流体力学 第五章 压力管路的水力计算资料

流体力学第五章压力管路的水力计算

第五章压力管路的水力计算

主要内容

长管水力计算

短管水力计算

串并联管路和分支管路

孔口和管嘴出流

基本概念：

1、压力管路：在一定压差下，液流充满全管的流动管路。（管路中的压强可以大于大气压，也可以小于大气压）

注：输送气体的管路都是压力管路。

2、分类：

按管路的结构特点，分为

简单管路：等径无分支

复杂管路：串联、并联、分支

按能量比例大小，分为

长管：和沿程水头损失相比，流速水头和局部水头损失可以忽略的流动管路。短管：流速水头和局部水头损失不能忽略的流动管路。

第一节管路的特性曲线

一、定义：水头损失与流量的关系曲线称为管路的特性曲线。

二、特性曲线

l

l

L

g

V

d

L

g

V

d

l

l

g

V

d

l

d

l

g

V

d

l

g

V

h

h

h

f

j

w

+

=

=

+

=

⎪⎪

⎭

⎫

⎝

⎛

+

=

+

=

+

=

当

当

当

其中，

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

λ

λ

λ

λ

λ

ζ

（1）

把2

4

d

Q

A

Q

V

π

=

=

代入上式得：

2

2

5

2

2

2

28

4

2

1

2

Q

Q

d

g

L

d

Q

g

d

L

g

V

d

L

h

w

α

π

λ

π

λ

λ=

=

⎪

⎭

⎫

⎝

⎛

=

=

（2）

把上式绘成曲线得图。

第二节长管的水力计算

一、简单长管

1、定义：由许多管径相同的管子组成的长输管路，且沿程损失较大、局部损失

较小，计算时可忽略局部损失和流速水头。

2、计算公式：简单长管一般计算涉及公式

2

2

1

1

A

V

A

V=（3）

f

h

p

z

p

z+

+

+

γ

γ

2

2

1

1

＝

（4）

g

V

D

L

h

f2

2

λ

=

（5）

说明：有时为了计算方便，h f的计算采用如下形式：

m m m f d L Q h --=52νβ

（6）

其中，β、m 值如下

因为

g V D L h f 22λ= 且

所以（7）

a. 层流时，

Re 64

=

λ 代入（7）式得：

15112415

.415.4--==d L

Q d L Q h f νν

即：β＝ 4.15，m ＝1

b. 水力光滑区，

25.0Re 3164

.0=

λ代入（7）式得：

25.0525.025.0175

.425.075.10246.00246.0--==d L

Q d L Q h f νν

即：β＝ 0.0246，m ＝1

c. 由大庆设计院推得经验公式，在混合区：

877.4123.0877.10802.0d L

Q A

h f ν=

即：β＝ 0.0802A ，m ＝0.123

其中，

()0627.0lg 127.0,10r A ∆

=

=-εε

d. 粗糙区

5

22

5220826.082d L Q Q d g L g V d L h f λπλλ===

即：β＝ 0.0826λ，m ＝0

3、简单长管的三类计算问题 （1）第一类：

已知：输送流体的性质 μ，γ

管道尺寸 d ，L ，Δ 地形 Δz 流量 Q ， ， 求：h f ，Δp ，i

解：Q →V

确定流态 → β， m ，λ → h f → 伯努利方程求Δp

（2） 第二类：

已知：μ，γ，d ，L ，Δ，Δz ，Δp 求：Q

解：Q 未知→流态也未知→ β， m ，λ 无法确定 → 试算法或绘图法

A. 试算法

a 、先假设一流态，取β， m 值，算出Q ’

m

m m

f f L d h Q p

z h --='∆+∆=25βνγ

b 、Q ’ →

→ β’， m ’ ，校核流态 如由 Q ’ →Re ’ 和假设一致， Q ’ 即为所求Q