流体力学体验阻力-流动阻力与计算(3)

4.体验阻力（三）管路的类型与阻力计算管路系统的阻力管路水力计算管道输送时，管道内的压强不等于大气压时的管道，称为有压管道；管道内存在自由表面，且自由表面上为大气压强时的无压输送管道，称为无压管道。按结构分类，有压管路可分为等径、无分支管路系统的简单管路和复杂管路。复杂管路又包括串联管路、并联管路、分支管路和网状管路等。按局部损失的大小分类，可分为短管和长管。短管是指局部损失和流速水头之和不能被忽略的管路；长管是以沿程损失为主，局部损失和速度水头之和可以忽略不计（小于总水头损失5%）的管路。管道的水力计算问题均可以用所计算管道的总能量损失公式：和某两个缓变流断面间的伯努力方程解决：3.已知所需的流量Q和管路布置及管长L，计算管径d。通常在工程上遇到的管道计算问题有以下三种情况：1.已知所需的流量Q和管道尺寸L、d，计算压降Δp或确定所需的供水压头H。2.已知管道的尺寸L、d及水头H或允许的压降Δp，确定实际可以获得的流量Q。管道直径和管壁粗糙度均相同的一根管子或这样的数根管子串联在一起的管道系统称为简单管路。简单管路计算基本公式连续方程：沿程损失：能量方程：vAQgvdlhhfw22whgvgpgvgp22222211第一类问题的计算已知Q、L、d、μ、，求hfQ、d计算Re由Re、查莫迪图得，l计算hfH＝Z＋Pi－o＋Σhf1.已知所需的流量Q和管道尺寸L、d，计算压降Δp或确定所需的供水压头H。已知hf、l、d、μ、，求Q设由hf计算v、Re由Re、查莫迪图得New校核New＝=NewNY由hf计算v、Q第二类问题的计算？2.已知管道的尺寸L、d及水头H或允许的压降Δp，确定实际可以获得的流量Q。已知Q、l、布置，求dd或vhf能量消耗F1管子价格F2第三类问题的计算d费用FdcF＝F1＋F2／Y＝f（d）FminF1F2FF1＝f1（d）F2＝f2（d）（Y折旧年限）F1＝f1（d）F1＝NT1T2K1N：输送装置的功率T1：每天运行时间T2：每年运行天数K1：电价，元／千瓦时N＝ρQH／102ηH＝Z＋Pi－o＋ΣhfΣhf＝ΣhfL＋Σhfm总管路沿程阻力总管路局部阻力ρ：流体密度（kg/m3）Q：输送量（m3/s）H：扬程（m）η：效率F2＝f（d）F2＝（a＋bdn）ΣLf＝（a＋bdn）（单位管长价格）a，b由市场调查而得1.确定的dc应在流体流动的适合范围内；2.最终确定的dc应进行圆整。F’＝f’（d）＝0dc极值F’’＝f’’（d）0dH1最小值设d或v计算Re由Re、查得，计算得ΣhfL，Σhfm校核d’＝dd=d’NY得d？ΣhfL，Σhfm的计算由ΣhfL，Σhfm计算得d’如何设d？复杂管路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。串联管道特征1）对于无外泄漏的串联管路，各段流量相等，即：QQQQ321QQQQ321QQQQ321n当有外泄漏时，即的情况，则：0iqiiiqQQ12）串联管道的总作用水头等于各管段损失的之和，即：并联管道1）并联管路各支路中流体的水头损失相等（即每条管路两端有共同的压强值，因此每条管路中都有相同的压降），即：串联管道特征(i=2，3，4)故整个管路的损失为：51ffiffhhhHh(i=2或3或4)2)干管流量等于各分支管路流量之和，即：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。节点节点已知两节点处的压头（z+p/g)，求总流量Q已知总流量Q，求各分管道中的流量及能量损失。设管1的Q’1由Q’1计算管1的h’f1由h’f1求Q’2和Q’3h’f1=h’f2=h’f3Q’1=Q1N结束计算按Q’1、Q’2和Q’3的比例计算Q1、Q2和Q3计算h’f1、h’f2和h’f3Y求解方法相当于简单管道的第二类计算问题。Q1Q0Q0ABBHBH1Q2H2HQH：更高、更远Q：更多分支管道分支管道特征流入汇合点的流量等于自汇合点流出的流量。汇合点已知管路的尺寸、布置、粗糙度和流体性质，求通过各管道的流量。设J点的zJ+pJ/g求Q1、Q2和Q3是否满足连续方程N结束计算调整J点的zJ+pJ/gY213Jz2z1z3分流？合流？Z1－HJ＝111Z2－HJ＝222HJ－Z3＝333Q1＋Q2＝Q3321问题与思考如图所示，H保持恒定，两根完全相同的长管道，只是安装高度不同，两管道的流量关系如何？12如图所示，从自来水总管接一管段AB向楼房供水，在B处分成两路各通向一楼和二楼。两支路各安装一阀门，出口分别为C和D。已知管段AB、BC和BD的长度分别为100m、10m和20m（包括管件的当量长度），管内径皆为30mm。假定总管在A处的表压为0.343MPa，不考虑分支点B处的动能交换和能量损失，且可认为各管段内的流动均进入阻力平方区，摩擦系数皆为0.03。100m10m20m管径：30mm摩擦系数皆为0.03（1）D阀关闭，C阀全开时，BC管的流量为多少？（2）D阀全开，C阀关小至流量减半时，BD管的流量为多少？总管流量又为多少？4.6A处的表压0.343MPa解：（1）在A~C截面（出口内侧）列柏努利方程22AAAupgzCAfCCCwupgz,22CAzz0Au表）(0Cp2)(2,CBCABCAfudllw阀入口2)1(2CBCABAudllp阀入口)14.65.003.01010003.0/(100021043.35Cu=2.41m/s24duVCCsm/1071.1403.041.2332=(2)D阀全开，C阀关小至流量减半时：22AAAupgzDAfDDDwupgz,22其中：mzzDA50，0Au表）(0Dp2)(2)(22,DBDABDAfudludlw阀入口gpA52)1(2)(22DBDABudludl阀入口20.17.1414)03.0(41085.0427.141403.0/44/23222DDDcDDDDVVdVVuVVdVu059.221107.11028.1528DDVV化简得smVD/1010.834解得：sVVVDC/m1066.1101.8105.83344总管流量2)7.1414()14.603.02003.0(2)20.17.1414()5.003.010003.0(81.9510001043.3225DDVV对于分支管路，调节支路中的阀门（阻力），不仅改变了各支路的流量分配，同时也改变了总流量;对于支管阻力为主（总管粗，支管细）的分支管路，改变支路的阻力，总流量变化不大。实际生活中供水、供气所需的理想管路系统;对于总管阻力为主（总管细，支管粗）的分支管路，调节支路阀门，改变支路流量时，对总流量影响大。实际生产中不希望的管路系统。