第5章 压力管道水力计算

假定一个流态
选取β、m值
计算Q
不相符
计算Re
相符
校核流态
Q
第三类问题的计算步骤
（3）已知hf 、 qV 、l、、 Δ ，求d。
方法一：
hf qV l Δ
假设d1
取d1 = d2
计算v1，Re1， 1
N
Y 计算d2
d = d2
E3：
பைடு நூலகம்50℃的四氯化碳，密度
通过长 的钢管，流量
管道需要L的管 径20dm。 p / l 3.7kPa/ m
层流：
64 Re
16d
Q
hf
8LQ 2 g 2d 5
16d
Q
8LQ 2
g 2d 5
4.15
QL
d4
水力光滑： 0.3164
Re 0.25
0.3164
(d
4Q
)0.25
hf
0.0246
Q L 1.75 0.25
d 4.75
水力粗糙：
hf
8LQ 2 g 2d 5
0.0826 Q2L
4）由水头损失确定泵的扬程及功率，计算出每年动力消耗费用； 5）计算全部设备投资、管线投资及每年平均折旧费； 6）计算每年的检修、保养及管理费用； 7）把选用不同管径时每年所需各种费用全部开支一一算出； 7）以管径为横坐标，年费为纵坐标，绘成曲线，选择经济直径。
二、串联管道
由不同管道直径和管壁粗糙度的数段根管子连接在一起的管道。
m 1 0.25 0.123 0
3、三类计算问题
简单管道的水力计算是其它复杂管道水力计算的基础。 （1）已知qV、l、d 、、 Δ ，求hf；（选泵的扬程） （2）已知hf 、 l、 d 、 、 Δ ，求qV；（输送能力） （3）已知hf 、 qV 、l、、 Δ ，求d。（设计管路）
第一类问题的计算步骤 （1）已知qV、l、d 、μ、 Δ ，求hf； qV、d 计算v
D
4 0.1952 0.31106
8.29105
则重新计算：
1
(2 lg
1 3.7d )2
0.03155
Q2
( g 2d 5hf 8l
)0.5
9.81 2 0.35 41
8 0.031551000
0.5
0.1954m3
/
s
再重新演算， 最后所求的流量为
0.1954m3 / s
方法二： （2）已知hf 、 l、 d 、 、 Δ ，求qV；
hw12
3、达西公式：
4、包达公式：
hf
L
d
v2 2g
hj
v2 2g
5、雷诺数：
Re vd vd
三、基本概念
1、有压管道：管道被水充满，管道周界各点受到液体压强作用，其断面各点压强， 一般不等于大气压强。
管壁 管壁
液体
液体自由面
有压管道
无压管道
工程中，常用各种有压管道输送液体，如水电站压力引水钢管；水库有压泄洪 隧洞或泄水管；供给的水泵装置系统及管网；输送石油的管道。
而
d
1.7 300
0.0057
59.7
8
7
59.7
8
0.011337
9993
665 765lg
58848
则：
(2 lg
1 3.7d )2
0.0316
Q1
(
g 2d 5hf 8l
)0.5
9.81 2 0.35 41
8 0.03161000
0.5
0.1952m3
/
s
再算：
Re1
4Q1
B Q
例题5-4：
并联管路系统中，
，管材都为新的无缝钢管， ，总流量
，
试求每条分支管路的流L量1Q1，10Q02。m该, d流1 体 15mm, L2 200m, d2 10mm
（2）理论上有层流到湍流应有折点，实用上不予考虑，而绘制成光 滑曲线。
（3）根据水头损失的计算通式，当有局部水头损失时，可折算为当 量长度并入沿程水头损失；
（4）管路特性曲线对于确定泵的工况和自流泄油工况，将有重要作 用，在工程中经常使用。
hw
hf
L
d
v2 2g
L
(
4Q
d 2
)2
d 2g
8LQ2 g 2d 5
工程流体力学
第五章 压力管路的水力计算 主 讲：魏纳 石油工程学院
一、主要内容：
1、长管计算实用公式； 2、串联、并联管路水力计算； 3、短管计算实用公式； 4、孔口出流与管嘴泄流；
二、应用公式：
1、连续性方程：
2、伯努利方程：
v1A1 v2 A2
z1
