第四节管路计算.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第四节,管路计算,连续性方程式,u,1,A,1,=,u,2,A,2,柏努利方程式,能量损失计算式,解决流动输送的问题,实际生产中常遇到情况,:,（,1,）已知管径、管长、管件和阀门的设置及流体的流量，求流体通过系统的能量损失，,进一步确定输送设备所加的外功、,设备内的压强或相对位置等。,（,2,）已知管径、管长、管件和阀门的设置及允许的能量损失，,求流体流速或流量。,（,3,）已知管长、管件和阀门的当量长度，,流体的流量及允许的能量损失，,求管径。,后两种情况,u,或,d,未知，故,Re,不知，不能判断流型，,不能确定，计算时往往采用,试差法,。,分类,一、,简单管路,(,串联管路,),二、复杂管路,三、,分析,：阻力对管内流动的影响,分支管路,并联管路,汇合管路,一、,简单管路,(,串联管路,),特点,1,）各管段的,质量流量不变,，,不可压缩流体则,体积流量也不变,（稳定流动）。,m,s1,=m,s2,=m,s3,v,1,=v,2,=v,3,A,1,u,1,=A,2,u,2,=A,3,u,3,2,）,整个管路的阻力损失为各段损失之,和,。,h,f,=h,f1,+h,f2,+h,f3,注意,对于,长的管路,，,局部阻力损失,所占的比例,小,，相反，对于,短管路,，,局部阻力损失,所占的比例,大。,为了减少阻力损失，安排管路时要避免不必要,的弯路和管件，特别注意有没有,*,卡脖子,*,的地方,例,1,例,2,例,1,：,敷设一根钢筋混凝土管，,长,1600,m,，,利用重力从,污水处理厂将处理后的,污水排放到海面以下,30,m,深处。污水的密度、粘度基,本上与清水一样，海水的比重为,1.04,。若蓄水,池的水面超过海平面,5,m,，,所蓄污水就从池边溢,出使厂受淹。现拟采用的管内径为,2.0,m,，,问能,否保证排放的高峰流量,6,m,3,/s,。,若能保证，则此,时的水平面距蓄水池的边沿有几米？管道上装,闸阀,管入口阻力系数可取,0.3,管壁粗糙度取,2,mm,。,水温取,20,解：,求解本题时，若计算管内流速看其是否能使流量达到,6,m,3,/s,，,要用,试差法,。,第二步：列柏努利方程：,为避免试差，可计算蓄水池水面需在海平面以上,几米才能达,6,m,3,/s,的流量。若水面高度不到,5,m,，,池内水便不致溢出。,第一步：以海平面为基准水平面，,蓄水池水面为截面,1-1,，管出口,内侧,为截面,2,P,1,=0(,表压,),P,2,=30*1.04*1000*9.81=3.06*10,5,Pa,(,表压,),20,水：,=,1000,kg/m,3,，,=1cP,=0.001,N,s/m,2,查得：,=0.020,进口管,i,=,0.3,（,题给），闸,阀,j,=0.17(,全开,),z,1,=4.44,m,5,m,排放流量达高峰时，池内液面在海平面以上,4.44,m,，,尚不致从池边溢出，距池边尚有,5-4.44=0.56,m,。,例,2,用泵把,20,苯从地下储罐送到高位槽，流量,300,l/min,。,高位槽液面比储罐液面高,10,m,。,泵吸入管路用,894,mm,的无缝钢管，直管长为,15,m,，,管路上装有一个底阀,(,可粗略的按旋启式止回阀全开时计,),、一个标准弯头；泵排出管用,573.5,mm,的无缝钢管，直管长度为,50,m,，,管路上装有一个全开的闸阀、一个全开的截止阀和三个标准弯头。储罐及高位槽液面上方均为大气压。设储罐液面维持恒定。试求泵的轴功率。泵的效率,70%,。,取管壁绝对粗糙度,e,=0.3mm,。,分析：,求,N,柏努利方程,Z,、,u,、,p,已知,求,W,f,管径不同,吸入管路,排出管路,范宁公式,l,、,d,已知,求,求,Re,、,e/d,摩擦因数图,当量长度,阻力系数,查图,已知,:,20,苯,=,880,kg/m,3,=,6.510,-4,Pas,V,s,=300l/min=300,10,-3,m,3,/60,s,Z=10,m,吸入管路,:,894,mm,d,a,=89-42=81mm=0.081m,l,a,=15m,1,个,底阀,:,l,e,=,6.3m,1,个,标准弯头,:,l,e,=,2.7m,排出管路,:,57,3.5,mm,d,b,=57-3.5,2=50,mm,=0.05,m,l,b,=50m,1,个,闸阀,(,全开,):,l,e,=,0.33m,1,个,全开的截止阀,:,l,e,=,17m,3,个,标准弯头,:,l,e,=1.6,3=,4.8m,=70%,求,:,N,N=,N,e,/,N,e,N,e,=,W,e,m,s,V,s,解,:,第一步,:,取储罐液面为,上游,截面,1-1,，高位槽液面为,下游,截面,2-2,，并以截面,1-1,为基准水平面。