流体力学 泵与风机5管路计算

1、1，流体力学5管道计算，流体力学泵和风扇，2，知识点简单管道概念，简单管道计算，复杂管道及其计算，压力管道水锤，均匀流水线及其计算。能力目标简单管道、串行管道、并行管道和均匀流管道定义、熟练掌握水锤概念；理解水锤的生成和传播过程。熟练掌握和使用简单管路、串行管路、并行管路和统一流管路的水力计算。5管路计算、3，5管路计算、4和简单管路表示构成各种组合管路的基本单位相同管道直径d、相同流q的管段。如图5.1所示。基于0-0、1-1、2-2行之间的能量方程(忽略自由水平速度，向大气泄漏):5.1简单管路的计算，图5.1简单管道，5，包含出口局部阻力0=1，而不是1的0，常识自下而上简化，并且在本主

2、题中，您仅可以变更调整的阀的，其他本端元件已确定本端阻抗不会变更。s是指定管路的固定数目，同时反映管路的阻力和本地阻力，因此称为管道阻力。样式(5.1)中显示，阻抗表示简单管路的流动规律非常简单。在简单管路中，总阻力损失与体积流速平方成正比。此规则广泛用于管道计算。样式(5.1)源自图5.1中的特定条件(向大气流出，1-1截面p1=pa，没有高度差)，全水位h全部用于克服流量阻力。但是，它不适用于其他管道类型，需要对其进行具体分析。5.1简单管路的计算，7，图5.2表示泵向水箱发送水的简单管道(d和q保持不变)，基于0-0的行1-1，2-2的两个剖面之间的能量方程，移动项目后，稍微删除液位速度

3、水头，然后输入水头(5.2)，(样式5.2)，图5.2泵系统，5.1简单管道计算，8，所谓虹吸是管道的一部分高于上游供水级别的简单管道(见图5.3)。工作时，首先使虹吸管内部真空，压差下的高流量通过虹吸管引导低流量。只要管内的真空没有破坏，高白天保持一定的水位差，虹吸管的作用就保持不变，水流将继续低流。利用虹吸管输送水具有节能、横穿高地、操作方便等优点，广泛应用于项目。但是，当真空达到一定的极限时，溶于水的空气分离，真空度增大，空气量增加。虹吸管顶部聚集了大量气体，有效的过流剖面缩小阻碍了流动，严重的情况下，制造了气塞，破坏了液体连续输送。必须限制细管的最大真空高度，使其不超过允许值HV=7至

4、8.5 m2o，以确保虹吸管的正常流动。5.1简单管道计算，9，虹吸管有真空部分是其流动特性，真空高度控制是虹吸管的正常运行条件。现在，以水平线0-0为基准，列出了图5.3中的1-1、2-2能量方程。所以，(样式5.3)，图5.3虹吸管，5.1简单管道计算，10，这是虹吸管流量计算公式。图5.3条件：格式进口阻力；旋转阻力；出口阻力。5.1简单管路的计算，11，H0在图5.3条件下：上述数字赋值(5.3)中，流量为：因此，(5.5)、(5.4)以上两个表达式是图5.3中的虹吸管速度和流量计算公式。，5.1简单管路的计算，12，最大真空高度计算的1-1和最大截面C-C热能方程式。在图5.3的条件

5、下，为了确保虹吸正常工作，自下而上(5.5)的v由下而上(5.6)计算的真空高度必须小于最大允许值hv。(样式5.6)、5.1简单管路的计算，13，示例5.1表示图5.3中的特定值。H=2m，l1=15m，l2=20md=200mm，hv=7m。找到通过虹吸管流量和管道顶部允许的最大安装高度。5.1简单管路的计算、14和串行管路由许多简单管路和端点组合而成，如图5.4所示。5.2.1内嵌管道、5.2管道管路的计算、图5.4内嵌管道、15，管段相交的点称为节点(图中的点a、点b)。在每个节点上，遵循质量平衡原理。也就是说，如果流入的质量流与流出的质量流相同，=常量，则流入的体积流与流出的体积流相

