第六节 管路计算.ppt

1、第六节 管路计算,常用的三种计算方法：,1、简单管路,（1）流体通过各管段的质量流量不变，对于不可压缩流体，则体积流量也不变。,(2) 整个管路的总能量损失等于各段能量损失之和 。,不可压缩流体,一、阻力对管内流动的影响,阀门F开度减小时：,（1）阀关小，阀门局部阻力系数 hf,A-B 流速u 即流量；,（2）在1-A之间，由于流速u hf,1-A pA ；,（3）在B-2之间，由于流速u hf,B-2 pB 。,（1）当阀门关小时，其局部阻力增大，将使管路中流量下降； （2）下游阻力的增大使上游压力上升； （3）上游阻力的增大使下游压力下降。 （4）任何时刻，阻力损失表现为流体总势能（P）的

2、降低，因此利用这 一原理可以用U型计来测量各项阻力损失大小。 （5） 这种分析可以用于判断和推测管路阻塞情况及可能位置。 可见，管路中任一处的变化，必将带来总体的变化，因此必须将管路系统当作整体考虑。,结论：,特点： （1）主管中的流量为各支路流量之和；,不可压缩性流体,（2）流体在各支管流动终了时的总机械能与能量损失之和相等。,2、复杂管路,讨论如图所示的二分支管路,a. 现将A支管的阀逐渐关小，则： A阀关小 hf02 u2及P0 （0-2段） A阀关小 由于P0 u3（0-3段） 对于1-0段，由于P0 u0,b. 结论：关小一支支路阀门，可以使该支路流量减小，而使其他支路流量增加，但总

3、管流量仍下降。,c. 两种极端情况： 总管阻力可以忽略，支管阻力为主。 此时u0 很小，P0P1 近似为常数，则此时A阀的改变仅改变了本阀所在支路的流量，而基本上不影响其他支路。 应用常例：城市供水，煤气管域设计应尽量按此规则进行，其具体方法是增大主干域管径。 总管阻力为主，支管阻力可以略去。 此时， P0与下游端P2或PB较接近，则A阀的改变不改变总管流量，而只改变其本身所在管路及其他支路之间的流量分配。 实例：如一根小管上接两根直径很大的支管。,关小阀AP0 u1， u2，由于P2 P1故u2下降比u1下降更快，当阀门关至一定程度可以使P0= P2，若继续关小阀门直至全关，则u2将改变方向

4、反向流动。即由高位槽流入低位槽。,注意：(1) 管路设计或计算应作为整体进行考虑。 (2) 流体在管程各处的势能P，对应于一定的管路有确定的分布，在稳定流动时存在着能量的分配平衡。 (3) 局部管路或管段条件的变化将波及整个管网，使能量进行重新分配，管路中流速（流量）及压强的变化，正是这种能量分配的直接反映。,3. 汇合管路,二、 管路计算,a. 简单管路的计算 对于简单管路，可以采用三个方程描述，即：,连续性方程,伯努利方程,阻力（阻力系数）方程式,变量：9个，V、d、u、P1、P2、l、（Z1、Z2、P1、P2） 方程：3个 欲使方程有唯一解，必须要求方程中已知量为： 9-3=6个, 简单

5、管路的设计型计算 设计（命题）：已知V、l、 用液处P2等5个变量， 其中需由设计人员补充的一个条件作为已知：确定管中合适的流速u 其余三个变量：d、P1、即可求得。， 对于流速u的选择问题： 问题1：当V一定时，d与u1/2成反比，u越小则d越大，设备（管道）费增大（固定投资）但u越小，则阻力越小，运行费越低。 问题2：若u越大，则d越小，设备费降低，而能量损耗Eu2急剧上升。使运行费增高。 解决方法：优化选择，使综合成本处于最低的流速。 合理的流速范围（经济流速）：见教材，天大上册 P26表1-1,注意点： 由以上计算出的管径应按国家标准进行园整。 在设计中最小管径还受到结构（受力）的制约

