第17讲流体的管内流动及水力计算：管路的串联及并联
17流体力学
流体力学教学大纲课程编号：140135课程名称：流体力学英文名称：Fluid Mechanics学分：2.5学时：42适用年级专业（学科类）：土木工程一、课程概述（一）课程性质流体力学是一门土木工程专业的主要技术基础课。
通过本课程的学习，使学生掌握水流宏观运动的基本规律、基本理论与分析方法，理解不同水流的特点，学会常见土木工程中的水力计算方法，并具备初步的试验量测技能，为学习后续课程和从事专业技术工作打下基础。
（二）教学目标与要求1、具有较为完整的理论基础,包括：掌握流体力学的基本概念；熟练掌握分析流体运动的总流分析方法,熟悉量纲分析与实验相结合的方法,了解求解简单平面势流的方法；掌握流体运动能量转化和水头损失规律,对绕流流阻力有一定了解；具有对一般流动问题的分析和计算能力,包括：水力荷载的计算；管道、渠道和堪过流能力的计算,井的渗流计算；.水头损失的分析和计算。
2、掌握测量水位、压强、流速、流量的常规方法。
具有观察水流现象,分析实验数据和编写报告的能力。
（三）重点和难点该课程中牛顿内摩擦定律，流体静压强及作用在平面和曲面上的总压力的计算，描述流体运动的的欧拉法，连续性方程、伯努利方程和动量方程的建立及其工程应用，流体力学的相似准则、无量纲数和量纲齐次性原理，两种水头损失计算、沿程阻力系数和紊流的特征，短管和长管的水力计算，明渠均匀流的水力计算、明渠非均匀流水面曲线的定性分析及定量计算，小桥（涵）孔径的水力计算，达西渗流定律、集水廊道和单井产水量计算等是本课程的重点和难点。
（四）与其他课程的关系前修课程：高等数学，普通物理，理论力学和材料力学（基础部分）。
流体力学课程在专业教学中将为水文学、土力学、工程地质、土木工程施工、建筑设备等多门专业基础课程和专业课程阐释所涉及的流体力学原理,帮助学生进一步认识土木工程与大气和水环境的关系。
（五）教材及教学参考书1、刘鹤年，流体力学（第二版），中国建筑工业出版社，2004年7月。
流体的流动管道和管路系统
流体的流动管道和管路系统流体的流动管道和管路系统是现代工业中广泛应用的重要设备，它们承载着各种液体和气体的运输和输送任务。
本文将探讨流体的流动特性、管道和管路系统的组成以及在实际工程中的应用。
一、流体的流动特性流体的流动特性是指流体在管道中运动时所表现出的属性。
主要包括流速、流量、压力和阻力等。
1. 流速：流速是单位时间内流体通过管道某一截面的体积或质量。
它可以影响到流体的输送效率和运动状态。
2. 流量：流量是单位时间内通过管道某一截面的流体体积或质量。
它是衡量管道输送能力的重要指标。
3. 压力：压力是流体对于管道内壁面的作用力。
它与流速和管道截面积相关，可以通过流体的密度和流速计算得出。
4. 阻力：阻力是流体在管道中运动时受到的阻碍力。
它与管道的摩擦和流体的黏性有关。
二、管道和管路系统的组成管道和管路系统由管道、管件、阀门、泵站等组成，各个组成部分协同工作，实现流体的输送和控制。
1. 管道：管道是流体运输的通道，一般由金属、塑料或玻璃等材料制成。
常见的管道类型包括钢管、铜管和塑料管等。
2. 管件：管件用于连接、分流或改变管道的方向。
常见的管件有弯头、三通、四通、法兰等。
3. 阀门：阀门用于控制流体的流动和压力。
常见的阀门类型有截止阀、调节阀、安全阀等。
4. 泵站：泵站用于提供流体的动力。
它通过泵将流体从低压区域输送到高压区域，保证流体在管道内的正常流动。
三、管道和管路系统的应用管道和管路系统广泛应用于石油、化工、冶金、建筑等领域。
下面以石油工业为例，介绍管道和管路系统在实际工程中的应用。
1. 输油管道：输油管道用于将石油从油田输送到加工厂或储存设施。
它要求管道具有良好的密封性和耐压能力，以确保石油的正常输送。
2. 输气管道：输气管道用于将天然气从生产地输送到城市或工业区。
它要求管道具有一定的抗腐蚀性和耐高压能力，以确保天然气的安全运输。
