能量损失及管路计算y.ppt

1,第六章能量损失及管路计算,任务：首先讨论沿程阻力系数和局部阻力系数的确定方法，然后着重讨论总流伯诺里方程和能量损失方程在管路计算中的应用。内容：第一节沿程阻力系数第二节局部阻力系数第三节管路计算第四节有压管路中的水击,2,第一节沿程阻力系数,一、尼古拉茨实验实验目的：Re、/d实验装置：人工粗糙管把经过筛选的大小均匀一致的固体颗粒粘贴在管壁上，这样的管路称为人工粗糙管。实验原理：能量方程,3,一、尼古拉茨实验,层流区,第一过渡区,第二过渡区,水力光滑区,水力粗糙区,紊流区,4,一、尼古拉茨实验,区层流区，Re2320。=64/Re 区第一过渡区，2320Re4000。实验点无明显规律。,。,布拉休斯公式(适用于Re=4000105),区水力光滑区，,尼古拉茨光滑管公式(适用于Re=1053106),5,一、尼古拉茨实验,区第二过渡区，,区水力粗糙区,阔尔布鲁克公式,尼古拉茨粗糙管公式,6,二、莫迪图,实验装置：工业管道。当量粗糙度：在紊流粗糙区，与相同直径人工粗糙管 具有相同，则把该人工粗糙管的相对 粗糙度定义为该工业管道的当量粗糙度。,7,二、莫迪图,8,例6-1,直径d=0.2m的普通镀锌管长l=2000m，用来输送v=3510-6m2/s的重油。当流量Q=0.035m3/s时，求沿程损失hf。若油的重度为=8374N/m3，压力损失是多少?,解：,故流动位于水力光滑区。用布拉休斯公式,=0.3164Re-0.25=0.31646366-0.25=0.0354,查表得普通镀锌管的当量粗糙度=0.39mm。,9,例6-2,某梯形巷道长l=300m，过流断面面积A=6.5m2，湿周长度=10.6m，当量粗糙度=8mm。当粘度=1.5710-5m2/s，=1.17kg/m3的空气以v=6m/s在其中流动时，求压力损失p。,(m),(Pa),解水力直径,故流动位于水力粗糙区，用尼古拉兹粗糙管公式,10,补充例题一,圆管直径d=78.5mm，阻力平方区的0.0215，求管壁材料的值。,解：,11,第二节局部阻力系数,一、局部阻力系数及局部损失 实验证明，流经局部装置时，流体一般都处于高紊流状态。这表现为 只与局部装置的结构有关而与雷诺数无关。,12,第二节局部阻力系数,三、局部装置的当量管长将局部装置的损失折算成长度为le的直管的沿程损失，则长度le 便是该局部装置的当量管长。,四、能量损失的叠加当一条管路中包含有若干个局部装置时，管路的总水头损失等于沿程损失与所有管件的局部损失之和。,13,补充例题二,水箱泄水管，由两段管子组成，直径d1=150mm，直径d2=75mm，管长l1=l2=50m，粗糙度是=0.6mm，水温20，管路出口速度是v2=2m/s，求：1）管段1和2的沿程阻力系数，及沿程损失。2）管路入口、变径处的局部阻力系数，及局部损失。3）管路入口、变径处的当量管长。4）求总损失、水箱水头H。5）并绘制水头线。,H,1,2,14,补充例题二,水箱泄水管，由两段管子组成，直径d1=150mm，直径d2=75mm，管长l1=l2=50m，粗糙度是=0.6mm，水温20，管路出口速度是v2=2m/s，求：1）管段1和2的沿程阻力系数，及沿程损失。,解：查表t=20时，水的运动粘度=1.51310-5m2/s,根据连续方程：,查莫迪图10.04，20.04,15,补充例题二,求：2）管路入口、变径处的局部阻力系数，及局部损失。,H,1,2,解,查表突缩局部构件，,管路入口，,变径处，,16,补充例题二,水箱泄水管，由两段管子组成，直径d1=150mm，直径d2=75mm，管长l1=l2=50m，粗糙度是=0.6mm，水温20，管路出口速度是v2=2m/s，求：3）管路入口、变径处的当量管长。,10.04，20.04,解：,对应于d1，v1，1,对应于d2，v2，2,17,补充例题二,4）求总损失、水箱水头H。,H,1,2,解：,0,0,2,2,列0-0，2-2截面的能量方程,18,补充例题二,5）并绘制水头线。