汽车流体管路优化设计

第八讲管路计算Chapter8CalculationofFluidFlowinPipes作业：练习题8-1，8-3计算根据：1.延续性方程；2.伯努利方程3.阻力损失计算式简单管路：没有分支与集合复杂管路：有分支与集合一.概述对于普通的管路设计，管径要根据流量大小而确定，管径确实定是一个优化问题。普通情况下，液体流速取1～3m/s，气体流速取10～30m/s。费用uuopt操作费设备费总费用二.简单管路特点：1.流经各管段的质量流量一样，假设流体不可紧缩，那么各管段的体积流量也一样。ms0ms1ms2假设ρ一定，那么：2.整个管路的阻力损失为各管段损失之和。常见问题：1.操作型问题：2.设计型问题：知管径、管长(含管件的当量长度)和流量，求保送所需总压头或保送机械的功率。知保送系统可提供的总压头，求已定管路的保送量，或保送一定流量的管径。自来水塔将水送至车间，保送管路采用Ф114×4mm的钢管，管路总长为190m(包括管件与阀门的当量长度，但不包括进、出口损失)。水塔内水面维持恒定，并高于出水口15m。设水温为12℃，试求管路的出水量(m3/h)。15m1122例题：解：选取塔内水面为1－1截面，出口内侧为2－2截面。以管路出口中心为基准面。列伯努利方程有：15m112215m1122其中：代入数据并整理，有：式中，上面两式中，含有两个未知数λ和u2，由于λ的求解依赖于Re，而Re又是u2的函数，故需采用试差求解。此题中，原始数据为：水的密度和粘度分别为：管壁的绝对粗糙度为：进展试算，有：λ0u2Ree/dλ1第一次0.022.812.4×1051.89×10-30.024第二次0.0242.582.2×1051.89×10-30.024由于两次计算的λ值根本一样，故u2＝2.58m/s。于是，输水量为：例题：15℃的水以0.0567m3/s的流率流过一根当量长度为122m的光滑程度管道。知总压降为1.03×105Pa，试求管道的直径。解：在管的进、出口截面间列伯努利方程，有：由于管道程度，有：因此，有：又有：由于因此需求进展试差求解。其步骤为：1.设定一个λ的初值λ0；2.将此λ0值代入上式求出管路直径d；3.用此d值计算雷诺数Re；4.用Re和相对粗糙度e/d(此题中为0)，求出λ；5.反复以上步骤，直至所设初值和计算值相等。经过以上计算步骤，有：管道直径d＝0.13m，摩擦因数λ＝0.012。三.复杂管路12ABAOBC并联管路分支管路特点：并联管路和分支管路中各支管的流率彼此影响，相互制约；其流动规律依然满足延续性方程和能量守恒原理。1.操作型问题：常见问题：2.设计型问题：知管路布置和流量，求保送所需总压头或保送机械的功率。知管路布置和保送系统可提供的总压头，求流量的分配，或知流量分配求管径的大小。特点：1.总管流量等于各支管流量之和。2.对于任一支管，分支前及集合后的总压头皆相等。据此可建立支管间的机械能衡算式，从而定出各支管的流量分配。〔一〕.并联管路12AB对于支管1，有：对于支管2，有：对于A、B两截面，有：12AB比较以上三式，有：另外，根据流体的延续性方程，有：假设ρ一定，那么：例题：右图中的支管1和支管2的总长度(包括当量长度)如附表所示。各管均为光滑管，两管进出口的高度相等。管内保送20℃的水，总管流率为60m3/h，求各支管流率。12ABd/mL+Le/m支管10.05330支管20.080550解：20℃水的物性为：ρ＝998.2kg/m3,μ=1.005×10-3Paּs设支管1内的流速为u1，支管2内的流速为u2，那么根据延续性方程，有：即：又根据各支管内阻力相等，有：即：由于摩擦因数与速度有关，初设：将两式联立求解，有：下面对假定的摩擦因数值进展检验：查莫狄图，有：由于检验值和设定值有差别，故需再次试算，把上步结果作为假定值，计算得：由于两次计算求得的流速数据接近，可停顿跌代。求得的各支管流率为：〔二〕.分支管路AOBC特点：1.总管流量等于各支管流量之和。2.对于任一支管，可分别建立总管截面和支管截面间的机械能衡算式，从而定出各支管的流量分配。对于支管AOB，有：对于支管AOC，有：对于B、C截面，有：本讲小结简单管路，又称串联管路，其特点为：1.各管段中流体的质量流量均一样。2.管路的总阻力等于各管段阻力之和。1