热工与流体力学_第4章

管路的能量损失为
简单管路的计算
hw gHw gSqV2 （J/kg）
管路的压力损失为
多用于不可压缩的气体 管路计算中，如空调、
通风管道算
pw gHw gSqV2 （Pa）
2020/4/1
从式
8 L
S
d
2d 4g
可以看出，
对于给定的流体（即一定）和管道（即L、d一定），在 各种局部管件已定，即已定的情况下，S仅随变化， 而值与流动状态有关，当流体流动处于湍流粗糙区时， 仅与相对粗糙度K/d有关。在工程实际中，大多数流动处 于湍流粗糙区，所以在管材已定的情况下，可视为常数。
2020/4/1
本章难点
1. 管路阻抗是为简化管路能量损失而引入的一个参数，它 综合反映了管路沿程阻力与局部阻力情况，管路阻抗 的应用是为管路系统设计打下基础，是工程计算的需 要。充分理解管路阻抗的概念和意义，掌握管路阻抗 的计算方法有一定难度，应结合例题与习题加强练习。
2. 实际工程中，对串、并联管路和枝状管网进行分析和计 算需要一定的技巧，会有一定的难度，应结合例题与 习题加强练习。
学习要求
本章的重点是简单管路和串、并联管路的管路计算，通过学习应 达到以下要求： 1. 理解各种管路的结构特点，能正确划分不同形式的管路。 2. 理解长管和短管的含义，掌握判断方法。 3. 充分理解管路阻抗的概念和意义，掌握管路阻抗的计算方法。 4. 掌握简单管路的流动规律，并能熟练应用于求解工程实际问题。 5. 熟悉串联和并联管路的特点，掌握其流动规律，能对串联和并联管 路进行计算。 6. 了解枝状管网和环状管网的特点及流动规律，初步掌握枝状管网的 计算方法。
60m，送风量qV1.5m3/s，空气温度20℃时密度1.205kg/m3， 运动黏度15.710-6m2/s，风道局部阻力系数总和3.5，
2020/4/1
图11-1 简单管路
2.长管和短管
(1) 长管
如城市集中供热干线、给水 干线、远距离输油管路等
管路中的流体能量损失以沿程损失为主，局部损失占
流体总能量损失的比重很小，可以忽略不计，或可按沿程 损失的5％～10％进行估算，这样的管路称为长管。
工程上常将L/d≥1000的管路按长管处理。
各种工业管道的规格可在有关手册中查得。 表11-1列出了流体输送常用钢管的规格尺寸。
2020/4/1
(2) 限定流速
所谓限定流速，是工程中根据技术经济要求 所规定的合适流速，也即管道造价和运行费用之 和相对较低的流速。
在管路计算时，应使管道内流体的流速在限 定流速范围内。
表11-2列出了一些流体在管路中的常用流速范围。
的局部阻力系数11，闸板阀的局 部阻力系数20.1，管道进口局部阻 力系数30.5，管道出口局部阻力系 数41，代入上式
8 L 8 0.038 50 31 0.1 0.5 1
S
d
2d 4g
0.1 3.14 2 0.14 9.81
19519 .7
（s2/m5）
将上述所有值代入伯努利方程，得
2020/4/1
二、简单管路计算的基本公式
对于简单管路，d、qV 不变
v 沿程不变
故管路的压头损失Hw为
Hw
L d
v2 2g
v2 L
2g d
v2
2g
v
qV
d2
4
8 L
Hw
d
2d 4g
qV2
令
8 L
S
d 2d 4g
（s2/m5）
Hw SqV2
（m）
2020/4/1
因此，S对于给定的管路是一个定数，它综合反映了管路 沿程阻力与局部阻力情况，故称为管路阻抗。式（11-2） 至（11-4）表明，在简单管路中，总能量损失与体积流量 的平方成正比。这一规律在管路计算中广为应用。
2020/4/1
三、简单管路计算示例
（1）已知管径、管长、管件和阀门的设置及允许的能量 损失，求流体的流速或流量。
H 0 0 0 0 0 0 SqV2
所以
qV
H S
5 0.016 （m3/s）
19519 .7
2020/4/1
（2）已知管径、管长、管件和阀门的设置及流体的输送量， 求流体通过该管路系统的能量损失，以便进一步确定设备内 的压力、设备之间的相对位置或输送设备所加入的外功。
例11-2 有一钢板制的风道，管径d300mm，管长L
z1
v12 2g
p1
g
He
z2
v22 2g
p2
g
Baidu Nhomakorabea
Hw
由题意知：z1H，v1 v20， p1 p20（表压），He0，z20， H w SqV2
因为
L d
50 0.1
500 1000
，故按短管计算，根据式（11-1）
8 L
S
d
2d 4g
2020/4/1
查附表13，当d100mm时，90弯头
例11-1 如图11-1（b）所示，水从的水箱A中经管路 排入大气中。已知：水箱液面至管路出口的高度差保持不 变，H5m，管路的总长度L50m，直径d100mm，沿程
阻力系数0.038，管路上装90的标准弯头3个，闸板阀1
个，试求管路流量。
2020/4/1
解：取水箱液面为1—1截面，管路出口外侧为2—2 截面，取水平基准面通过2—2截面。在1—1与2—2 截面间列伯努利方程
(2) 短管
如室内供热管、 通风空调管等
管路中局部损失具有相当的数值，可达到或超过沿程
损失的10％ ，局部损失不能忽略不计的管路。
工程上常将L/d＜1000的管路按短管处理。
2020/4/1
3.标准管径与限定流速
(1) 标准管径
各种工业管道的管径均按统一标准制造，因此都有一 定的规格。在进行管路计算时，管道的管径应按规格选取， 即应标准化。
第四章
管路计算
2020/4/1
学习导引
管道与附属件连接起来组成的流体输送系统 称为管路。制冷空调工程和热能动力工程离不开 各种管路系统，本章综合运用前面学过的连续性 方程、伯努利方程和能量损失计算式来讨论工程 上常见管路的流动规律，主要介绍了简单管路与 串联、并联管路和管网的计算原理与工程应用。
2020/4/1
2020/4/1
第一节 简单管路计算
一、基本概念
管路计算是工程上确定流量、阻力损失及管道几何尺 寸之间关系的水力计算。
根据管路敷设方式可将管路分为: 简单管路
复杂管路——串联管路、并联管路和管网
根据管路的沿程损失与局部损失的大小将管路分为 :
长管
2020/4/1
短管
1.简单管路
所谓简单管路就是具有相同管径d、相同流量qV和相同管 壁粗糙度的管段，它是组成各种管路系统的基本单元。