3. 炼油装置：炼油装置中的管道和管路系统用于将石油在各个加工工段之间输送。
管路串并联实验报告流体力学
管路串并联实验报告流体力学实验目的：1.通过实验，了解和掌握管路串并联的基本原理和流体力学的相关概念；2.通过实验，掌握串并联管路的流量计算方法；3.通过实验，验证管路串并联对流量和压力的影响。
实验原理：1.管路串联实验原理：当两个管路串联时，流入和流出的质量流量相等，即m1=m2；由连续性方程可得，A1v1=A2v2，其中A为横截面积，v为流速；令Q1=A1v1为第一个管路的流量，Q2=A2v2为第二个管路的流量，则Q1=Q22.管路并联实验原理：当两个管路并联时，流入和流出的压力相等，即p1=p2；由伯努利定律可得，p1 + 0.5ρv1^2 + ρgh1 = p2 + 0.5ρv2^2 +ρgh2，其中ρ为流体密度，g为重力加速度，h为管道高度差；令Δp1=p1-p2为流体流过第一个管路时的压力损失，Δp2=p2-p3为流体流过第二个管路时的压力损失，则Δp1=Δp2实验设备：1.串联管路实验装置：包括输液瓶、流量计、球阀、直径不同的管道；2.并联管路实验装置：包括输液瓶、压力计、球阀、直径不同的管道。
实验步骤：1.串联管路实验：a)打开球阀，使开度最大，待流量计稳定后记录流量Q1和压力p1；b)关闭球阀，改变流量计跨度，使流量变为Q2，打开球阀，待流量计稳定后记录流量Q2和压力p2；c)比较Q1和Q2的大小，并记录相应的压力差。
2.并联管路实验：a)打开球阀，调整压力计，使压力差为Δp1，待压力计稳定后记录流量Q1；b)改变压力计跨度，使压力差变为Δp2，待压力计稳定后记录流量Q2；c)比较Q1和Q2的大小。
数据处理：1.串联管路实验：a)计算不同流量下的压力差Δp=p1-p2；b)绘制流量-压力差曲线，并进行线性拟合，得到斜率k1；c)使用Q1=Q2，计算出k2=Δp1/Δp2；d)比较k1和k2的大小，验证串联管路对流量和压力的影响。
2.并联管路实验：a)计算不同压力差下的流量比值Q2/Q1；b)使用Δp1=Δp2，计算出Q2/Q1的理论值；c)比较计算结果与实测值的误差，验证并联管路对流量和压力的影响。
流体力学孔、管、串、并联总结课件
流 速 和 流 量 表 达 式（ 容 器 的 流 速 水 头 忽 略 不 计）。p源自1H p A2
B
( d ) 增 速 增 压。
6（TX7—19）、A、B 两 容 器 有 薄 壁 孔 口 相 通， 水 面 恒 定，
两 容 器 水 面 高 差 为H，A 容 器 密 封， 水 面 压 强 为 p1；B 容 器 开 敞， 表 面 压 强 为 p2 , 且 p1> p2 ， 试 导 出 孔 口 淹 没 出 流
（2） Q1= 1.5 Q2 ；
（3）Q1= 1.73 Q2 ； （4） Q1= 3 Q2
Q1
Q2
4（TX7—119）、当 水 力 坡 度_______时， 流 量 模 数
k 等 于 流 量。
（a）
J 0
(b) J 1
1 6
(c)
8g
C
2
(d)
5（TX7 121 ）、流 量 模 数 k 的 量 纲 是_____。
1、（刘鹤年 7—3）、图示两根完全相同的长管，只是安装高度不
同，两 管的流量关系是：
（1）；Q1 > Q2
； （ 2） Q1 <
Q2 ；
（3）Q1= Q2 ； （4）不定 。
H
2、（刘鹤年 7—4）、并联管道1、2，两管的直径相等，沿程阻力系
数相等，长度 L2=3L1 ，则通过的流量为：
（1）Q1=Q2 ；
a c
L T
2 2
b d
L T
3 1
L T
3 2
L T
2 1
7(TX7191)、简 单 管 道 末 端 阀 门 突 然 关 闭 发 生 水 击 传 播 过 程 中， 第 四 阶 段 的 运 动 特 征 为（ (a)减速增压 ）。
管中流动优秀课件
5.2.4 动能和动量修正系数
圆管层流中旳动能与动量修正系数分别为2和4/3.(P143)
1. 压强损失
由哈根-伯肃叶公式可得用流量计算旳压强损失为：
