流体力学 压力管路的水力计算.docx

第五章压力管路的水力计算
主要内容
长管水力计算
短管水力计算
串并联管路和分支管路
孔口和管嘴出流

基本概念：
1、压力管路：在一定压差下，液流充满全管的流动管路。（管路中的压强可以大于大气压，也可以小于大气压）

注：输送气体的管路都是压力管路。

2、分类：

按管路的结构特点，分为
简单管路：等径无分支
复杂管路：串联、并联、分支

按能量比例大小，分为
长管：和沿程水头损失相比，流速水头和局部水头损失可以忽略的流动管路。
短管：流速水头和局部水头损失不能忽略的流动管路。

第一节管路的特性曲线
一、定义：水头损失与流量的关系曲线称为管路的特性曲线。
二、特性曲线
（1）
把代入上式得：
（2）
把上式绘成曲线得图。

第二节长管的水力计算
一、简单长管
定义：由许多管径相同的管子组成的长输管路，且沿程损失较大、局部损失较小，计算时可忽略局部损失和流速水头。

2、计算公式：简单长管一般计算涉及公式
（3）
（4）
（5）
说明：有时为了计算方便，hf的计算采用如下形式：
（6）
其中，β、m值如下
流态βm层流4.151（a）水力光滑0.02460.25（b）混合摩擦0.0802A0.123（c）水力粗糙0.0826λ0（d）公式（6）的推导：
因为且
所以（7）
层流时，代入（7）式得：

即：β＝4.15，m＝1
水力光滑区，代入（7）式得：

即：β＝0.0246，m＝1
由大庆设计院推得经验公式，在混合区：

即：β＝0.0802A，m＝0.123
其中，
粗糙区

即：β＝0.0826λ，m＝0

3、简单长管的三类计算问题
（1）第一类：
已知：输送流体的性质μ，γ
管道尺寸d，L，Δ
地形Δz
流量Q，，
求：hf，Δp，i
解：Q→V→→确定流态→β，m，λ→hf→伯努利方程求Δp

（2）第二类：
已知：μ，γ，d，L，Δ，Δz，Δp
求：Q
解：Q未知→流态也未知→β，m，λ无法确定→试算法或绘图法

试算法

a、先假设一流态，取β，m值，算出Q’

b、Q’→→→β’，m’，校核流态
如由Q’→Re’和假设一致，Q’即为所求Q
c、如由Q’→定出的流态和假设不一致，重复a。

B.绘图法

按第一类问题的计算方法，选取足够多Q，算出hf值，然后绘制图形。使用时由hf查找Q即可。
（3）第三类：
已知：Q，Δp，Δz，Δ，L，μ，γ
求：经济管径d
解：考虑两方面的问题
①d↑，材料费↑，施工费、运输费↑
V↓，损失↓，管理费用↓
②d↓，一次性费用↓
V↑，损失↑，设备（泵）费↑
如何解决这一矛盾，正是一个管径优选问题。钻、采专业大纲要求一般了解。

二、串、并联管路
1、串联管路

①定义：由不同管径的管道依次连接而成的管路。
②水力特征：
a、各联结点（节点）处流量出入平衡，即进入节点的总流量等于流出节点的总流量。

其中，进为正，出为负，它反映了连续性原理。
b、全线水头损失为各分段水头损失之和，即：

它反映了能量守恒原理。

2、并联管路

①定义：两条以上的管路在同一处分离，以后又汇合于另一处，这样的组合管道，叫并联管路。
②水力特征：
a、进入各并联管的总流量等于流出各并联管的总流量之和，即

b、不同并联管段A→B，单位重量液体的能量损失相同，即：

3、分支管路
①定义：自一点分开不再汇合的管路
②水力特征：
a、节点处流出与流入的流量平衡
b、沿一条干线上总水头损失为各段水头损失为各段水头损失总和
c、节点处：
4、串、并联管路的水力计算
①串联管路——属于长管计算第一类问题
已知：Q
求：d
解：确定合理流速V合理＝？→合理d
②并联管路——属于长管计算第二类问题
5、串、并联管路在长输管线上的应用
①增加输送流量
②延伸输送距离
③克服翻越点

例1：
某水罐1液面高度位于地平面以上z1＝60m，通过分支管把水引向高于地平面z2＝30m和z3＝15m的水罐2和水罐3，假设l1=l2=l3=2500m,d1=d2=d3=0.5m,各管的沿程阻力系数均为λ＝0.04。试求引入每一水罐的流量。

解：取1-1、2-2两液面列伯努利方程：

所以，（1）
取1-1、3-3两液面列伯努利方程：

所以，（2）
又（3）
得

第三节短管水力计算
许多室内管线，集油站及压水站内管线管件较多，属于短管。
短管计算问题，多涉及到能量方程的利用：

一、综合阻力系数

已知：
大直径管段：直径d1，长l1
小直径管段：直径d2，长l2
孔板直径：d孔
则全管路总水头损失为：

为了计算方便，一般以出口速度作为标准，把其它速度化成出口速度表示的形式，由连续性方程：

ζc——综合阻力系数
二、短管实用计算通式
由图A→B，1－1～2－2断面列能量方程：

令——称