第六章管路计算
合集下载
第六章_燃气管网的水力计算
W2 P 2
局部阻力损失也可用当量长度来计算，各种管件折成相同管径管
段的当量长度L2可按下式确定：
L2 W 2 P d 2 d L2 d
对于ζ=1时各不同直径管段的当量长度可按下法求得：
根据管段内径、燃气流速及运动粘度求出Re，判别流 态后采用不同的摩阻系数λ的计算公式，求出λ值， d 而后可得： l2
( W ) 0 x
(三) 气体状态方程：P ZRT
运动方程的基础是牛顿第二定律，对
于微小体积(或称元体积)的流体可写为： 微小体积流体动量的改变量等于作用 于该流体上所有力的冲量之和，即
(一) 运动方程：
( W ) ( W 2 ) P W2 g sin x x d 2
二、燃气管道内燃气稳定流方程式 除单位时间内输气量波动大的超高压天然气长输管线，要用不稳定 流进行计算外，在大多数情况下，设计城市燃气管道时燃气流动的 不稳定性可不予考虑。
P 0
0
W 0
P W 2 x d 2 W 常数 P ZRT
P P ( ) 1 gas 由燃气密度进行水力计算修正： L L
从结果可知，系统最大压降值是从用
户引入管至用具14，通过计算，各管 段的管径均可确定。
课后作业
某多层住宅，已知燃气室内立管终端
标高15m，引入管始端标高-0.6m，燃 气密度0.71kg/Nm3，引入管起点压力 P1=1100Pa，燃气由起点到终点的总阻 力损失为80Pa，计算附加压头及立管 终端压力P2。
第六章 燃气管网的水力 计算
一、不稳定流动方程式
燃气是可压缩流体，一般情况下管道内燃
局部阻力损失也可用当量长度来计算，各种管件折成相同管径管
段的当量长度L2可按下式确定：
L2 W 2 P d 2 d L2 d
对于ζ=1时各不同直径管段的当量长度可按下法求得：
根据管段内径、燃气流速及运动粘度求出Re，判别流 态后采用不同的摩阻系数λ的计算公式，求出λ值， d 而后可得： l2
( W ) 0 x
(三) 气体状态方程：P ZRT
运动方程的基础是牛顿第二定律，对
于微小体积(或称元体积)的流体可写为： 微小体积流体动量的改变量等于作用 于该流体上所有力的冲量之和，即
(一) 运动方程：
( W ) ( W 2 ) P W2 g sin x x d 2
二、燃气管道内燃气稳定流方程式 除单位时间内输气量波动大的超高压天然气长输管线，要用不稳定 流进行计算外，在大多数情况下，设计城市燃气管道时燃气流动的 不稳定性可不予考虑。
P 0
0
W 0
P W 2 x d 2 W 常数 P ZRT
P P ( ) 1 gas 由燃气密度进行水力计算修正： L L
从结果可知，系统最大压降值是从用
户引入管至用具14，通过计算，各管 段的管径均可确定。
课后作业
某多层住宅，已知燃气室内立管终端
标高15m，引入管始端标高-0.6m，燃 气密度0.71kg/Nm3，引入管起点压力 P1=1100Pa，燃气由起点到终点的总阻 力损失为80Pa，计算附加压头及立管 终端压力P2。
第六章 燃气管网的水力 计算
一、不稳定流动方程式
燃气是可压缩流体，一般情况下管道内燃
管路计算（ＰＤＦ）
至液面2间有一闸阀，其间的 直管阻力可忽略。输水管为2 英寸水煤气管，e/d=0.004，
pa
p3 ρg
0.5m 2
2‘
水温20℃。在阀门全开时，试求：
3
（1）管路的输水量V；
（2）截面3 的表压强，以水柱高度表示。
作业：p135/32、34
Department of Chemical and
X
j
u
2 b
2
λ L + ∑ Le ub2 d2
λ = 64 Re
λ = f Re, e d
Department of Chemical and
Xiamen University
Biochemical Engineering
（层流） （湍流）
一. 简单管路计算
简单管路 — — 全部流体从入口到出口只在一根管道中连续流动。
分支点处将每根支管作为简单管路，依次进行计算。
Xiamen University
Department of Chemical and Biochemical Engineering
3. 汇合管路 — — 由几条支管汇合于一条总管。
1
其特点与分支管路类似，即： ① Vs,1+ Vs,2 = Vs （对不可压缩流体）
1‘
2
Vs1
z1 z2
2‘
Vs2 Vs K
② 汇合点K处单位质量流体的机械能总和为一定值：
gz1
+
ub21 2
+
p1 ρ
=
gzK
+ ub2K 2
+
pK ρ
+ ∑ hf ,1−K
gz2
第6章给水管网的设计计算
ql
qx
qt
1 ql
q
L
ql
qt
ql
L
dx
ql qt
x
qt
qx
qt
ql
L L
x
ql
L L
x
qt / ql
dh
dx qx2
dx
ql2
L L
x
2
h
L 0