p1
1v12
2g
z2
p2
2v22
2g
hf1 hf 2 hf 3 hf
hf
lv2
2gd
各支水头损失，按长管计算，则
各支的流量与总流流量之间应满足连续方程，即
n
Q
Q 1
Q 2
Q 3
Qi
i 1
若总流的流量及各并联支管的直径、长度、 和粗糙度已知时，可求出总流量、支流量以及水 头损失；
hf 求出后，再求出各支管的流量
两类计算问题
1.31105
0.046 0.00145 d 31.8
再查莫迪图：
0.0238
d
(
8LQ2 g 2hf
1
)5
(
8
0.0238 20
9.81 2
(2 103 4.74
)
2
)0.2
31.9mm
取： d 32mm
方法二： 1）根据设计流量，在适宜的流速范围内选择几个不同的管径；
2）按照所选管径算出经济流速； 3）根据经济流速、管径及油品粘度计算雷诺数，确定流态，计算水头损失；
0.15
1.274 104
0.30 0.002 d 150
59.7
8
59.7
8
32846
因此，属于水力光滑区，则：
7 0.0047
hf
0.0246 Q1.75 0.25L 0.0246 0.121.75 (8105 )0.25 400 186.60m油柱
d 4.75
0.154.75
串联管道特征
1.各管段的流量相等
qv qv1 qv2 qv3......
2.总损失等于各段管 道中损失 之和
A 1
hw hw1 hw2 hw3......
B
H
2
两类计算问题 1、已知串联管道的流量qV，求hf 或扬程H ；
2、已知总水头H，求串联管道的流量qV 。
1 按长管计算 1
hf1
d
4 2103 6.1107
0.00046在莫迪图上查出：
4.17 104 0.1
0.0235
d 100
d
(
8LQ2 g 2hf
)
1 5
8 0.0235 20 (2103)2
(
9.81 2 4.74
)0.2
31.8mm
用 d 3重1算.8，m即m有：
Re
4Q
d
4 2103 6.1107 0.0318
假设管1的 q’V1 由q’V1计算管1的h’f1 由h’f1求q’V2和 q’V3
q’V1 = qV1
N
h’f1= h’f2 = h’f3
Y
结束计算
按q’V1 、q’V2 和 q’V3的比例计算 qV1 、qV2 和qV3
计算h’f1 、 h’f2和h’f3
A Q
Q1 d1 hw1 Q2 d2 hw2 Q3 d3 hw3
hf1 hf 2 hf 3 hf
hf
lv2
2gd
HA
hfA hf1=hf2=hf3=hf
l3 d3 S3 Q3
hf H
HB
l2 d2 K2 Q2
A Q
B Q
l1 d1 Q1
各支的流量与总流流量之间应满足连续方程，即
n
Q
Q 1
Q 2
Q 3
Qi
i 1
设各管径、流量分别为di、Qi ，i =1，3 。 考虑每一支的能量方程，则
p ghf 9509.8186.60 1.737MPa
第二类问题的计算步骤（不知道流量，试算）
方法一：
（2）已知hf 、 l、 d 、 、 Δ ，求qV； 假设Q
由Q计算 Re、
Q1= Q2
计算Q1
重新计算新的Re1、 1
N
由达西公式计算 Q2 Y
Q2
E2:
20℃的水，流过直径
糙度
，试求流量Qh。f
1
H0
v 2＋ 2g
hfi
hj (
i
li di
vi2 2g
i
vi 2 2g
v2 )
2g
三、并联管道
由几条简单管道或串联管道，入口端与出口端分别连接在一起的管道系统。
并联管道特征
1.总流量是各分管段流量之和。
qv qv1 qv2 qv3......
A Q
2.并联管道的损失等于各分管道的损失。
d5
过渡粗糙：
hf
0.0802
A
Q L 1.87 0.123
d 4.877
(式A中：10(0.127
lg
e d
）0.627)
可综合成一个公式：
hf
Q 2m m L
d 5m
式中系数β、指数m可根据不同流态在下表中选取：
流态 层流 水力光滑 过渡粗糙 水力粗糙