哈根-伯肃叶公式
用平均速度计算旳压强损失为：
在等径管路中，因为流体与管壁以及流体本身旳内部摩擦，使流体能量沿流动方向逐渐降低，这种引起能量损失旳原因叫做沿程阻力。沿程能量损失能够用压强损失、水头损失、功率损失三种形式表达。
假如管长远远不小于起始段，起始段旳影响能够忽视。假如管长不不小于起始段，则沿程损失计算公式：式中A旳试验值可由表5-2查出。
液压传动中，大部分是短管，可用简化公式计算
1、什么叫层流?2、怎样判断流动状态?3、什么叫水力直径?4、简述层流和湍流流动损失和速度关系？练习: 2，6
作 业
答：不能。因为临界流速跟流体旳粘度、流体旳密度和管径（当为圆管流时）或水力半径（当为明渠流时）有关。而临界雷诺数则是个百分比常数，对于圆管流为2320。
问题： 能不能直接用临界流速作为鉴别管路中旳流态（层流和湍流）旳原则？
其中: A——过流断面面积, S ——湿周
水利半径
雷诺数 旳特征尺寸l在圆管中取直径d，在异形管中用什么呢？
流体流动旳状态
Reynolds试验
层流 成直线
过渡流 开始抖动
湍流 杂乱无章
层 流
层流旳特点（1）有序性。水流呈层状流动，各层旳质点互不混掺，质点作有序旳直线运动。 （2）粘性起主要作用，遵照牛顿内摩擦定律。（3）能量损失与流速旳一次方成正比。 （4）在流速较小且雷诺数Re较小时发生。
取半径r处宽度为dr旳微小环形面积
利用哈根-伯肃叶（Hagen-Poiseuille）定律能够测定粘度，它是测定粘度旳根据。因为,根据公式能够导出：
流体的管内流动与水力计算：管路的串联与并联共51页PPT
11、战争满足了，或曾经满足过人的 好斗的 本能， 但它同 时还满 足了人 对掠夺 ，破坏 以及残 酷的纪 律和专 制力的 欲望。 ——查·埃利奥 特 12、不应把纪律仅仅看成教育的手段 。纪律 是教育 过程的 结果， 首先是 学生集 体表现 在一切 生活领 域—— 生产、 日常生 活、学 校、文 化等领 域中努 力的结 果。— —马卡 连柯(名 言网)
23、一切节省，归根到底都归结为时间的节省。——马克思 24、意志命运往往背道而驰，决心到最后会全部推倒。——莎士比亚
25、学习是劳动，是充满思想的劳动。——乌申斯基
谢谢！
13、遵守纪律的风气的培养，只有领 导者本 身在这 方面以 身作则 才能收 到成效 。—— 马卡连 柯 14、劳动者的组织性、纪律性、坚毅 精神以 及同全 世界劳 动者的 团结一 致，是 取得最 后胜利 的保证 。—— 列宁 摘自名言网
15、机会是不守纪律的。——雨果
Hale Waihona Puke 21、要知道对好事的称颂过于夸大，也会招来人们的反感轻蔑和嫉妒。——培根 22、业精于勤，荒于嬉；行成于思，毁于随。——韩愈
流体流动管路计算-推荐优秀PPT
空气的平均压力=（186+120）/2=154mmH2O
1 例 在风机出口后的输气管壁上开一测压孔，用U型管测得该处静压力为186mmH2O，测压孔以后的管路包括80m直管及4个90º弯头。
特点： 1u1A 12u2A2qm 管路计算由于某些变量间较复杂的非线性关系，常需要通过试差或迭代方法求解。
018，吸入和压出管路总长为110m（包括管件及入口的当量长度，但不包括出口的当量长度）输送管尺寸为108×4mm，水的密度为 1000kg/m3。 管路计算由于某些变量间较复杂的非线性关系，常需要通过试差或迭代方法求解。
2
1、简单管路：由等径或异径管段串联而成的无分支管路系统。
简单管路流体的能量损失具有加和性。
2、简单管路计算
❖已知管径d、管长l、流量qV，求管路系统的能量损
失和输送功率。
❖已知管径d、管长l、管路系统的能量损失Σhf，求
流量qV或流速u。
❖已知管长l、流量qV、管路系统的能量损失Σhf，求
管径d。
式中，z1=0, z2=10m, p1=p2, u1 0, u2 0
h
管长为 ，管子相对粗糙度
，
1atm（10330mmH2O）及0℃时空气的密度为1.