dh
L
ql
2
2
1 3
hij
Hi
H
j
L d
2
2g
8
2D5g
LQ 2
LQ2 SQ2
6.2 管网图形及简化
➢管网计算中，城市管网现状核算、现有管网扩建计 算最为常见。
➢除新设计管网，定线和计算仅限于干管，对改建和 扩建管网往往适当简化，保留主要干管，略去次要、 水力条件影响较小的管线。
➢管网图形简化是在保证计算结果接近实际情况的前 提下对管线进行的简化，这样能减轻计算工作量。
节点：有集中流量进出、管道合并或 环：起点与终点重合的管线 分叉以及边界条件发生变化的地点
忽略：管网中主要起联络作 用的管段，由于正常运行时 流量很小，对水力条件影响 很小，计算时可忽略。
分解
忽略
管段合并：长度近似相等、 彼此几乎平行且相距很近的 两条管段计算时可合并。
节点合并：距离很近的两个节 点计算时可视为一个节点。
管网图形及简化
经分解、合并和省略 等，管网由原来42个
环减少到21环。
使环状网某些管段流量为零，即将环状网改成树状 网，才能得到最经济的流量分配，但树状网并不能 保证可靠供水。
环状网流量分配时，应同时照顾经济性和可靠性。
5第六章 燃气管网水力计算_图文-文档资料
dp w2 dx d 2
ρ w =const
P=Zρ RT
高压、次高压和中压燃气管道 单位长度摩擦阻力损失的表达式
2 2 2 p p Q T 10 1 2 1 . 27 10 5 Z L d T 0
p1—燃气管道始端的绝对压力，kPa； p2—燃气管道末端的绝对压力，kPa； Q—燃气管道的计算流量，m3/s； d—管道内径，mm；
式中 lg－常用对数； K－管壁内表面的当量绝对粗糙度（mm）； Re－雷诺数（无量纲Re=dw/ν ν 为运动粘度）。
燃气管道摩擦阻力计算公式及图表（附录2）
低压燃气管道从调压站到最远燃具管道允许的阻力损失
P 0 . 75 P 150 d n
式中 Δ p d－从调压站到最远燃具管道允许的阻力损失，含室内燃气管 道允许的阻力损失（Pa）； Pn－低压燃具的额定压力（Pa）。
qA
Q A L 1 2 3 4 56 1
qB
QB L1 2 11
qC
QC L1 1237
式中 QA、QB、QC—为A、B、C 各区的小时计算流量，m3/h； L—管段长度，m。
计算管段的途泄流量
Q q q L B A 1 2
1 2 1
燃气分配管段计算流量确定
附加压头
p g h a g
Δ p—附加压头，Pa； g—重力加速度，m/s2； ρ a—空气密度，kg/m3； ρ g—燃气密度，kg/m3； Δ h—管道终端与始端的标高差，m。
局部阻力
2 w T p 0 2 T 0
p — 局部阻力的压力损失，Pa； — 计算管段中局部阻力系数总和； w —燃气在管道中的流速，m/s； 燃气密度， — kg/m3； 0 T—燃气绝对温度，K； T0—273K。
第六章 输气管道水力计算
2 a( S3 SQ ) 1 2
e
a( S3 SQ )
a( S SQ )
P e
a ( S Z 1 S Q ) 2 Z 1
P e
2 a( S Z SQ ) Z
bM LZ
2
e
a( S Z SQ )
e Z 1 a( S Z S Z 1 )
a(S
SQ )
14
2
另外，由于 因此：
e
aS
(aS ) 2 (aS ) 3 1 aS 2! 3!
e aSZ 1 aSZ 1 a( S Z S Q ) 1 aS
(aSi ) 2 (aSi 1 ) 2 1 aSi [1 aSi 1 ] e aSi e aSi 1 a 2 2 1 ( S i S i 1 ) a( S i S i 1 ) a( S i S i 1 ) 2
处于阻力平方区的天然气管道，粗糙度 是确定水力摩阻系数的决定因素，粗糙 度取值的正确与否直接关系到计算结果 的准确性。输气管道设计时所采用的粗 糙度是指绝对当量粗糙度（或有效粗糙 度），它包括了管子表面粗糙度，焊缝， 弯头以及腐蚀等的综合影响。因此绝对 当量粗糙度应该是管线运行时的平均粗 糙度。一般比管壁粗糙度大2%～11%。
P P e
2 Q 2 Z
aS
e aS 1 bM L( ) aS
2
对每一段都可以写上述形式的方程：
e aS1 1 PQ2 P 2 e aS1 bM 2 L1 ( ) 1 aS1 e aS 2 1 2 2 aS 2 2 P P2 e bM L2 ( ) 1 aS 2 e aS3 1 aS 3 P22 P32 e bM 2 L3 ( ) aS3
e
a( S3 SQ )
a( S SQ )
P e
a ( S Z 1 S Q ) 2 Z 1
P e
2 a( S Z SQ ) Z
bM LZ
2
e
a( S Z SQ )
e Z 1 a( S Z S Z 1 )
a(S
SQ )
14
2
另外，由于 因此：
e
aS
(aS ) 2 (aS ) 3 1 aS 2! 3!
