上式得：24dQAQV225222284212QQdgLdQgdLgVdLhw1、当由泵输送液体时，因泵给出的扬程H要克服位差和水头损失，绘制管路特性曲线时，纵坐标以泵的扬程为准，故管路特性曲线相应地要平移一个一个位差位差的高度。2、理论上有层流到紊流应有折点，实用上不予考虑，而绘制光滑曲线3、根据水头损失的计算通式，当有局部水头损失时可折算为当量长度并入沿程水头损失。4、管路特性曲线对于确定泵的工况和自流泄油工况，将有重要作用，在工程设计中经常使用1、：由许多管径相同的管子组成的

4、长输管路，且沿：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，计算时可程损失较大、局部损失较小，计算时可和和。n短途无中继 泵站的 输油管线和长途两泵站之间的管线都属于简单长管.n若上述管路有分支或者直径发生变化,此时对于管路中直径不变的每一段或每一个分支,仍然是简单长管2、：简单长管一般计算涉及公式：简单长管一般计算涉及公式2211AVAVfhpzpz2211gVDLhf22（1）（2）（3）（4）VdRe 有时为了计算方便，有时为了计算方便，hf 的计算采用如下形式：的计算采用如下形式： 其中，其中，、m值如下值如下 mmmfdLQh52（5）公式（公式（5）的推导：）

5、的推导：gVDLhf2224dQAQV2528QdgLhf（6） ， 代入（代入（6）式得：）式得： 即：即：Re6415112415. 415. 4dLQdLQhf ， 代入（代入（6）式得：）式得： 即：即：25. 0Re3164. 025. 0525. 025. 0275. 425. 075. 10246. 00246. 0dLQdLQhf 由大庆设计院推得经验公式，在由大庆设计院推得经验公式，在： 即：即：877. 4123. 0877. 10802. 0dLQAhf0627. 0lg127. 0,10rA 即：即：5225220826. 082dLQQdgLgVdLhf：地形z ，流

6、量Q ， 管道尺寸d，L， 输送流体的性质 ， ：hf ，p ： QV 确定流态确定流态 hf 伯努利方程求pVdRe47/8103.2857 .59(1)(2)油柱mdLQhf5 .1940246. 075. 425. 075. 1例: 50C的原油,密度=950kg/m3,运动粘度=810-5m2/s,流过一根长l=400m,D=150mm,粗糙度e=0.30mm的管道,流量Q=0.12m3/s,试求产生的压降.： p ，z ，d，L， ：Q ：Q未知未知流态也未知流态也未知 )无法确定无法确定 a、先假设一流态，取、先假设一流态，取值，算出值，算出Q mmmffLdhQpzh25b、Q

7、Q Re 和假设一致，和假设一致， Q 即为所求即为所求Q c、 Q 定出的流态和假设不一致，重复定出的流态和假设不一致，重复a。dV eRAQV按第一类问题的计算方法，选取足按第一类问题的计算方法，选取足够多够多 Q，算出，算出 hf值，然后绘制图形。值，然后绘制图形。使用时由使用时由 hf 查找查找 Q 即可。即可。pzhf： Q ， z ，L， ： 经济管径经济管径d (p未知未知) ：考虑两方面的问题考虑两方面的问题 、运输费、运输费V，损失，损失，管理费用，管理费用 输油管容易结蜡输油管容易结蜡一次性费用V，损失，损失， 如何解决这一矛盾，正是一个管径优选问题。如何解决这一矛盾，正是

8、一个管径优选问题。1) 根据设计流量根据设计流量,在速度范围内选择几个不同的管径在速度范围内选择几个不同的管径一般油田内部管线或库内管线流速以一般油田内部管线或库内管线流速以12m/s左右左右外输管线取外输管线取13m/s2) 按照所选管径按照所选管径d算出速度算出速度v3) V 、d、v VdRe确定流态确定流态 hf 伯努利方程求水头损失p4) 由总水头损失及压降确定泵的扬程、功率由总水头损失及压降确定泵的扬程、功率,计算每年计算每年动力消耗费用动力消耗费用 计算全部设备投资、管线投资及每年平均折旧费 计算每年的检修、保养及管理费5)管径管径d年费用曲线年费用曲线20C的四氯化碳,密度=1

