第五章管路计算 31页PPT文档

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0t
间接水击压强比直接水击压强小。
四.减小水击危害的措施
1.规定最大流速 2.延长阀门启动时间 3.采用管径大,管壁薄,弹性模量小的管道。 4.设置安全阀 5.设置缓冲装置
第六节 无压均匀流的计算
无压流:液体在重力作用下产生的流动,通常具有 自由表面,且自由表面上受大气作用。
无压均匀流:流线是相互平行的直线的无压流。 例如:天然河道中流动和明渠流
实际:增压和减压过程的交替。
二.水击现象发生的过程
如图所示,假设阀门突然关闭,(即关闭时间趋于0, 且采用无粘性液体模型)设阀门关闭前水流的速度为V0,, 水击发生的过程如下:
静水头线
d
v0
a
L
p r
0
nm
n
b
m
1.减速增压过程Ⅰ
当阀门突然关闭,m-n 断面最先停止流动,动量在
瞬间发生变化。其动量变化量= F t 压强瞬间上升
d
2g

v2

4 Q 代入上式可得:
d2
H
8( l
d
g 2d4
)
Q2
另SH

8(
l d


g 2d 4
)
能量方程转化为
H SHQ2 (1)
H ——作用水头。(m)
SH ——阻抗,也称为管路特性阻力系数(s2/m5) Q ——流量。(m3/s)
如果是气体管路,不具有明显的水头特征,应该采
一.无压均匀流的特点及产生条件
特点:⑴过流断面形状,尺寸及深度沿程不变。 ⑵流速分布,断面平均流速沿程不变。 ⑶坡度i 不变=水面坡度=总水头线坡度
i Jp J
⑷合外力为 msgi nFf
产生条件:
⑴流量沿程不变,且为恒定流 ⑵长直管道或棱柱形正底坡的长渠道
⑶固体壁面的表面粗糙系数沿程不变,且流道
一、串联管路:
串联管路是由许多简单管路首尾相接组合而成,如 图所示。
H
S1 d1
S2
S3
d2
d3
QV1 a QV2 b QV3 c
简单管路是构成复杂管路的基本单元。
特性一、流量规律
当无节点分流: QQQ
1
2
3
特性二、阻力损失规律
h h hh h sQsQsQ 即 e13 e2 2 e3
2
2
2

e1 3
11
22
33
特性三、阻抗规律
因:串联管路
QQQQ
1
2
3
n
故ss1s2s3即 s s i
S——管路总阻抗数(
) s 2
i 1
m5
s i ——各管段的阻抗数(
而对于长管:
s2 m5

hf hf i A iLiQ i2
二、并联管路:
h
1
a
2 3
b
流体从总管路节点a上分出两根以上的管段,而这
些管段同时又汇集到另一图节5点-1b上5 ,在a和b之间的各管
段称为并联管路。
特性一、流量规律
由质量守恒定律 流入流量=流出流量
QQQQ
1
2
3
特性二、阻力损失规律
节点a,b处单位能量只有一个值,即( z
p r

v2
2g

a或b,所以单位重量流体通过任意并联分支的能量损失必
然相等。
h h h h e 1
中无障碍物
二.无压均匀流的水力计算方法
㈠水力计算公式 h f

l d
v2
2g
则任意断面:hf 4 lR2 vg 2 v2h ef 8 gRJR 8 g
8g
设C= 则开方得: v c RJ
R C——谢才系数(
m 0.5
s

反映沿程阻力变化规律的系数,与
e和k d
有关
经验公式:C=
管路的 QV2。
QV
=0.025,干管中的流量QV=1×10-3m3/s,求QV1和
a
解:节点a.b间并联有1.2两管段,