e aSZ 1 aSZ 1 a( S Z S Q ) 1 aS
(aSi ) 2 (aSi 1 ) 2 1 aSi [1 aSi 1 ] e aSi e aSi 1 a 2 2 1 ( S i S i 1 ) a( S i S i 1 ) a( S i S i 1 ) 2
处于阻力平方区的天然气管道，粗糙度 是确定水力摩阻系数的决定因素，粗糙 度取值的正确与否直接关系到计算结果 的准确性。输气管道设计时所采用的粗 糙度是指绝对当量粗糙度（或有效粗糙 度），它包括了管子表面粗糙度，焊缝， 弯头以及腐蚀等的综合影响。因此绝对 当量粗糙度应该是管线运行时的平均粗 糙度。一般比管壁粗糙度大2%～11%。
P P e
2 Q 2 Z
aS
e aS 1 bM L( ) aS
2
对每一段都可以写上述形式的方程：
e aS1 1 PQ2 P 2 e aS1 bM 2 L1 ( ) 1 aS1 e aS 2 1 2 2 aS 2 2 P P2 e bM L2 ( ) 1 aS 2 e aS3 1 aS 3 P22 P32 e bM 2 L3 ( ) aS3
化工原理课件-管路计算
。
gz1 u12 2p1Wegz2
u22 2
p2
hf
式中 z1 5m, z2 0, u1 u2 0
p1 0(表), p2 0(表),
We 0,
l h
le u 2
f
d2
假设流型为湍流，λ计算式取为 1 2 lg( / d 2.51 )
3.7 Re
将已知数据代入柏努利方程可得
9.85 hf hf 49.05
2d
l
hf le u2
2 0.082 49.05 138 u 2
0.241436
u
将λ的计算式代入得
u 2
lg
0.241436
解得 u 1.84m/s
0.0001 3.7
2.51
0.082103 103
0.241436
验算流型
Re du
1.6.4 湿式气体流量计
—— 用来测量气体体积的容积式流量计。 构造：
转筒，充气室
测量原理：
转筒旋转，充气室 内气体排出。
说明：
用于小流量气体测量， 常在实验室中使用。
湿式气体流量计
转子流量计 湿式气体流量计 孔板流量计
假设
由 和 d 间的关系 计算出 d
计算Re，并查或计算出
令
判断 与 是否相同
是
否
d 即为所求
1.5.1 简单管路计算
(2) 最适宜管径的确定
1.5.2 复杂管路计算
(1) 并联管路 如图所示，并联管路在主管某处分为几支，然
后又汇合成一主管路。
1.5.2 复杂管路计算
(1) 并联管路 流体流经并联管路系统时，遵循如下原则：
解得 H 5.02m
第六讲管路计算
2 l + ∑ le u + ∑ 阻力计算通式为: 阻力计算通式为: ∑ W f = λ d 2
减少流动阻力的途径: 减少流动阻力的途径: 管路尽可能短,尽量走直线,少拐弯; 尽量不安装不必要的管件和阀门等; 管径适当大些.
常见管件及阀门的阻力系数及当量长度
名称
45标准弯头 90标准弯头 180回弯头 标准三通管 管接头 活接头
B
① 当两阀门全开时,两支路的流量比 和并联管路的阻力损失;
1 2
C A
D
② 当两阀门同时关小至ζC=ζD=30时, 两支管的流量比及并联管路的阻力损失有 何变化?
第五节 管路计算
二,管路计算
【例题】——并联管路 例题】——并联管路 ①阀门全开 ②阀门半开 讨论: 讨论:
qV ,1 qV ,2
= 0.73
ζ
0.35 0.75 1.5 1 0.04 0.04
le /d
17 35 75 50 2 2
名称
闸阀(全开) 闸阀(半开) 标准阀(全开) 标准阀(半开) 止逆阀(球式) 止逆阀(摇板式)
ζ
0.17 4.5 6.0 9.5 70.0 2.0
le /d
9 225 300 475 3500 100
第五节 管路计算
l + ∑ le u ∑W f = λ + ∑ d 2
2
摩擦系数计算式:
ε du ρ λ= f , d
第五节 管路计算
二,管路计算
1. 简单管路的计算 第一类问题: 第一类问题:
已知管径,管长,管件和阀门的设置及流体的性质,输送量,求通 过管路的能量损失,以便进一步确定输送设备所加入的外功,设备内的 压强或设备间的相对位置等. 即已知:d , l , ∑ ζ ( ∑ le ), ρ , , qV , ε 求:∑Wf→WS或p2或z 步骤:①qV , d , ρ , → Re →流动形态; ②Re , ε/d → λ → ∑Wf ; ③Bernoulli方程 → 确定一个未知数WS或p2或z .
减少流动阻力的途径: 减少流动阻力的途径: 管路尽可能短,尽量走直线,少拐弯; 尽量不安装不必要的管件和阀门等; 管径适当大些.
常见管件及阀门的阻力系数及当量长度
名称
45标准弯头 90标准弯头 180回弯头 标准三通管 管接头 活接头
B
① 当两阀门全开时,两支路的流量比 和并联管路的阻力损失;
1 2
C A
D
② 当两阀门同时关小至ζC=ζD=30时, 两支管的流量比及并联管路的阻力损失有 何变化?