,第二步,:,在,1-1,与,2-2,间列柏努利方程式,:,第三步,:,考察,（,1,）吸入管路上的能量损失,W,f,a,考察,:,?,管件、阀门的当量长度,：,底阀,(,按旋转式止回阀全开时计,)6.3m,标准弯头,2.7,m,进口阻力系数,（,i,）,0.5,查,:,20,苯的密度,=,880kg/m,3,，,粘度,=,6.510,-4,Pas,取管壁绝对粗糙度,e,=0.3mm,e/d,=0.3/81=0.0037,a,=0.029,摩擦因素图,（,2,）排出管路上的能量损失,W,f,b,考察,:,管件、阀门的当量长度,：,全开的闸阀,0.33,m,全开的截止阀,17,m,三个标准弯头,1.63=4.8,m,出口阻力系数（,o,）,1.0,取管壁绝对粗糙度,e,=0.3mm,e/d,=0.3/50=0.006,（,3,）管路系统的总能量损失,b,=0.0313,苯的质量流量,：,泵的有效功率,：,泵的轴功率,：,摩擦因素图,第四步,:,求解,第五步,:,求解其他问题,二、复杂管路,1,分支、汇合管路,特点,2,）对任一支管而言，分支前及汇合后的总压头皆相等。,1,）,总管流量,等于,各支管流量,之,和,如图,a,H,O,=,h,B,+(,h,f,),OB,=,h,C,+(,h,f,),OC,m,sA,=,m,sB,=,m,sC,V,O,=V,B,+V,C,，,2.,并联管路的特点,2,）并联管路中各支管的能量损失相等,:,1,）主管质量流量等于各支管质量流量之和,:,*,3,）并联管路中各支管的流量关系,:,（,h,f,）,AIB,=(,h,f,),AIIB,例,1,H,O,=,h,B,+(,hf),OB,=,h,C,+(,hf),OC,三、分析讨论,-,阻力对管内流动的影响,1.,简单管路,内阻力对管内流动的影响,阀门两侧分别接压强计,A,和,B,，,高位槽液面维持不变，将阀门,由全开转为半开，则：,1,),阀门的阻力系数增大，,W,f,A,-B,增大，,因高位槽液而维持不变，故流道内流体的流速应,减小,。,分析,:,u,（,2,）管路流速变小导致截面,1,至,A,处的阻力损失,h,f,1-A,下降，,因为截面,1,处的机械能不变，,A,点静压强,上升,。,A,点静压,p,A,?,（,3,）,A,至,B,阻力增大，阻力损失增大，,B,点的静压强,下降,。,B,点静压,p,B,?,结论,：,局部阻力增大使,管内各处流速下降,阻力增大导致,上游的静压强上升,阻力增大使,下游的静压强下降,。,2.,分支管路,中阻力对管内流动的影响,阀门,A,和,B,全开，现将,A,关小：,阀门,A,阻力增大，支管中,u,2,下降，,O,点静压强,上升,；,O,处静压强上升使总流速,u,0,下降；,O,处静压强上升使另一支管流速,u,3,上升。,忽略动压头,极端情况,1.,总管阻力可以忽略，支管阻力为主,任一支管情况的改变不致影响其他支管的流量。,如城市供水、煤气管线,2.,总管阻力为主，支管阻力可以忽略,总管流量不因支管情况而变，支管的启闭仅改变各支管间的流量的分配,结论：,分支管路某支管的阀门关小，,阀门所在支管的流量减少，,另一支管的流量增大，而总流量呈现下降趋势。,思考题,如图所示，若在,B,后再接上一段管，,则,Q,1,、,Q,2,的变化是（）。,Q,1,升高、,Q,2,升高 ,Q,1,升高、,Q,2,降低,Q,1,降低、,Q,2,升高 ,Q,1,降低、,Q,2,降低,3,、汇合管路,讨论,:(,阀门由全开转为半开,),阀门关小,总管流量下降,O,点静压强升高,u,1,、,u,2,降低,u,2,改向,O,u,1,u,2,极端,由于截面,1,的位头大于截面,2,的位头，,在阀门继续关小时，可能出现：,由于,O,点静压强上升至某一程度，可使得,u,2,=0,，,若阀门继续关小，则流体将反向流入低位槽中。,作业,*,1:,密度,950kg/m,3,、粘度,1.24mPas,料液从高位槽送入塔中，高位槽内的液面维持恒定，并高于塔的进料口,4.5m,，塔内表压强,3.510,3,Pa,。送液管道直径,452.5mm,，长,35m(,包括管件及阀门的当量长度,但不包括进、出口损失,),，管壁绝对粗糙度,0.2mm,，试求输液量,(m,3,/h)?,答,V,s,=7.49m,3,/h,2:,用泵把,20,水从贮槽送至水洗塔顶部，槽内水位维持恒定，各部分相对位置如图所示。管路直径,762.5mm,，操作条件下，泵入口处真空度的读数,24.6610,3,Pa,，水流经吸入管与排出管的能量损失可分别按,h,f1,=2u,2,与,h,f2,=10u,2,J/kg,计算，,排水管与喷头连接处的压强为,98.0710,3,Pa,（表压）,试求水泵的有效功率。,答,N,e,=2.26kW,