2
1
计算S1、S2,
QV
b 图 5-16
所以
则:
又因: 于是得:
第四节 管网计算基础
管网是一种在许多节点处有分支、由简单管路经过 串联和并联所构成的复杂管路。工程中的一切复杂管路 系统均为管网。管网按其布置方式可分为枝状管网和环 状管网。如下图所示。
2、“长管”:指局部损失在总损失中所占的比例 较
小(不超过沿程损失的10%),计算时可将其 忽略或按照沿程损失百分比(5%~10%)进行估 算的管路。城市中的给水干管、供热干管以及 长距离输油管道可以按照“长管”考虑。
三、管路的构成类型:
1、简单管路: 简单管路是指管径和流量沿程不发生变
化的管路。简单管路是构成各种复杂管路的 基本单元。 2、复杂管路:
1 n
R
1 6
n——粗糙系数,可查表得 此式在n<0.02 R>0.5m范围内使用
而对无压均匀流:i Jp J 故 v c Ri
A 则 QvA
CRi代入C=
1 n
R
1 6
R i 则 v 1
21 32
n
R i 1
21
Q A 3 2
n
(二)圆管无压均匀流的计算
若设满管流的速度和流量为V0Q0 ,非满管流的速度
二、“长管”的计算:
在长距离输水系统中,局部损失和出口处的流速水头 要比沿程损失小的多,因此可以忽略不计。
列水箱水面1-1和管道出口断面2-2之间能量方程
Z1p12 v1 g 2 Z2p 2v 22 g 2hl
将方程进行整理并忽略局部水头损失和流速水头,可得
Hhf SH'Q2
( p p),这样水层m-n 受到压缩,而管壁则受到 0 膨胀。m-n 停止运动后,后面的各水层会相继停止流动,
形成以波的形式从阀门开始的减速增压过程,直到
靠近水池的水层停止。t L(C----水击波速)
c
2.减速增压过程Ⅱ
由于惯性及压差作用,管道中水的压缩得以缓解,以
波的形式向阀门方向传递,这是解压波。当 t
中。取基准面O-O通过管道的轴线,水箱水面到基准面
的距离为H。
列水箱水面1—1和管道出口断面2—2的能量方程
Z1p1v12 Z2p2v22hl
2g
2g
整理可得 H(l ' 1)v22
d
2g
如果将出口处的流速水头看作ζ=1的局部水头损失,并
且合并到∑ζ’中去,则
H ( l ) v22

e2

e3
e总
特性三、阻抗规律
sQ sQ sQ 由上式得:
2
2
2

11
22
33
又因并联管路 Q 总 Q 1Q 2Q 3 得
1 1 1 1
s
s1
s2
s3
并联管路各管段流量之比为:
例题:某两层楼的供暖立管,管段1的直径为20mm,总长为 20m, =15。管段2的直径为20mm,总长为10m, =15,
8
B
C
3
7
Q V3
A
6
5
4
1
G
D
枝状管网 Q V 2
图 5-17
Q V1 2
F
E
环状管图 5网-1 8
一.管网水力计算的类型
h ⑴设计计算:确定d , e 和进行阻力平衡。
⑵校核计算:核算阻力损失及Q和动力设备。
二.管网的水力计算方法
㈠支状管网: ⑴划分管段,进行节点编号 ⑵确定最不利的管线,即确定一条主干线。
⑶初选管径 d `
4Q
v
通过限定流速[V]来计算d。
⑷确定实际管径d,根据查取标准规格的管径d,确定d
之后再核算流速v
,(v=
4Q
d
2 )在流速范围内即满
足要求。
⑸阻力损失计算
h ⑹选择动力设备,根据 e 选择
⑺阻力平衡
(二)环状管网:
1、任一节点(如G点)流入流出的流量相等,即 2、任一闭合环路(如ABGFA)中,如规定顺时针方向流
2、校核计算:校核计算一般是在管路直径、作用
压头已知的条件下,确定通过管路的流量,即校核 管路的输送能力。这类问题在旧工程的改建或扩建
中会经常遇到。
二、管路流动的类型:
1、“短管”:指局部损失在总损失中所占的比例 较
大(超过沿称损失的10%)两部分损失必须是 同时考虑的管路。工程实际中的大多数管流都 需要按照“短管”来处理。
和流量为V Q,则:
2
va c Ri v0 c0 R0i0
R R 0 1 61 6R R 0i0iR R 03f2d h
2
流量比:
Q Q0 v0 vA A0 R R03
A
A0
f h 1d
结论:流量比和流速比都是充满度的函数