第五节 管路计算
二,管路计算
【例题】——并联管路 例题】——并联管路 ①阀门全开 ②阀门半开 讨论: 讨论:
qV ,1 qV ,2
= 0.73
ζ
0.35 0.75 1.5 1 0.04 0.04
le /d
17 35 75 50 2 2
名称
闸阀(全开) 闸阀(半开) 标准阀(全开) 标准阀(半开) 止逆阀(球式) 止逆阀(摇板式)
ζ
0.17 4.5 6.0 9.5 70.0 2.0
le /d
9 225 300 475 3500 100
第五节 管路计算
l + ∑ le u ∑W f = λ + ∑ d 2
2
摩擦系数计算式:
ε du ρ λ= f , d
第五节 管路计算
二,管路计算
1. 简单管路的计算 第一类问题: 第一类问题:
已知管径,管长,管件和阀门的设置及流体的性质,输送量,求通 过管路的能量损失,以便进一步确定输送设备所加入的外功,设备内的 压强或设备间的相对位置等. 即已知:d , l , ∑ ζ ( ∑ le ), ρ , , qV , ε 求:∑Wf→WS或p2或z 步骤:①qV , d , ρ , → Re →流动形态; ②Re , ε/d → λ → ∑Wf ; ③Bernoulli方程 → 确定一个未知数WS或p2或z .
第六节 管路计算
Re du /
修正λ
计 f (Re, / d )
否 比较λ计与初值λ是否接近 是
Vs
4
d u
2
b. 分支及汇合管路计算
问题：① 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；
② 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： ① 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ξ号为负值，反之为正值。（要 求流向已知） ② 当管路阻力较大时，交点处能量变化予以忽略。
计算，由于管径不变，故式中u为吸入或排出管的流速m/s， 排水管与喷头连接处的压强为9.81×104Pa（表压）。试求泵 的有效功率。
解：
取截面0－0’为槽中水面，1－1’截面为泵入口处，2－2’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）= －2.47×104 Pa； u2=u，z2=14m，P2=9.81×104 Pa（表压）。 所以，在截面0－0’与1－1’之间有：
A. 分支管路（流向已知）
B. 分支或汇合管路（流向未知）
各支管截面之间可列能量守恒方程：
P u l1 u 1 l3 u3 1 3 0 1 d1 2 d3 2 2
1 2 2 2
P
3
2
2
2
故：对于分支管路
P2
P
3
2
2
l2 d2
u2 2
2
3
l3 d3
i)
2
变量：9个，V、d、u、P1、P2、λ、l、∑ξ、ε（Z1、Z2、P1、P2）
修正λ
计 f (Re, / d )
否 比较λ计与初值λ是否接近 是
Vs
4
d u
2
b. 分支及汇合管路计算
问题：① 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；
② 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： ① 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ξ号为负值，反之为正值。（要 求流向已知） ② 当管路阻力较大时，交点处能量变化予以忽略。
计算，由于管径不变，故式中u为吸入或排出管的流速m/s， 排水管与喷头连接处的压强为9.81×104Pa（表压）。试求泵 的有效功率。
解：
取截面0－0’为槽中水面，1－1’截面为泵入口处，2－2’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）= －2.47×104 Pa； u2=u，z2=14m，P2=9.81×104 Pa（表压）。 所以，在截面0－0’与1－1’之间有：
A. 分支管路（流向已知）
B. 分支或汇合管路（流向未知）
各支管截面之间可列能量守恒方程：
P u l1 u 1 l3 u3 1 3 0 1 d1 2 d3 2 2
1 2 2 2
P
3
2
2
2
故：对于分支管路
P2
P
3
2
2
l2 d2
u2 2
2
3
l3 d3
i)
2
变量：9个，V、d、u、P1、P2、λ、l、∑ξ、ε（Z1、Z2、P1、P2）
第6章 风管设计计算
薄钢板或镀锌薄钢板 Kr — 管 壁 粗 糙 度 修 正 系 数 ；
K — 管壁粗糙度； v — 管内空气流速。
矿渣石膏板
矿渣混凝土板 胶合板 砖砌体 混凝土 木板
1.0
1.5 1.0 3～ 6 1～ 3 0.2～1.0
例：有一通风系统，采用薄钢板圆形风管(Δ＝0.15mm)，已 知风量L＝3600m3/h(1m3/s)。管径D＝300mm，空气温度t＝30℃， 求风管管内空气流速和单位长度摩擦阻力。 解：查图，得v＝14m/s，Rm0＝7.7Pa/m。 查图6-2得，Kt＝0.97。 Rm＝KtRm0＝0.97×7.7＝7.47Pa/m
14 14 14 12 12 14
117.6 117.6 117.6 86.4 86.4 117.6
1.37 -0.05 0.61 0.47 0.6 0.61
161.1 -5.9 71.7 40.6 51.8 71.7