,H5.9,1,2,理想流体总水头线,0.0064,0.17,5.44,0.2,实际流体总水头线,0.0857,0.0127,0.2,测压管水头线,19,补充例题三,测定一阀门的系数，在阀门的上下游装设了3个测压管，其l1=1m，l2=2m，若直径d=50mm，1150cm，2=125cm，340cm，流速 v=3m/s，求阀门的局部阻力系数。,1,2,3,l1,l2,解：列1、2和2、3截面的能量方程,1,3,2,20,第三节管路计算,一、管路的分类1.按管路的布置分类简单管路：管径沿程不变而且没有分支的管路；复杂管路：不符合简单管路条件的管路。如：串联管路、并联管路和分支管路。,21,第三节管路计算,已知管路布置(l,d)和通过的流量Q，计算水头损失hw或作用水头H。已知管路尺寸(l,d)和作用水头H，计算管路的通流能力Q。在作用水头H和流量Q给定的情况下，设计管路(已知管长l，确定管径d；或已知管径，求管长)。,二、管路计算的任务,2.按能量损失的比例分类长管：局部损失在总损失中占的比例较小的管路，如5%，这时常忽略局部损失。短管：沿程损失、局部损失大小相当，均需计及的管路。,22,第三节管路计算,三、简单管段及其特性方程简单管段是指管径、管材不变的管段，且中间没有分支，它可以含有若干局部构件。,23,第三节管路计算,四、简单管路：以某一简单管段为管路。,设,24,第三节管路计算,一、简单管路,25,第三节管路计算,例6-4对图6-6所示的管路系统。若已知H=50m，管长l=2000m，水温20(=10-6m2/s)。为保证供水量Q=0.2m2/s，应选多大的铸铁管(=0.4mm)。,解：,26,第三节管路计算,例6-4对图6-6所示的管路系统。若已知H=50m，管长l=2000m，水温20(=10-6m2/s)。为保证供水量Q=0.2m2/s，应选多大的铸铁管(=0.4mm)。,解：,315,1,311,0.0221,0.0013,820000,2.62,312,12,312,0.0225,0.00133,849000,2.83,300,d1(mm),/d,Re,v(m/s),d(mm),27,第三节管路计算,二、串联管路将直径不同的简单管段首尾相接便构成串联管路。,所以，串联管路的特点是：各条管路中的流量相等，等于总流量；各管的水头损失之和等于管路的总损失，即,28,例 6-5,矿井排水管路系统，排水管出口到吸水井液面的高差(称为测地高度)为 Hc=530m，吸水管直径d1=0.25m，水力长度L1=40m，1=0.025。排水管直径d2=0.2m，水力长度L2=580m，2=0.028。不计空气造成的压力差。当流量Q=270m3/h时，求水泵所需的扬程(即水泵给单位重量流体所提供的能量)H。解：,(s2/m5),(s2/m5),29,第三节管路计算,三、并联管路并联管路是由若干条简单管路(或串联管路)首、尾分别连接在一起而构成的。,所以，并联管路的特点是：各条管路中的流量之和，等于总流量；各管的水头损失之相等，等于管路的总损失，即,A,B,30,第三节管路计算,三、并联管路,31,补充例题四,某并联管路，已知l11100m，d1350mm，l2800 m，d2300mm，l3900 m，d3 400mm，沿程阻力系数均为0.02，局部阻力可忽略不计，若总流量Q600l/s，求并联管路的能量损失及各管的流量。,解：,32,第三节管路计算,四、分支管路,各条支管在分流节点分开后不再汇合的管路就是分支管路。,33,第三节管路计算,例6-7水箱A中的水通过管路放出。管路2的出口通大气。各有关参数为z0=15m，z1=5m，z2=0,d0=150mm，l0=50m；d1=d2=100mm，l1=50m，l2=70m。各管的沿程阻力系数均为=0.025。若总流量Q0=0.053m3/s，按长管计算，则(1)求各管中的流量和泄流量q。