W f,12W f1W f2W f3 选取贮槽液面作为截面1，高位槽液面为截面2，并以截面1作为基准面，如图所示，在两截面间列柏努利方程，则有
μ=0. 式中：z1=z2（输气管道中，一般情况下Δz可忽略）
0-2 z 0 p g 0 2 u 0 g 2 z 2 p g 2 2 u 2 g 2 h f2 H 2
比较上两式，得
z 1 p g 1 2 u 1 g 2h f1 z 2 p g 2 2 u 2 g 2h f2
管路的水力计算课件
• 管路水力计算概述 • 管路水力计算基本原理 • 管路水力计算方法 • 管路水力计算实例 • 管路水力计算的优化与改进 • 管路水力计算软件介绍
01
管路水力计算概述
定义与目的
定义
管路水力计算是指通过数学模型 和计算方法，对管路中的水流特 性进行模拟和分析的过程。
目的
确定管路中的水头损失、流量分 配、压力变化等参数，为管路设 计、改造和优化提供依据，确保 管路系统的正常运行和可靠性。
THANKS
感谢观看
非恒定流计算
非恒定流计算是指管路中流体的流速和 压力等参数随时间变化的流动状态的水
力计算。
非恒定流计算需要考虑流体在管路中的 非恒定流计算通常用于分析管路中流体 波动、振动和不稳定流动等复杂现象。 的动态特性和不稳定流动问题，以及进
行管路安全性和稳定性评估。
04
管路水力计算实例
简单管路计算
总结词
掌握管路水力计算相关命令
学习如何使用与管路水力计算相关的命令， 如绘制管道、设置管道参数等。
实践操作
通过实际项目操作，提高软件应用技能。
软件优缺点分析
优点
这些软件功能强大，适用于各种管路 水力计算需求；提供丰富的工具和命 令，方便用户操作；支持协同设计和 数据共享等功能。
缺点
需要一定的学习成本，掌握相关命令 和操作需要时间和经验；软件价格较 高，可能增加成本；部分高级功能可 能较为复杂，需要深入学习和实践。
管道阻力损失
管道阻力损失是指流体在管路中流动时，由于流体与管壁之间的摩擦而产生的能量 损失。
管道阻力损失的大小与流体的流速、粘度、管径和管壁粗糙度等因素有关。
在管路水力计算中，管道阻力损失的计算是确定管路中流体流动状态和能量损失的 关键步骤。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
又因冷却塔内的压力接近当地大气压力，所以 pg2=0，则 2
v2 H z2 hw12 2g
由图可知，断面1-2之间的管道系统是由 压出水管、凝汽器和排出水管组成的复杂管道 系统。其中在凝汽器内部由上、下两部分铜管 分别并联后通过水室串联自成一个复杂管路系 统。因此，整个系统的水力特点是通过压出水 管、凝汽器和排出水管的流量均相等，三者总 能头损失之和等于系统的总能头损失。其中， 凝汽器内的总能头损失等于两个突然扩大，两 个突然缩小、水室内连续两个90°转弯以及 上、下各一根铜管的沿程损失之和，即
1 2
1 2
Q1 0.828 Q2 0.828 0.55103 0.45103 m3 / s
w1
w2
【例4-18】示图为某电厂循环水系 统的主要部分。已知循环水泵出口 至凝汽器的压出管长L1=40m，且有 90°弯管两个。由凝汽器至冷水塔 的排水管长L2=350m，有4个90° 弯管。所有弯管的弯曲半径 R=820mm，压水管和排水管直径相 同，均为D=820mm ，管道沿程损 失系数λ1=λ2=0.025。
从计算看出：支管1中，管路阻抗比 支管2中大，所以流量分配是支管1中的 小于支管2中的流量。如果要求两管段中 流量相等，显然现有的管径D及 必须 进行改变，使S相等才能达到流量相等。 这种重新改变D及 ，使在 Q Q 下达 h h ；的计算，就是“阻力平 到 S S ， 衡”的计算。
l1 【解】设 D 200mm的管段长为 段长为 l 2 ，则有
1