12.5 12 5.5 4.5 4.5 18
137.5 60 27.5 18 36 108
• 合流三通
v3F3
v3F3
F1+F2=F3 α=30°
v3F3
F1+F2>F3 F1=F3 α=30°
F1+F2>F3 F1=F3 α=30°
附录10 教材P244~249
如何查询局部阻力系数？
• 例1 有一合流三通，如图所示，已知 L1＝1.17m3/s(4200m3/h)，D1＝500mm，v1＝5.96m/s L2＝0.78m3/s(2800m3/h)，D2＝250mm，v2＝15.9m/s L3＝1.94m3/s(7000m3/h)，D3＝560mm，v3＝7.9m/s 分支管中心夹角α＝30°。求此三通的局部阻力。
第六章 防排烟系统的管路计算(一)
烟气控制与安全疏散
影响沿程阻力损失的因素
密度和粘度修正
Rm Rm0 / 0 0.91 /0 0.1
烟气控制与安全疏散
影响沿程阻力损失的因素
空气温度和大气压力的修正
Rm Kt K B Rm0
温度修正系数：Kt
273
20
0.825
273 t
烟气控制与安全疏散
沿程阻力计算基本公式
阻力区名称 层流区
湍流光滑区
湍流过渡区 湍流粗糙区
判据
Re 2000
2000 Re 105
105 Re 316( 0.5 )0.85 K/D
316( 0.5 )0.85 Re 4160( 0.5 )0.85
K/D
K/D
Re 4160( 0.5 )0.85 K/D
1 n2 0.5k（1 A2 ）
8sin
A1
2
烟气控制与安全疏散
局部阻力的定量计算
弯管
烟气控制与安全疏散
局部阻力的定量计算
弯管
在弯管内形成的二次流，消失较慢，因而加大 了弯管后面的影响长度。弯管的影响长度最大 可超过50倍管径。
弯管的几何形状决定于转角θ和曲率半径与管径 之比R/d(或R/b)。对矩形断面的弯管还有高宽比 h/b。
Pg Pl Pd
烟气控制与安全疏散
沿程阻力
沿程阻力计算基本公式 圆形管道的沿程阻力 其它形式的管道 影响沿程阻力损失的因素
烟气控制与安全疏散
沿程阻力计算基本公式
Pl
4Rs
v2
《工程流体力学》 第六章 管内流动及水力计算
r02
4
d dl
(p
gh)
l
vl max
vl
r0
ro2
4
d dl
(p
gh)
粘性流体在圆管中作层
所以，vl
2020/6/11
ro2 r 2
4
d dl
( p gh)
流流动时，流速的分布为
一旋转抛物面。
12
《工程流体力学》 第六章 管内流动和水力计算
§6.4 圆管中的层流流动
三、平均速度和流量
qV
0
0
H
h1 9m；h2 0.7m； hw 13m 求： H
2 h1
h2
2
解 ： 由 伯努 利方 程（ 地面 为0位 势）
（H
h1
)
pa
g
0
h2
pa
g
2
22
2g
hw
紊流流动: 1.0
得H
2 2
2g
hw
h2
h1
42 2 9.806
13 0.7 9
5.52
(m)
2020/6/11
4
《工程流体力学》 第六章 管内流动和水力计算
持前种情况下的流速不变，流动又为何状态？
解：（1） v
qV A
4qV d 2
4 0.01 1.27m / 0.12
s
Re vd 1.27 0.1 1.27 105 2000
1106
所以水为紊流状态。
（2）
Re
vd
1.27 0.1
1.14 104
1114
2000
2020/6/11
μt —流 体 的 脉 动 粘 度 ；
第六章给水管网设计与计算
表5-1 某城镇管网各管段最高日最高时沿线流量
管段编号 管段长度(m) 管段计算长度(m) 沿线流量(L/s)
水厂－3
620
－
－
1-2
490
490
5.39
1-4
880
880
9.68
2-5
890
890
9.79
4-5
520
520
5.72
2-3
530
530
5.83
3-6
920
920
10.13
5-6
540
540
5.94
4-7
640
640
7.04
6-8
580
580×0.5
3.19
7-8
710
710
7.81
8-9
560
560×0.5
3.08
合计
6690
73.60
表5-2 某城镇管网最高日最高时各节点流量
节点编号 1 2 3 4
连接管段编号 1-2,1-4
1-2,2-3,2-5 2-3,3-6,水厂-3
(3)顺主要供水方向延伸的几条平行干管所分配的计算 流量应大致接近；
(4)每一节点满足进、出流量平衡。
例6.4 p132
管段直径设计
管径和设计流量的关系：
q Av D2 v
4 D 4q
v
D－管段直径，m； q －管段流量，m3/s； v －流速，m/s； A －水管断面积，m3。
确定管径必须先选定设计流速。
/
42.8 47.1 46
5
6
7
8
32.2 18.3 17.3 17.5
同济大学课件：工业通风第三版第六章通风管道的设计计算
确定管道的尺寸 为选择空气动力设备——通风机提供依据 在保证使用要求的前提下力求经济
设计计算的步骤：
在计算所需风量和选定处理设备的基础上，确定 设备位置和管道走向；计算最不利环路流动阻力； 平衡并联环路阻力
3
第一节 风管内空气流动的阻力
4
6.1风管内空气流动的阻力（P144)
6.1.1摩擦阻力
在断面形状不变的直管段中，由于流体内部及 流体与管壁的摩擦所造成的能量损失
第四节
通风管道设计中的有关问题
48
6.4通风管道设计中的有关问题（P164）
——与工程实际密切相关的问题，本节介绍的一
