第九章 管道内的流动.ppt

1、第1、9章管道内的流，第9章管道内的流，9-1起始段和完全发电流，层流，第2、9章管道内的流，起始段长度的经验公式，ReD，crit=2300赋值表达式，最长层流入口段长度为LE。压力渐层的变化规律：起始段的压力渐层高于充分发展流动区域的压力渐层。完全开发地区的压力梯度为常数，第3章、第9章管道内的流动、湍流、第4章、第9章管道内的流动、湍流边界层：即转折点处的雷诺数，转折点在圆管入口长度上约为500000/V。即平板临界雷诺数。可以粗略估计，速度分布在20D40D的长度上达到了完全发展。与整个管路的长度相比，起始管段长度相对较短，对管道流特性的影响通常可以忽略，产业分析经常将整个管道流视为整

2、个发电流。第5、9章管道内流动，计算9-2管的液压损失，流失率：限制流体流动的固体边壁沿一定距离(如均匀流)不变或有小变化(缓变流)时，过流截面的速度分布沿路径缓慢变化，流体内部和流体与固体边壁之间发生恒定流，能量方程一个是高度变化引起的水压变化，一个是粘性耗散引起的压力降落，定义为广义的压力。表达式(9-1)可以写为，(9-2)，7，9，其中摩擦压降pl=p*仅是体积流Q、流体粘度和管道几何参数函数。(9-3)，8，9章引用管道内的流动，维斯巴赫公式引用常识赋值表达式(9-2)，日程水力损失为(9-4)，(9-5)，(9-5)，(9-7)，第10章，第9章管道内的流动，通常发生的直管的水力计

3、算，已知(1)已知流量求一定损失。据悉，沿路径寻找流量。(3)沿给定流量和路径损失选择管道直径。已知流查找路径损失，如果已知通过给定管道的流q，验证路径损失计算是否是直截了当的，(1)计算雷诺数red=VD/；(2)根据雷诺数(2)是否小于或大于2300计算流是层流还是湍流，根据引文(9-6)或(9-7)计算不同的时摩擦系数。(3)参考(9-4)或(9-5)计算摩擦压力降和定向损失。第11、9章管道内的流，已知沿一定损失求出体积流，已知可用于克服摩擦损失的能量头，计算流的方法取决于流是层流还是湍流。对于层流，整理表达式(9-6)赋值表达式(9-5)，对于湍流，首先计算表达式(9-6)，然后利用

4、常识用科尔布鲁克公式(9-7)计算雷诺数红，(2)REE，(4)体积流计算Q=DReD /4。，(3)流为湍流时，分别引用(9-9)和(9-10)计算和red。第13、9章管道内的流、指定流和路径损失的管道直径选择、指定流和允许的压降或路径损失的工程师时，必须选择适当直径和壁厚的管道以携带所需流体。工业管道的直径和厚度一般取决于标准制造，单位长度管道的制造价格与管道直径和壁厚成正比，工程师必须选择能够在给定压力下降低运输所需流量的最小管道直径和最薄管道壁厚，从而节约成本。选择管道直径的计算通常需要迭代计算。第14章、第9章管道中的流、9-3非圆形管道、水力损失计算、工程中用于输送流体的管道均无

5、需具有圆形剖面，也可以是矩形或圆形剖面等。上一节中提供的圆形管道路径损失计算公式也可以用于简单地修改后的非圆形截面管道路径损失计算。将动量定理应用于图中的非圆截面管道内的流，得到第15，9章管道内的流。表达式中，A表示管道截面面积，P表示过流截面的固体边界和流体接触部分的周长，即粘性应力作用的周长是P的平均粘弹性应力，V是截面平均速度。考虑到表达式(9-1)，常识除以gA，与管内对应的表达式(9-3)相比，上述A/P等于管直径的1/4和D/4。通常用于定义非圆管中的水力直径。p称为湿周，必须包含粘性应力作用的所有周长。第16、9章管道中的流动、使用水力直径、非圆形管道水力损失可以用类似于表达式

6、(9-3)的形式表示，使用湿周平均应力表示非圆形管道摩擦系数，表达式中V=Q/A为剖面平均速度，常交替式(9-;3；以表达式(9-12)表示的摩擦系数只是以水力直径为特征的雷诺数函数，表达式中的reh=DHV/；常数c的特定值与截面形状相关。(9-13)，18，9章管道内流动，如果相关数据不足，C可以取管值64，计算误差约为40%。没有具体的实验数据，非管通道内层流动湍流转换的临界雷诺数仍可以使用穆迪图或科布鲁克公式计算达西摩擦系数，例如(9-13)。雷诺数和相对粗糙度必须通过水力直径计算。湍流比层流计算精度高得多。一般达15%。第19章、第9章管道中的流、三角形和矩形通道流、第20章、第9章