6、应兼顾考虑，具体可查阅化工管理手册。,简单管路的操作型计算命题 给定 d、l、P1、P2、(或d、 l、 、P2 V ), 需确定 u、 (或P1 、u) 此时方程组只有唯一解，但需试差求解（当为湍流状态时， 与Re， /d之间关系为非线性函数）,b. 分支及汇合管路计算,问题： 在交点O处将产生动能交换及能量转移，且常常难以直接确定其大小和方向； 该管路既可是分支型亦可是汇合型，具体取决于管路的参数。 l、 d、 P等,解决方法： 将流体跨过交点O的能量当作流过管件（三通）的局部阻力损失，当流过交点的能量增加时，取号为负值，反之为正值。（要求流向已知） 当管路阻力较大时，交点处能量变化予以忽

7、略。,A. 分支管路（流向已知）,B. 分支或汇合管路（流向未知）,对于B （流向未知）, 亦可直接采用，但此时若u20表示方法同假定的相反。, 亦可将质量衡算式改为,结论 ： 分支（汇合）管路计算应遵循,即：质量守恒。,即：O点能量具有确定值hO。,各支管截面之间可列能量守恒方程：,故：对于分支管路,其余二方程不变，求解。,特点： 1）并联管路中各支管的能量损失相等。,2）主管中的流量等于各支管流量之和。,3）并联管路中各支管的流量关系为：,长而细的支管通过的流量小，短而粗的支管则流量大。,c. 并联管路计算,可压缩流体在管内的流动,a. 列如图的Bernoulli 微分方程：,设： 管路在

8、同一水平上 dz = 0 注：对于可压缩流体（通常为气体），其位能与动能、静压 能之比很小，因此，即使不在同一水平面上，其位能亦可忽略不计。, 衡算截面之间无外加功we = 0。 若有外加功，则因we 故动压头静压头及位头差均可不计。,又因：,故对一定的管路，Re、d、G一定，即为常数,于是：,即：,或：,亦即,定积分得：,特别地： 理想气体的等温流动。,则：,于是：,或：,当P1P2时,则：, 理想气体的非等温流动。（亦非绝热过程）,则有：,解：（1）k1关小，则V1 减小。 假设V不变,V变小，故假设不成立,假设V变大,V2、V3变小,V变小，故假设不成立,现将支路1上的阀门k1关小，则下

9、列流动参数将如何变化？ (1)总管流量V、支管1、2、3的流量V1、V2、V3； (2)压力表读数pA、pB。,现将支路1上的阀门k1关小，则下列流动参数将如何变化？ (1)总管流量V、支管1、2、3的流量V1、V2、V3； (2)压力表读数pA、pB。,解： 取截面00为槽中水面，11截面为泵入口处，22截面为排水管与喷头连接处得截面。 则有： u0=0，z0=0，P0=0（表压）； u1=u，z1=1.5m，P1=185mmHg（表压）= 2.47104 Pa； u2=u，z2=14m，P2=9.81104 Pa（表压）。 所以，在截面00与11之间有：,即：,解得：速度为：u=2.0 m

10、/s,在截面11与22之间列柏努利方程可得：,即：,解得外加功We为： We285.65 J/kg 所以输送设备对流体所作得有效功率：,从设备送出的废气中含有少量可溶物质，在放空之前令其通过一个洗涤塔，以回收这些物质进行综合利用，并避免环境污染。气体流量为3600 m3/h（操作条件下），其物理性质与50的空气基本相同，如图所示，气体进入鼓风机前的管路上安装有指示液为水的U形管压差计，其读数为30 mm。输气管与放空管内径均为250 mm，管长、管件与阀门的当量长度之和为50 m（不包括进、出塔及管出口阻力）放空口与鼓风机进口的垂直距离为20 m，已估计气体通过塔内填料层的压降为1961 Pa。管壁的