体 力 学
(3)根据上面给定的流量QV,若计算出来的 则每段管路应加校正流量⊿QV:
不为零,
在每一管段上加校正流量,便得出第一次校正后流量
QV1。 (4)重复上述程序,算出第二次校正后流量QV2,直到满足
工程精度要求为止。Leabharlann Baidu
第五节 压力管路中的水击
一.压力管路中的水击现象
定义:压力管路中运动的液体,由于外界条件的改变(阀门 的启闭和水泵的启闭)使液体的流速发生突然的改变, 从而引起压强的突然升高和降低(升高和降低在交替 中进行)现象称为水击。
用压强来表示,即在(1)式两端乘以容重γ,则其计算
公式变为
pHSH Q 2SpQ 2
8( l )
Sp
d
2d4
p ——作用压强(N/m2) Sp ——阻抗(kg/m7) Q ——流量(m3/s) 注:上述计算式中的包含了系统中所有的局部阻
力构件及管道出口处的局部阻力系数。
式中 S H ' ——长管管路阻抗(s2/m5)
上式是长管的特性阻力方程式,在给水工程中,常
将该式写为 Hhf ALQ2
式中 A——长管管路比阻,(s2/m6) L——管道长度(m) Q——流量(m3/s) 在实际工程中,为了简化计算,常将比阻值整理成
专用水力计算表,可在设计手册中查到。
第三节 串联与并联管路计算
复杂管路是指管径或流量沿程发生变化 的管路。根据其具体的布置情况又可以分为 串联管路、并联管路和管网。管网属于分支 管路,按其分枝的特点可划分为枝状管网和 环状管网。
第二节 简单管路计算
一、“短管”的计算:
如图所示的简单管路短管系统,管道的直径为d,
管道的长度为L,水箱中的水通过该简单管路流入大气
第五章 管路计算
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节
管路计算的任务 简单管路计算 串联与并联管路计算 管网计算基础 压力管路中的水击 无压均匀流计算
第一节 管路计算的任务
工程是几种的各种流体输配管路,例如供水管 路、供热管路、通风管路等都会涉及到管路的计算 问题,即流量、能量损失和管道几何尺寸之间关系 的确定问题。管路计算的任务就是利用流体力学的 基本理论,根据流体在管路中的具体流动规律,确 定其流量、能量损失和管道几何尺寸之间的关系, 工程是几种也将管路计算称为水力计算。
动的阻力损失为正,反之为负,则各管段阻力损失的 代数和必等于零,即 哈迪.克罗斯计算程序:
A
B
E
G
F
C
H
(1)将管网分成若干环图路5如- 1图95-19上分成Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个
闭合环路。按节点流量平衡确定流量QV,选取限
定流速v,定出管径D。
(2)按照上面规定的流量与损失在环路中的正负值,求出
每一环路的总水头损失 (以后写作 )。
t 往返两次。
往返一次所需的时间称为水击相
2L sc
c
三.水击压强的计算
㈠直接水击
t t t s 时
pc t 0
C——水击波速(m/s) C=
1425
1 E 0 d E8
管径大,管壁薄,管材弹性模量小的管道,其水击
波速小。
(二)间接水击
t v t t s 时
p c s 1
一、管路计算问题的类型:
1、设计计算:设计计算是在管路布置已经确定、 流量已知的条件下,选择合适的管径并计 算水头损失,以便合理地选用泵与风机。
例如在供热、通风管路设计中,管路的布置和流量 是根据工程的具体要求确定,管路计算的任务就是 经济合理地确定各管段的管径,计算流动时所产生 的能量损失,合理地选择出泵与风机。这类问题在 从事新工程设计时会经常遇到。

2L c
时,
解压波传递到阀门。
3.减速减压过程Ⅲ
由于惯性,管道中的水流压强由P0降低为(
p 0

p),
这个低压弹性波又以波的速度从阀门向水池方向传播,当
t 3 L 时传到水池,管道处于瞬时低压( p p )状态。
c
0
4.增速增压过程
管道中压强为P0 ,水池中为 t

4L c
时,增压弹
性波传递到阀门。此四个过程构成一个周期,即 T 4 L ,
第 五 章
特点:①
h d

0.9
5 时 Q Q0
m
1.0
ax
8
7
·

与 风 机 精

h d

0.81 时
Q Q0
m
1.16
ax
品 课
原因:R=A/X,当充满度达到一定值后,随着充满度的

增加,过流断面积的增长率小于湿周的增长率而
水力半径变小,使Q和V也减小。
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