9、590Kg/m3,运动粘度=6.110-7 m2/s,通过长度l=20m的钢管,流量Q=210- 3m3/s,要求单位长度的压降为p/l=3.7kpa/m,设e=0.046mm,试问需要管径D。各联结点（节点）处流量出入平衡，即进入节点的各联结点（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。总流量等于流出节点的总流量。 其中，其中，全线水头损失为各分段水头损失之和，即：全线水头损失为各分段水头损失之和，即： 它它反映了反映了。fnffffhhhhhi210iQ进入各并联管的总流量等于流出各并联管的总流进入各并联管的总流量等于流出各并联管的总流量之和，即量之和，即 不同并联管段

10、不同并联管段ABAB，单位重量液体的能量损失相单位重量液体的能量损失相同同，即：，即：Chhhhffffi21iQQ 属于长管计算第一类问题属于长管计算第一类问题 ：Q Q ：d d ：确定合理流速确定合理流速 V V合理合理？ 合理合理d d 属于长管计算第二类问题属于长管计算第二类问题 因为它涉及到因为它涉及到流量分配问题流量分配问题，Q Q Q1 ? Q2 ? Q3 ?一输水管路，总流量Q100L/s，各段管径、长度及程水力摩阻系数分别标于图中，试确定流量Q1、Q2及AB间的水头损失为多少？gdQdLgdQdLgdQdLhhhhBfAfff242424222233322222222211

11、111321）（即1243. 19 .1656876809 .88882560025. 025. 0300025. 03 . 03 . 0900024. 025. 025. 01000025. 02122222221422422421QQQQQQQQQ1 . 021QQQ又（2）Q10.0446m3/s44.6L/sQ20.0554 m3/s55.4L/smhBfA216. 48 . 92125. 014. 3160446. 025. 01000025. 0422一管路系统，CD管中的水由A、B两水池联合供应。已知L1500m，L0500m，L2300m，d10.2m，d00.25m，10.0

12、29，20.026，00.025，Q0100L/s。求Q1、Q2及d2解：按长管计算smsLQ/1 . 0/10030smdQVD/038. 225. 014. 31 . 0442200mgVdLhf6 .108 . 92038. 225. 0500025. 022200000AD伯努利方程：mhhhfff4 . 46 .10520520101BD伯努利方程：mhhhfff4 . 36 .10519519202sLsmQQQsLsmQmQgdQdLhf/8 .65/0658. 00342. 01 . 0/2 .34/0342. 04 . 48 . 922 . 014. 342 . 050002

13、9. 02431023122122111111mddgdQdLhf4 . 38 . 9214. 30658. 04300026. 024222222222222d2=0.242m4、分支管路、分支管路：自一点分开不再汇合的管路：a、节点处流出与流入的流量平衡b、沿一条管线上总水头损失为为各段水头损失总和c、节点处：cpz、分支管路、分支管路1)选定主干线(以起点到最远点为主干线)2)按各终点流量要求,从末端前推,分配各管段流量3)根据流量及合理流速,选定各段管径4)计算干线各段水头损失,确定干线上各节点处的压头,推算起点压头,确定泵压或罐塔高度5)通过节点压头确定各支管的水头损失,再根据设定的