(2)若关闭泄流口(即q=0)，问水箱B中的水面升高到多少时，Q1=0，此时的流量又是多少?,四、分支管路,34,例 6-7,解：,列断面0-0和1-1能量方程：,不计管2出口动能，写出断面00和22的伯诺里方程，,q=Q0Q1Q2=0.0008(m3/s),(m3/s),(m3/s),(1)求各管中的流量和泄流量q。,连续方程,35,例 6-7,(2)若关闭泄流口(即q=0)，问水箱B中的水面升高到多少时Q1=0，此时的流量又是多少?,解：,当q=Q1=0时，Q0=Q2=Q,m3/s,36,习题6-21,两水池图示的管路相连。已知H=24m，l1=l4=150m，d1=d4=0.15m，l2=l3=100m，d2=d3=100mm。沿程阻力系数均为=0.03。不计其他局部阻力，则(1)阀门处的局部阻力系数是30时，管中的总流量是多少?(2)若阀门关闭，管中的流量又是多少?,解：,(1),37,习题6-21,两水池图示的管路相连。已知H=24m，l1=l4=150m，d1=d4=0.15m，l2=l3=100m，d2=d3=100mm。沿程阻力系数均为=0.03。不计其他局部阻力，则(1)阀门处的局部阻力系数是30时，管中的总流量是多少?(2)若阀门关闭，管中的流量又是多少?,解：,(2),38,第四节有压管路中的水击,管路中因某种原因使液体压力交替剧变这一现象称为水力锤击，简称水击。一、水击现象和水击压力的传播,(1)减速、升压过程(0tlc),(2)压力恢复过程(l/ct2l/c）,39,第四节有压管路中的水击,根据t与波相t0的大小，常将水击分为直接水击(tt0)和间接水击(tt0)。,(3)压力降低过程(2l/ct3l/c),(4)压力恢复过程(3l/ct4l/c),40,三、减弱水击的措施,在靠近可能产生水击的地方装设蓄能器或安全阀，以缩小水击波影响的范围或释放部分水击能量。尽量使阀门动作平缓。在条件允许的情况下，延长阀门动作的时间，避免发生直接水击。在管道上安装调压塔，使水击压力尽快衰减。,41,第六章小结,1.沿程阻力系数和局部阻力系数,层流区,第一过渡区,第二过渡区,水力光滑区,水力粗糙区,紊流区,42,第六章小结,2.管路计算管路按其布置可分为简单管路和复杂管路。复杂管路包括串联、并联和分支管路。计算时应熟知各种管路的特点：简单管路方程串联管路Q=Q1=Q2=Qn；hw=hw1+hw2+hwn并联管路Q=Q1+Q2+Qn；hw=hw1=hw2=hwn分支管路中，对任一个节点有Q进=Q出。水头损失应分段计算。,43,第四节孔口及管嘴出流,一、孔口出流的分类小孔口出流大孔口出流,定常出流非定常出流,44,第四节 孔口及管嘴出流,一、孔口出流的分类,H,d,有限空间出流无限空间出流,薄壁孔口出流管嘴出流,自由出流,淹没出流,45,二、定常薄壁小孔口自由无限空间出流,第四节 孔口及管嘴出流,出流特点：自由出流、出口收缩。Ca=A1/A 0.620.64,A:孔口面积,作用水头,流速系数Cv0.960.99,理论流速,实际流速,46,二、定常薄壁小孔口自由无限空间出流,第四节 孔口及管嘴出流,出流特点：自由出流、出口收缩。Ca=A1/A 0.620.64,A:孔口面积,实际流量,流量系数Cq=0.600.62,理论流量,47,第四节 孔口及管嘴出流,三.圆柱形外伸管嘴出流,出流特点：管内收缩,自由满管出流，出口无收缩。Ca=A1/A=1，但Ac/A1,0,0,1,1,H,48,第四节 孔口及管嘴出流,三.圆柱形外伸管嘴出流,出流特点：管内收缩、自由满管出流、出口无收缩。Ca=1,0,0,1,1,H,由于收缩断面在管嘴内，压强要比孔口出流时的零压低，必然会提高吸出流量的能力。,49,补充例题五,两水箱用一直径d140mm的薄壁孔口连通，下水箱底部又接一直径d230mm的圆柱形管嘴，长 l100mm，若上游水深 H13m保持恒定，求流动恒定后的流量 Q和下游水深H2。,解：在定常流时孔口和管嘴的流量均为Q,对孔口有：,对管嘴有：,