流体的管内流动与水力计算管内流动的阻力特性曲线2讲课文档

流体的管内流动与水力计算管内流动的阻力特性曲线第1页，共26页。优选流体的管内流动与水力计算管内流动的阻力特性曲线第2页，共26页。第3页，共26页。其中为管路阻抗。上式为管路的阻力特性曲线，表示特定管路系统中、恒定流动条件下，动力设备所提供的能量和管路系统流量之间的关系，可以看出，提供的能量随系统流量的平方而变化，将此关系绘制在流量和压头为坐标的直角坐标系中，如下图所示。它是一条在纵轴上截距为的抛物线。第4页，共26页。第5页，共26页。同一管路系统中，恒定操作条件下，管路阻抗为一常数。若操作条件改变，则管路阻力会发生变化，随之变化，-也会相应变化。例如将离心式泵的出口管路上的节流阀关小时，管路的阻力将增大，管路阻力特性曲线将变陡，如图中的Ⅱ线。当阀门开大时，管路阻力将减小，管路阻力特性曲线将平缓，如图中的Ⅲ线。第6页，共26页。相应的气体管路的特性曲线方程为：当时，上式可简化为：第7页，共26页。【例4-23】某管路系统风量为时，系统阻力为，试绘出管路阻力特性曲线。假定管路阻力特性曲线中。第8页，共26页。【解】由于，风机的全压就等于管路系统的阻力，即。管路阻力特性曲线为：（1）计算气体管路的阻抗：则该管路系统的阻力特性曲线为：第9页，共26页。描点法可得其管路阻力特性曲线如图所示。管路阻力特性曲线第10页，共26页。（2）绘制管路阻力特性曲线流量（）50100200250750全压（）3124875675第11页，共26页。第六节有压管中的水击第12页，共26页。

前面讨论的都是不可压缩性流体的稳定流动,没有考虑流体的压缩性。但液体在有压管道中发生的水击现象，则必须考虑液体的压缩性，同时还要考虑管壁材料的弹性。第13页，共26页。一、水击现象概念当液体在压力管道中流动时，由于某种外界原因（如阀门的突然开启或关闭，或者水泵的突然停车或启动，以及其它一些特殊情况）液体流动速度突然改变，引起管道中压力产生反复的、急剧的变化，这种现象称为水击（或水锤）。第14页，共26页。特点水击现象发生后，引起压力升高的数值，可能达到正常压力的几十倍甚至几百倍，而且增压和减压交替频率很高，其危害性很大，会使管壁材料及管道上的设备承受很大的应力，产生变形，严重时会造成管道或附件的破裂。第15页，共26页。特点压力的反复变化会使管壁及设备受到反复的冲击，发出强烈的振动和噪音，尤如管道受到锤击一样，故又称为水锤。这种反复的冲击还会使金属表面损坏，打出许多麻点，轻者增大了流动阻力，重者损坏管道及设备。第16页，共26页。危害水击对各种工业管道和生活中的供水管道、水泵及其连接的有关设备的安全运行都是有害的，特别是在大流量、高流速的长管中以及输送水温高、流量大的水泵中更为严重。第17页，共26页。应用

水锤泵（又称水锤扬水机）就是利用水击压力变化反复工作的，且不需要任何其它动力设备。第18页，共26页。二、水击的传播过程1．压缩过程如图所示，长度为L的管道上当阀门突然关闭后，首先在N-N断面上液体停止了流动，同时压力升高ph。然后相邻的另一层液体也停止了流动，压力也相应升高ph。这种压力升高以水击波的传播速度a由阀门处一直向管道进口传播，如图（a）所示。经时间传到管道进口，这时整个管道中压力都升高到p+ph。液体受到压缩，密度增高，管壁膨胀，这是一个减速增压的压缩过程。第19页，共26页。2．压缩恢复过程压缩过程结束后，管道中各处压力都比M-M断面的左侧容器中压力高了ph。在压力差ph的作用下，M-M断面右侧相邻的一层液体将以速度v由管道流回容器内，如图（b）所示。与此同时，这层液体的压力由p+ph恢复到正常的压力p，管壁的膨胀也得到恢复，这种恢复以水击波的传播速度a向管道末端N-N传播。从阀门关闭时间算起，经过时间后，由M-M传播到N-N断面，使整个管道都恢复到正常数值。该过程是一个增速减压的压缩恢复过程。第20页，共26页。3．膨胀过程 压缩恢复过程结束后，液体并不能停止流动，在惯性的作用下，液体还将以速度v继续向容器内流动，阀门N-N处液体首先减少，使其压力由p降低到p-ph。因而液体密度减小，体积膨胀，管壁相应收缩，同时液体的流动速度也降为零。这一膨胀仍以水击波速度a向M-M断面传播如图（c）所示。从阀门关闭时间算起，经过时间后，使管道中的液体都处于膨胀状态，压力比正常情况下的压力降低了ph。此过程为减速减压的膨胀过程。第21页，共26页。4．膨胀恢复过程结束后，由于容器内的压力高于管道内的压力，在压差的作用下，液体以速度v流向管内如图（D）所示。最先使管道进口M-M处的压力恢复到正常情况下的压力，管壁也恢复到正常情况。然后压力的恢复由M-M断面以水击波的传播速度a向N-N断面传播。从关闭阀门时算起，经过时间，完成了增速增压的膨胀的过程，使整个管道中液体的压力、密度都恢复到了正常值，从而结束了一个周期的水击变化过程。第22页，共26页。水击的传播过程

第23页，共26页。

断面N处水击压力随时间的变化情况第24页，共26页。若不考虑水击传