6、同，流入的流量为正，流出的流量为负，则可以为每个节点写入。因此，内嵌管路(无中间拆分或汇流)的阻力损失由(类型5.8)计算，因为Q1=Q2=Q3(样式5.7)管路的阻力损失由流q中的每个段相等。如果没有中间拆分或汇流流，则流相同，阻力叠加，常规道路的阻力s等于每个线段的阻力叠加。5.2管路的计算，16，流体在节点a和b之间的每个管段同时分组到另一个节点b(称为平行管道)的主管路节点a中分割两个或多个管段，如图5.5所示。与串行管道一样，如果遵循质量平衡原理，=常量时必须满足，则点a的流量为(样式5.9)，图5.5并行管道，5.2.2并行管道，5.2管道管路计算，17，并行节点a和b之间的阻力损

7、失从能量平衡的角度来看，第一季度、第二季度和第三季度都为a因此，如果将(5.10) s设置为并行管路的总阻力，将q设置为总流量，则使用、(5.11)、(5.12)、(5.2管路的计算，18获取并行管路的计算原理。平行节点的总流量是每个分支的流量总和。每个分支的电阻损失是相等的。总阻力平方根倒数等于每个管道阻力平方根倒数的总和。现在，进一步分析(5.11)样式，并将其创建为连接形式。此格式是平行管道流分布规律。这意味着，确定每个支管管路的管段几何图形大小、本地构件后，每个支管管路的阻力损失将根据相同的节点分布每个支管的流，阻力s较大的支管表示流较小，s较小的支管表示流较多。5.2管道计算，19，

8、示例5.2双层加热立管，管段1直径20mm，总长20m。线束段2的直径为20mm，总长为10m。查找管路的=0.025、主管道的流量Q=110-3m3/s、Q1和Q2。图5.6示例5.2图，5.2管道计算，20，图5.7所示，由简单管道组合组成的支管是3个进气端口、6个简单路径和串行排气支管。根据串行线的计算原则，风扇必须具有5.14 (5.14)的压力头，图5.7支管、5.2管道计算、5.2.3支管、21、节点4具有1-4管段和3-4管段两个平行支管。通常，作为最大阻力之一参与阻力叠加。不能添加另一个，如果满足流量要求，则仅使用平行管路的法则平衡第一个管道和阻力。项目中经常发生的管道管路的水

9、力学计算是在已知每个用户需要的流q和末端需要压力头HC的条件下查找管道直径d和压力头h。设定管路配置后，将确定管长度l和本端阻抗的型式和数量。这些问题首先根据流q和指定速度v查找管道直径d。规定的流速是根据技术、经济要求的流速。每个管道都有不同的法规流速，可以在设计手册中确认。确定管道直径d后，可以将支管管路作为阻力计算为基准(5.13)。然后根据总阻力和总流量选择泵或风扇。5.2管道计算，22，压力管道中阀门的突然开关，泵装置的突然停车等一些外部原因导致管道内流速突然变化，压力大幅上升和减少，这种交替变化的水力现象称为水击现象，水锤。发生水击时发生的升压值可以达到管道正常工作压力的数十倍，甚

10、至100倍。这种巨大的压力波动很具破坏性。管道系统经常发生剧烈振动，导致阀门爆裂、管道接头脱落、甚至管道爆裂等重大事故。管内水流突然改变是产生水击的外部条件，水流本身的惯性和可压缩性是产生水击的内部原因。5.3.1水锤现象，5.3压力管道中的水锤，23，水和管道壁都是弹性体，因此发生水击时，在强力水锤压力下水和管道壁会变形。即水的压缩和管道壁的膨胀。在水和管道壁弹性变形力和管道入口水位的恒定水压相互作用及流动惯性的作用下，管道中流动的水的周期性减速加压和增加减压振动。如果没有能量损失，这种振动现象将继续周期性传播，如图5.8所示。图5.8水击强度随时间变化，5.3压力管道的水击，24中因水击，