D 175mm 的管 ；
2
l1 l 2 2000
校核流速
2 ( A1l1 A2 l2 )Q H S1Q12 S2Q2
2
v1
Q 0.03 0.96m / s 1.2m / s 2 2 / 4 D1 0.785 0.2
二、管路的串联与并联
1．串联管路及其计算特点 各管段流量相等，总损失为各串联 管段的损失之和，全管路总的阻抗等于 各管段阻抗之和。 2．并联管路及其计算特点 并联节点上的总流量为各支管中流 量之和；并联各支管上的单位重量流体 的阻力损失相等，总管路的阻抗平方根 的倒数等于各支管阻抗平方根倒数之和。
【例4-16】在[例4-15]中，在保证供 水前提下，为节约管材，拟采用两 种不同管径的管段串联。试确定两 段管子个多少？
v1 v2 4Q 4 4675 2.46 D12 3.14 0.822 3600
凝汽器铜管内断面平均流速为
4Q 8 4675 v 2.18 2 2 D n / 2 3.14 0.023 2868 3600
循环水泵出口中心至排水管在冷水塔内 出口中心高差ΔZ=15m，流量为 Q=4675m3/h。设凝汽器铜管数 n=2868根，每根铜管长L=6.5m，直径 D=23mm，沿程损失系数λ=0.02。凝汽 器为双流程。凝汽器水室的过流断面面 积为压出管的四倍，凝汽器水室内连续 两个90°转弯的。试求循环水泵出口冷 却水所必须具有的总能头H为多少？
10 8 7 S 2 0.025 15 1 . 4 10 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 4 0.02 3.14 0.02 9.81
Q1 0.828Q2
又因
Q Q1 Q2 0.828 Q2 Q2 1.828 Q2
Q2
1 Q 0.55 10 3 m 3 / s 1.828
0.00864 l1 0.01706 l2
联立，解得
l1 1080 m
l 2 980m
【例4-17】 某两层楼的供暖立管，管段
1的直径为20mm ,总长20m，
1
15
。管段
2
2的直径为20mm，总长为10mm，
15
，
管路的λ=0.025，干管中的流量
求
Q1
Q 1105 m3 / s
查局部损失系数表可知，当 D1/R=0.82/0.82=1时，90°弯管的局部 损失系数ζ90=0.29。按截面突然扩大四 倍计算局部损失系数，则
A1 1 k 1 1 0.564 A 4 2
2 2
截面突然缩小四倍的局部损失系数 ζs，查局部损失系数表得ζs=0.375，因 为压、排水管管径相同且通过的流量相 等，故断面平均流速为
，
和 Q2 。
【解】从图中可知，节点a、b间并联有1、 2两管段。由 S Q S Q 得
1 2 1 2 2 2
Q1 Q2
S2 S1
L1 8 20 8 7 S1 0 . 025 15 2 . 1 10 1 1 2 4 2 4 D D g 0.02 3.14 0.02 9.81 1
【解】 取循环水泵出口中心的水平线为基准面 0-0，列泵出口断面1-1与排水管出口断面2-2 的能量方程为：
2 p g 2 v2 v12 z1 z2 hw12 g 2 g g 2 g
p g1
式中Z1=0，故循环水泵出口冷却水所必须 具有的总能头。
H pg1 / g v12 / 2g
Q1 Q2 Q3
hw12 hw1 hw hw2
2 L1 v12 2 L v 1 d 2 90 k 2 g d 2 k 2 s 3 2 g 1 2 L2 v2 2 d 4 90 s 2g 2
Q 0.03 1.25m / s 1.2m / s 2 / 4D2 0.785 0.1752
v1
所以需修正 应改写为
A1 ，查表4-8 ， k1 1.035
H (k1 A1l1 A2l2 )Q2
，即上式
25 (1.035 9.029l1 18.96l2 )0.032