7、管道中的流、水力半径、注意：水力直径是水力半径的4倍，Dh=4Rh。第21、9章管道内流动、9-4局部水力损失计算、固体变墙急剧变化的部位(如剖面扩大或缩小、管道旋转、阀门(图等)，导致流体团徐璐碰撞、旋涡发生局部损失的机制因局部故障形态而异，一般比较复杂，有几个，22，9章管道内流动，边界的急剧变化加强了流体流动的湍流程度，因此局部损失通常可以用与平均流速的平方成比例的形式表示。hm是单位重量流体的局部损失。k是局部损失系数，是无量纲量。k值的大小主要由本地组件的几何形状和尺寸决定，受流的影响，因此是管道雷诺数的函数。，通常发生的管道流的雷诺数都很高。实验测量发现流体通过本地构件的压降或水头

8、损失基本与流体动能水头成正比。因此，局部损失系数仅由局部零部件的几何形状和尺寸确定，它只是雷诺数无关或雷诺数弱函数。第23，9章管道内流动，局部损失系数通常需要实验测量。管路系统计算中，经常根据损失相同的原则将局部损失换算为等效长度的一定损失，因此，牙齿书使用局部损失系数计算水力损失。24，9章管道内流动，9.4.1局部损失系数，管道剖面突然放大，假设控制体显示为虚线，剖面和速度均为均匀分布，控制体左侧的压力为常数。也就是说，第25，9章管道内的流动，对所采取的控制体分别列出连续方程。常识也可以用作根据A1截面速度的局部损失系数。基于A3截面速度的局部损失系数为27，9章管道内流动。液体通过小

9、直径管道大面积水池，A2A1，管道出口损失是管道内的水流入水池后粘度导致速度磁头在池塘中完全消散。28，9章管道内流动，管道截面突然收缩，截面突然收缩时的局部损失可以计算为29，9章管道内流动。管道截面突然减少的部分损失通常小于截面突然扩大的损失。流体从大水池区域流向小直径管道的流动是管道截面突然减少的极限。此时，A1A2，A2/A10是实验测量的局部损失系数K=0.5，与常识计算结果一致。30、9章管道中的流、具有9.4.2局部损失的简单管道计算、相同管道直径D、相同流的管道流称为简单管道。与简单管路相比，存在复杂的管路，例如连接管路、平行管路、管网等。简单管路的总水力损失HF必须包括每个直

10、管的距离损失、管道的进口和出口损失、各种连接器的局部损失，即管道进口和出口之间的能量方程包括31、9章管道内的流、9-5泵和涡轮的简单管道计算。管道包含泵、风扇或涡轮等流体机械时，Hf为总水力损失，包括航路损失和局部损失。为了使粘性流体通过管道系统，必须向系统提供磁头，以克服由泵、风扇或复位势能等引起的粘性损失而引起的水力损失。32、9章管道内的流量、泵或风扇的升程必须与管道系统所需的能量头相匹配。流和能量头匹配的要求也适用于涡轮等系统吸收能量的流体机械。泵，一般来说，泵的升力随着流速的增加而减小，h-Q曲线是用实线表示的抛物线。管道系统的特性曲线与泵的特性曲线相反，能量头随着流速的增加而增加

11、，如图点线所示。两条曲线的交点是泵和管路系统的重合点，称为工作点。第33，9章管道内流动，涡轮，涡轮利用水坝上游下游的水位差产生机械动力。由于对电网频率的要求，涡轮速度必须保持不变。上游水位随季节变化，但提供给涡轮的水头基本不变。通过涡轮的水管和通过涡轮流向下游水道的排水管的水力损失可以减少涡轮中可用的水头，因此通常使用大直径管道来减少一定的水力损失。泵的有效功率，轴功率，其中H也称为泵输入水头，泵升程。第34、9章管道内部流动、9-6复杂管道计算、徐璐不同直径和粗糙度的多个管段末端连接的管道称为连接管道。、串行和并行管道、通过串行管道的每个支管的流量相等，串行管道的水力损失等于每个支管的水力损失总和。如图所示，第35，9章管道内的流动一般连接各个分管的摩擦系数各不相同。因为每个雷诺数和相对粗糙度都不同。串行管路有两种茄子类型的计算问题。(1)已知通过串行管路获得流动Q、水力损失HF。这类似于简单管路第一种类型的计算，分别取得分管的水力损失，再加上取得串行管路的总水力损失。(2)知道总水力损失，求出流量Q，此时各分管的摩擦系数未知，应采用繁杂的试算表和迭代过程。与、36、9章管道内的流量、并行管路不同，并行管路的水力损失等于每个分管的水力损失，并行管路的总流量等于每个分管流量的总和。也就是说，第37、9