些原则，在工程中必须结合具体情况应用并不断 总结 参照标准及资料： 《通风与空调工程施工质量验收规范》 GB50234-2002 2002年4月1日实施 设计手册
49
6.4.1系统划分的原则
要求：
选择风机
43
风管内最小风速为，垂直风管12m/s，水平14m/s 考虑漏风，管道6，7计算风量=6300*1.05=6615 管段1，L1=1500m3/h，v1=14m/s，查图得管径 和比摩阻，D1=200mm，Rm1=12.5Pa/m 确定管段3、5、6、7的管径和比摩阻 确定2、4的管径和比摩阻
1）计算方法：
（1）局部阻力系数法
Z v2 (6 13)
2
（2）当量长度法
阻力系数由实验确定， 制成图表供查用
当量长度：与局部管件接口直径和流动阻力相同的
直管段的长度
Z Rm ld
当量长度由实验确定， 制成图表供查用
总阻力：P Rm l ld 14
局部阻力系数举例
15
合流三通
支管局部阻力系数 直管局部阻力系数
设计计算的步骤：
在计算所需风量和选定处理设备的基础上，确定 设备位置和管道走向；计算最不利环路流动阻力； 平衡并联环路阻力
3
第一节 风管内空气流动的阻力
4
6.1风管内空气流动的阻力（P144)
6.1.1摩擦阻力
在断面形状不变的直管段中，由于流体内部及 流体与管壁的摩擦所造成的能量损失
第四节
通风管道设计中的有关问题
48
6.4通风管道设计中的有关问题（P164）
——与工程实际密切相关的问题，本节介绍的一
些原则，在工程中必须结合具体情况应用并不断 总结 参照标准及资料： 《通风与空调工程施工质量验收规范》 GB50234-2002 2002年4月1日实施 设计手册
49
6.4.1系统划分的原则
要求：
选择风机
43
风管内最小风速为，垂直风管12m/s，水平14m/s 考虑漏风，管道6，7计算风量=6300*1.05=6615 管段1，L1=1500m3/h，v1=14m/s，查图得管径 和比摩阻，D1=200mm，Rm1=12.5Pa/m 确定管段3、5、6、7的管径和比摩阻 确定2、4的管径和比摩阻
1）计算方法：
（1）局部阻力系数法
Z v2 (6 13)
2
（2）当量长度法
阻力系数由实验确定， 制成图表供查用
当量长度：与局部管件接口直径和流动阻力相同的
直管段的长度
Z Rm ld
当量长度由实验确定， 制成图表供查用
总阻力：P Rm l ld 14
局部阻力系数举例
15
合流三通
支管局部阻力系数 直管局部阻力系数
管路计算
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。 1.5.2 复杂管路 1.并联管路 如图1-28所示，在主管某处分成几支，然后又汇合到一根主管。其 特点为： （1）主管中的流量为并联的各支路流量之和，对于不可压缩性流 体，则有
（1-58）
（2）并联管路中各支路的能量损失均相等，即 (1-59)
0.2mm）
解：水在管中的流速
代入范宁公式
整理得：
即为试差方程。
由于d（u）的变化范围较宽，而的变化范围小，试差时宜于先假设
进行计算。具体步骤：先假设，由试差方程求出d，然后计算u、Re和，
由图1-25查得，若与原假设相符，则计算正确；若不符，则需重新假
设，直至查得的值与假设值相符为止。
实践表明，湍流时值多在0.02～0.03之间，可先假设，由试差方程解
根据计算目的，通常可分为设计型和计算型两类。 （1）设计型计算
设计要求：规定输液量Vs，确定一经济的管径及供液点提供的位能 z1(或静压能p1)。
给定条件： （1）供液与需液点的距离，即管长l；
（2）管道材料与管件的配置，即及 ； （3）需液点的位置z2及压力p2； （4）输送机械 We。
此时ห้องสมุดไป่ตู้般应先选择适宜流速，再进行设计计算。
图1-28中，A-A′~B-B′两截面之间的机械能差，是由流体在各个 支路中克服阻力造成的，因此，对于并联管路而言，单位质量的流体无 论通过哪一根支路能量损失都相等。所以，计算并联管路阻力时，可任 选任一支路计算，而绝不能将各支管阻力加和在一起作为并联管路的阻 力。
并联管路的流量分配：
由此可知：
支管越长、管径越小、阻力系数越大——流量越小；
(1-61) 汇合管路是指几根支路汇总于一根总管的情况，如图1-30所示，其 特点与分支管路类似。
（1-58）
（2）并联管路中各支路的能量损失均相等，即 (1-59)
0.2mm）
解：水在管中的流速
代入范宁公式
整理得：
即为试差方程。
由于d（u）的变化范围较宽，而的变化范围小，试差时宜于先假设
进行计算。具体步骤：先假设，由试差方程求出d，然后计算u、Re和，
由图1-25查得，若与原假设相符，则计算正确；若不符，则需重新假
设，直至查得的值与假设值相符为止。
实践表明，湍流时值多在0.02～0.03之间，可先假设，由试差方程解
根据计算目的，通常可分为设计型和计算型两类。 （1）设计型计算
设计要求：规定输液量Vs，确定一经济的管径及供液点提供的位能 z1(或静压能p1)。
给定条件： （1）供液与需液点的距离，即管长l；
（2）管道材料与管件的配置，即及 ； （3）需液点的位置z2及压力p2； （4）输送机械 We。
此时ห้องสมุดไป่ตู้般应先选择适宜流速，再进行设计计算。
图1-28中，A-A′~B-B′两截面之间的机械能差，是由流体在各个 支路中克服阻力造成的，因此，对于并联管路而言，单位质量的流体无 论通过哪一根支路能量损失都相等。所以，计算并联管路阻力时，可任 选任一支路计算，而绝不能将各支管阻力加和在一起作为并联管路的阻 力。