14、管径校核水头损失,不符合则重选支管径 许多室内管线，集油站及压水站许多室内管线，集油站及压水站内管线管件较多，属于短管。内管线管件较多，属于短管。 短管计算问题，多涉及到短管计算问题，多涉及到：gVhhhcjfw22出口whgVpzgVpz2222221121gVgVgVgVdlgVdlhhhjfw22222227654322112222221111孔孔： 大直径管段：大直径管段：直径直径，长，长l1 小直径管段：小直径管段：直径直径d2，长，长l2 孔板直径：孔板直径：d孔孔 则则（1） 为了计算方便，一般以为了计算方便，一般以作为标准，把其它速度作为标准，把其它速度化成出口速度表示的形式，

15、由连续性方程：化成出口速度表示的形式，由连续性方程：22222122121,VddVVddVAAV孔孔gVgVdldddddlhcw22222276543222424121111孔孔（2）令令 称之为称之为。 则则 所以所以由图由图AB，1122断面列能量方程：断面列能量方程：gVgVpzgVpzc2222222211221gVgVppzzc21222212121gVppzzH222121012222202121QgAQgVHcc0211gHAQcc1102gHAQ：完全靠自然位差获得能量来源输送或排泄：完全靠自然位差获得能量来源输送或排泄液体的管路。液体的管路。 ：储液罐壁或底部打开的小孔。

16、：储液罐壁或底部打开的小孔。局部阻力局部阻力 ：在孔口处接出短管。：在孔口处接出短管。局部阻力局部阻力+沿程阻力沿程阻力收缩断面收缩断面CC的形成：流线特性，流线不能转折的形成：流线特性，流线不能转折 ,液流射出时,将向内部收缩形成收缩断面cc（约在距出口d/2处）收缩断面：收缩断面： 收缩系数：0.620.64：液体与孔口周围只有液体与孔口周围只有线接触线接触,容器壁厚与所开孔口直容器壁厚与所开孔口直径之比小于径之比小于1/2,即即： 2)(ddAAccHd101 孔口有效断面上所有的点都可用其中线上的点来代替：21d取取00 cc 列方程，列方程，则有：则有：gVgVpgVpHcca222

17、22200孔gVgVppHca2122200孔002211gHgHVc孔gVppHHa22000令令 则则（1）定水头薄壁圆形小孔口自由出流流量计算公式定水头薄壁圆形小孔口自由出流流量计算公式 理论流速理论流速 实验证明：实验证明： 对于理想流体：对于理想流体： 02gH理理QAVQ理QQ64.062.0,97.006.011,06.0孔6 . 0,62. 06 . 0取1, 1,1,0孔所以所以000222gHAgHAgHAAVQccc自孔口接出短管直径与孔口直径自孔口接出短管直径与孔口直径相同，相同，且且 l（34）d 流态不一样，先收缩，再扩大，然后封住出口，均匀流态不一样，先收缩，再扩

18、大，然后封住出口，均匀泄出。泄出。 孔口只有局部阻力，管嘴加上孔口只有局部阻力，管嘴加上扩大阻力扩大阻力和和沿程阻力沿程阻力。 据公式：据公式： 由于由于1，要知，要知，须求，须求。gHAgHAQ2253.0302.011106.0106.02224dddlAAdddlccc扩孔64.0,3,02.0dl取81.011c实验修正：实验修正：82.0孔口和管嘴的流量公式孔口和管嘴的流量公式02gHAQ6 . 0孔口82. 0管嘴 孔口计算断面为收缩断面孔口计算断面为收缩断面CC，压强为，压强为 pa，而管嘴收缩，而管嘴收缩处却不一样，管嘴出口在收缩断面之后，由于在处却不一样，管嘴出口在收缩断面之后，由于在CC 处液流处液流带走一部分气体形成负压，这就相当于在带走一部分气体形成负压，这就相当于在1C 之间增大了一个之间增大了一个压头差，流量系数也就增大了。压头差，流量系数也就增大了。因为因为 所以所以 即相当于使压头增大了即相当于使压头增大了0.75倍倍取取1 1C C列方程：压力标准取列方程：压力标准取：gVgVpgVpHccca2222221孔HgVppcca2