11、弹性波称为水击波。水锤传播速度c可以计算为：C0声纳传播速度，m/s；E0水的弹性系数，E0=2.07105n/cm2；E管壁弹性模量，见表5.1；D管道直径，m；管道壁厚，m .(样式5.15)，5.3压力管道中的水锤，25，普通钢管d/=100，E/E0=1/100，替换(5.15)中的C表5.1中常用管道壁材料的弹性系数E，5.3如图5.9(a)所示，压力管道长度为l上游池的恒定水位，管道路端具有控制阀。阀门关闭前管路的流速为v0，阀门突然关闭，发生水击现象，压力强度变化和传播情况可以分为四个阶段。第一阶段：由巴尔布突然关闭引起的减速增压波向上游传播，沿每个截面依次减速。在T=l/C时，

12、水锤波传递到管道入口，管道全部压缩，管道壁全部延伸，管道压力为P0p。如图5.9(b)所示。图5.9水锤现象，5.3压力管道中的水锤，27，图5.9水锤现象，5.3压力管道中的水锤，28，步骤2:管道中的压力P0 p大于池中的静压P0，因此在压差 p的作用下，管道入口中的液体以-v 0的速度回流到游泳池中，压力回到P0。减压波从管道进口传播到阀门，在t=2l/C时，减压波传递到阀门，此时管道的压力全部返回到正常压力P0，在池方向有流速v0。如图5.9(c)所示。第三步：在惯性作用下，管道中的水流仍然以-v 0的速度回流到游泳池，阀门关闭无水补充，这里的水流停止，速度从-v 0变为0，同时压力减

13、少，密度减少，管道壁收缩，管道内的流速从进口开始，每个横截面从-v 0变为0。在t=3l/C处，增量减压波将传递到管道入口，如图5.9(d)所示。此时管道的压力为P0- p，速度为0。5.3压力管道水锤29，步骤4:管道入口压力P0- p小于池中的静压P0，因此，在压差 p的作用下，流量会以速度v0流向阀门方向，管道的水密度和管道壁恢复正常。在t=4l/C时，增压波传递到阀门，此时整个管道返回初始状态，管道压力为P0。如图5.9(e)所示。由于水的惯性作用，阀门仍然关闭，水击波重复上述4个阶段，水击波传播得非常快，因此这些4个阶段在很短的时间内连续完成。在水击传播过程中，管道各部分的流速和压力

14、会随着时间的推移定期变化，因此水击过程是不变的。5.3压力管道水锤30，1。如果直接水锤阀关闭时间为TZ，tz 2l/c，在阀完全关闭之前，最古老的水锤波返回阀截面，加压和减压相互叠加抵消，这种水击称为间接水锤。间接水击压力小于直接水击压力。间接水击最大压力可以通过以下方法计算：(类型5.17)式v0水击发生前管道的横断面平均流速，m/s；T水锤相位长度，T=2 l /C，s；TZ阀门关闭时间，s；L管道长度，m .5.3压力管道水锤，32，防止水锤危险的具体措施多种多样，归纳为以下几个方面：1.为缓解水击压力上升，将缓冲空间设置在管道的适当位置。与此同时，通过缩短水击传播的传播长度，如果超级

15、逆波碰到压力调节井等缓冲装置，则通过阀门尽快降低血压，抵消由截止阀引起的增压水击波，即使是压力较小的间接接收也抵消了这一点。例如，可以在阀门上游设置气室、安全气囊、调压井等。2.在泵软管上安装缓慢关闭的逆阀，以增加关闭阀时间或使关闭阀时间为t ，可以防止直接水击现象。这些措施包括油阻尼止回阀等。5.3.2水击危险预防措施，5.3压力管道水击，33，3。在水击发生时间内，在给定位置释放高压水流，防止水管破裂；或者，如果压力突然下降，将水注入管内负压区域，以免打破订单，破坏连续性。这种具体措施包括水击消除器、减压阀、金属膜覆盖的防水孔等。目前，我国供水工程为了防止水泵水击停止，使用了很多开放式水击消除器。基本工作原理是，管路正常工作时，水压大于水锤消除器襟翼的自重和平衡基准压力，消除器的襟翼与密封紧密结合，消除器关闭。泵停止后，管道内压力