并联管路的流量分配：
由此可知：
支管越长、管径越小、阻力系数越大——流量越小；
(1-61) 汇合管路是指几根支路汇总于一根总管的情况，如图1-30所示，其 特点与分支管路类似。
化工原理：1-6 管路计算(自学)
2. 并联管路的流量分配
hfi
i
(l
le )i di
ui2 2
而
ui
4Vsi
πd
2 i
h fi
i
(l
le )i di
1 2
4Vsi
πd
2 i
2
8iVsi2 (l le )i
π2d
5 i
VS1 :VS2 :VS3
d15
:
1(l le )1
d
5 2
:
2 (l le )2
d
5 3
3 (l le )3
0.0805m。
Vs1 Vs2
l2 le2 l1 le1
d1 d2
5
Vs2
50 0.035 5
30 0.0805
0.0454Vs2
与b式联立
小结： 并联管路的特点：
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：
二、分支管路与汇合管路
1.6.2 复杂管路
一、并联管路
Vs1
Vs
Vs2
A
B
1. 特点：
Vs3
（1）主管中的流量为并联的各支路流量之和；
ms ms1 ms2 ms3
不可压缩流体 Vs Vs1 Vs2 Vs3
（2）并联管路中各支路的能量损失均相等。
hf1 hf2 hf3 hfAB
注意：计算并联管路阻力时，仅取其中一支路即 可，不能重复计算。
1.6 管路计算（自学）
基本方程：
连续性方程：
Vs
π d 2u 常数 4
柏努利方程： p1
z1g
- 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)。
对于短管
d 4Q ( c 2 gH )
上式中 c 与管径 d 有关，所以需要试算。 对于长管
Q K H L
按求得的流量模数，即可由5－1确定所需的管 道直径。 4.已知流量和管长，求管径d和水头H；
这是工程中常见的实际问题。通常是 从技术和经济两方面综合考虑，确定满足 技术要求的经济流速。有了经济流速就可 以求出管径，这样求水头H即转化为第二 类问题。 5.对于一个已知管道尺寸、水头和流量的 管道，要求确定管道各断面压强的大小
1 c 0.531 3.54
d
43 0.531 3.14 2 9.8 3
0.97 m
与假设 不符 则采用 管径d为 0.95米
故再假设d=0.95m，重新计算
1 1 0.95 16 C ( ) 56.21m 2 / s 0.014 4 8 9.8 c 0.558 0.0248 56.212 43 d 0.945 m 0.558 3.14 2 9.8 3
（2）设计串联管路
d1=450mm→L1 d2=400mm→L2
H Q 2 aH 1 L1 aH 2 L2
L1 L2 L
解得
L1 990 m
L2 1510 m
2.并联管道
1 1 16 1 0.8 16 C R ( ) 54.62 m 2 / s, n 0.014 4
8 g 8 9.8 2 0.0263 2 C 54.62
c
1
l e 2b 0 d 1 50 0.0263 0.5 2 0.2 1 0.8
hw1 2
H
2 22
2g
h f 1 2 h j
图5-1
管道出口中心到上游水位的高差，全部消 耗于管道的水头损失和保持出口的动能。
1 l 1 d
2 gH
Q A c A 2 gH
管道自 由出流 的流量 系数
c
1 l 1 d
第六章 有压管道、孔口与管嘴出流
【教学基本要求】 【学习重点】
§6－1 §6—2 §6—3 §6—4 §6－5 §6－6 §6－7
简单短管中的恒定有压流 长管中的恒定有压流 给水管网水力计算基础 有压管路中的水击 薄壁孔口的恒定出流 管嘴的恒定出流 孔口（或管嘴）变水头出流
回到总目录
基本知识点
有压管道：管道周界上的各点均受到液 体压强的作用。有压管中的恒定流：有压管 中液体的运动要素不随时间而变。 1.简单管道和复杂管道 根据管道的组成情况我们把它分为简单 管道和复杂管道。简单管道是指管道直径不 变且无分支的管道；复杂管道是指由两根以 上管道组成管道系统。复杂管道又可以分为 串联管道、并联管道、分叉管道、沿程泄流 管和管网。
管中流速：
1 l d
2gz
通过管道的流量：
Q A c A 2 gz
c
1 l d
管道淹没出流 的流量系数
请特别注意：短管自由出流和淹没出流的计算关键 在于正确计算流量系数。我们比较短管自由出流和 淹没出流的流量系数公式，可以看到两式在分母中 多一项“1”，但是计算淹没出流的流量系数μc时， 局部水头损失系数中比自由出流多一项管道出口局 部水头损失系数“1”，在计算中不要遗忘。
水力学
2.短管和长管
短管是指管路中水流的流速水头和局部水头损 失都不能忽略不计的管道；
长管是指流速水头与局部水头损失之和远小于 沿程水头损失，在计算中可以忽略的管道为，一般认 为（局部水头损失+流速水头）＜5%的烟程水头损失， 可以按长管计算。
需要注意的是：长管和长管不是完全按管道的长短来区 分的。将有压管道按长管计算，可以简化计算过程。但在不能 判断流速水头与局部水头损失之和远小于沿程水头损失之前， 按短管计算不会产生较大的误差。
解：倒虹吸管一般作短管计算。本题管道出 口淹没在水下；而且上下游渠道中流速相同， 流速水头消去。 d 2 Q c A 2 gz c 2 gz
4
d
4Q
c 2 gz
c
1 l d
因为沿程阻力系数λ或谢才系数C 都是d 的复杂函数，因此需用试算法。 先假设d＝0.8m，计算沿程阻力系数：
H
Q2 L1d1
Q3 q2 L3 d 3
1.串联管道
q1 L2 d 2
图5-8
由直径不同的几段管段顺次连 接而成的管道。
H hf i
Q li K
2 i 2 i
Qi Qi 1 qi
2.并联管道
由两条或两条以上的管道同在一处分出， 又在另一处汇合，这种组合而成的管道。
并联管道的特点为： （1）各条管路在分叉点和汇合点之间的水 头损失相等。 （2）管路中的总流量等于各并联管路上的 流量之和。 并联管路一般按长管计算，其计算公式为：
S S i
例：铸铁管长L=2500m，流量Q=0.25m3/s，作用水头
H=25m，为充分利用水头，设计串联管道
解：（1）如按简单长管计算
H aH 2 0.160 s 2 / m6 Q L
水力计算表 aH1=0.105→d1=450mm aH2=0.196→d2=400mm 浪费水头，投资加大 水头不够
水力学
§6－1 简单短管中的恒定有压流
简单管道的水力计算可分为自由出流 和淹没出流两种情况。 1.自由出流
管道出口水流流入大气，水股四周都受 大气压强的作用，称为自由出流管道。
图4－1中，列断 面1－1、2－2的能量方 2 程 p1 112 p2 22
z1
2g
z2
2g
简单管道水力计算应用举例
1.虹吸管的水力计算
虹吸管是一种压力输水管道，（如图）顶 部弯曲且其高程高于上游供水水面。若在虹吸 管内造成真空，使作用在上游水面的大气压强 和虹吸管内压强之间产生压差，水流即能超过 虹吸管最高处流向低处。虹吸管顶部的真空理 论上不能大于最大真空值，即10米高水柱。实 际上当虹吸管内压强接近该温度下的汽化压强 时，液体将产生汽化，破坏水流的连续性。
（2）测压管水头线和总水头线的绘制步骤：
a.根据各管的流量 Qi ，计算相应的流速 i ，
沿程水头损失 h fi 和局部水头损失 h ji
b.自管道进口到出口，计算每一管段两端的 总水头值，并绘出总水头线。
c.自总水头线铅直向下量取管道各个断面的 流速水头值，即得测压管水头线。
（3）绘制总水头线和测压管水头线的原则
6m，确定水泵允许安装高度，计 算水泵的扬程。
l1 2 0 z2 [ ( 1 2 )] 2g d 2g p2
2
l1 2 z2 [1.0 ( 1 2 )] d 2g p2 6
z2 6 l1 [1.0 ( 1 2 )] d 2g
所以
10 5 2.392 h s 7.9 (1 0.033 2.5 0.55) 0.4 19.6 5.46m
2.水泵装置的水力计算
（1）吸水管的水力计算。吸水管的计算在于
确定吸水管的管径及水泵的最大允许安装高 程。 （2）压力水管的水力计算。压力水管的计算 在于决定必需的管径及水泵的装机容量 例题2流量 Q， 吸水管长 l 1 ，压水管长 l 2 ，管 径d，提水高度z ，各局部水头损失系数，沿 程水头损失系数要求水泵最大真空度不超过
Q c A 2 gz 0.383 0.785 0.42 2 9.8 2 0.30 m3 s
（2）计算虹吸管的最大安装高度 列河道水面和虹吸管下游转弯前过水断面的 能量方程 p2 2 0 0 0 hs h w 2g
Q 0.30 2.39 m s 2 A 0.785 0.4
2
60°
60°
s
1
3
1 1 0.4 C R 48.66 m s n 0.014 4
1 6
1 6
1 2
河道
z
渠道
图5-6
8g 78.4 2 0.033 2 C 48.66
c
1 L d 1 0.033 27 2.5 2 0.55 1.0 0.4 0.383
a.绘制总水头线和测压管水头线时，h f 沿管长 均匀分布；h j 发生在局部的管段上，则在该断 面上有两个总水头，一个是局部损失前的，一 个是局部损失后的。 b.在绘制总水头线时，应注意进口的边界条件
图5-3 管道的进口边界
3）在等直径管段中，测压管水头线与总水头线 是平行的。
4）在绘制总水头线时，应注意出口的边界条件
图5-4 管道出口的边界
§6—2
长管中的恒定有压流
如果作用水头的95%以上用于沿程水头损 失，我们就可以略去局部损失及出口速度水 头，认为全部作用水头消耗在沿程，这样的管 道流动称为水力长管。否则为水力短管。
复杂管道的水力计算
以沿程损 失为主，水 头线中不画 局部损失和 速度水头。
Q1
hf 1 hf 2 hf 3
2.淹没出流
管道出口淹没在水下，称淹没出流。
在图5-2中，列断面１ －１与２－２的能量 方程：
z
2 00
2g
hw1 2
图5-2
若不计上游流速水头，则
z0 z
z0 h f 1 2
h
jቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
L d
2 2
2g
说明：简单管道在淹没出流的情况下，其 作用水头完全被消耗于克服管道由于沿程阻力、 局部阻力所作负功所产生的水头损失上。
简单管道水力计算的基本类型 1.输水能力计算 当管道布置、断面尺寸及作用水头已知时， 要求确定管道通过得流量。对于短管和长管都可 以用公式直接求解。 2.已知管道尺寸和输水流量Q ，求保证输水流量 的作用水头H。 实际是求通过流量Q时管道的水头损失，可 以直接计算，但对于长管需要先计算管内流速， 以判别是否要进行修正。 3.已知管线布置和输水流量，求输水管径d 。