第5章压力管路的水力计算.ppt
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1、1,第5章 压力管路的水力计算,2,第5章 压力管路的水力计算,压力管路:在压差作用下,管内充满流体流动的管路,称为压力管路。,前两章介绍了流体流动的基本原理,本章介绍这些原理在工程实际中的应用,具体应用时,常要参考设计和施工的经验,对前面所学的公式作一些简化。,长管,短管,从能量角度划分为,压力管路,3,第5章 压力管路的水力计算,长管:比动能和局部水头损失可以忽略的管路。,短管:比动能和局部水头损失不能忽略的管路。,对长管,hw=hf,能量方程变为:,H 表示能量供应,作用水头;hf 表示能量消耗,水头损失。,一般:hj=510%hf,则:,4,第5章 压力管路的水力计算,5.1 管路特性
2、曲线,管路特性曲线:一条管路上的水头H与流量Q之间的关系曲线。即H=f(Q),,对特定的管路,其关系一定。,令,称为管路综合系数。,例如:管路上的总水头损失,5,第5章 压力管路的水力计算,则,当L、d一定时,,将 画为曲线,称为管路特性曲线,见下图:,6,第5章 压力管路的水力计算,对有泵的管路,象如图的例子,泵的的扬程为:,有泵的管路特性曲线,通过管路特性曲线,可以了解管路的工作状况。,7,第5章 压力管路的水力计算,5.2 长管的水力计算,1、简单长管,单一直径管,所研究的管段内无泵、分支、阀门、变径等。只有沿程损失hf。,hf 的通式,层流,(1),8,第5章 压力管路的水力计算,水力
3、光滑区,(2),水力粗糙区(阻力平方区),混合摩擦区,大庆设计院推荐:,(3),(4),其中,,9,第5章 压力管路的水力计算,最后将(1)、(2)、(3)、(4)式归纳为:,列宾宗公式,其中,系数和指数m,根据不同流态由下表确定:,10,第5章 压力管路的水力计算,管路计算中的三类问题,第一类问题:,已知:d、L、布置(z1,z2)、流量Q,求:hf,进而求 i、p,已知 p2 求 p1。,求解步骤:,由已知Q、d、,求出Re,确定流态;选用 的计算公式(或确定、m值),求 hf;求 p、i,(,)当p2已知,可求得 p1,选泵。,11,第5章 压力管路的水力计算,第二类问题:,已知:d、L
4、、布置(z1,z2)、p(hf),求:Q,即在压力降限制下的最大输送能力。,此类问题的问题:,可见:未知数Q、(、m)为两个未知数,应有二个方程,现只有一个,故不可解。,解法一:流态试算法,先设流态,选用、m,计算,,计算Re,校核流态。如流态与所设流态一致,则Q为所求,否则重新设流态计算。,12,第5章 压力管路的水力计算,解法二:用管路特性曲线求Q,先假设几个流量Q1、Q2、Qm,按第一类问题,计算hf1、hf2、hfm,绘成管路特性曲线,再由已知hf查得Q。,第三类问题:,已知:L、管路布置(z1,z2)、流量Q,求:设计最经济管径 d。,13,第5章 压力管路的水力计算,此类问题的问题
5、:,当选用的管径太大,d大 用钢材多 成本高,但是,d大 V小 hf N泵 动力费用少 总费用少。,当选用的管径太小,d小 省钢材,但是,d小 V大 hf N泵 动力费用 总费用。,故:d 偏大、偏小都不合适,管径的选择必须全面考虑各方面的利弊。既要保证一定的流速,又要符合经济要求,使输油成本尽可能地节省。,根据经验,合理经济流速的选择:油田内部或库内管线:12 m/s 外输管线:13 m/s,14,第5章 压力管路的水力计算,设计管径的步骤大致如下:,根据设计流量,在适宜的流速范围内选择几种不同的管径;按照所选管径算出实际流速;根据实际流速,管径及油品粘度计算雷诺数,确定流态,进而计算水头损
6、失;,由总水头损失及压降确定泵的扬程、功率,从而算出每年动力消耗费用,(如图曲线);计算全部设备管线投资及每年的管理、保养等费用,(如图曲线);把选用不同管径时,每年所需各种费用全部开支一一算出;以管径d为横坐标,年费用为纵坐标,绘成曲线,曲线表示两种费用总和与直径d的关系。取曲线最低点对应的直径dm即为经济直径。,这里,dm为最优,但是考虑将来的发展,取ddm即可。,15,第5章 压力管路的水力计算,2、串联和并联管路,串联管路,定义:由不同管径的简单管路顺次联接而成的管路。,16,第5章 压力管路的水力计算,水力特点: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。
7、如果流入节点的流量为正,流出节点的流量为负,则可写成:,它反映了连续性原理,全线总水头损失为各分段水头损失之和。,它反映了能量守恒原理。,17,第5章 压力管路的水力计算,并联管路,定义:自一点分离而又汇合到另一点处的两条或两条以上的管路。,条件:在节点A处,满足:各管的压强相同:各管的位置水头相同:,18,第5章 压力管路的水力计算,水力特点:进入各并联管的总流量等于流出各并联管的流量之和,即 不同并联管段从AB单位重量液体的能量损失相同,即:,19,第5章 压力管路的水力计算,串联管路在多数情况下都是在流量已知的情况下,按合理流速来选择管径,然后按第一类问题求解,比较简单。并联管路则涉及各
8、条管线的流量分配问题,即使总流量已知,但因各条管线流量不确定,使得其计算变为第二类问题,必须采用试算法。,串联和并联管路的水力计算,20,第5章 压力管路的水力计算,并联管路的水力计算:,设已知:Q,d1、d2、dn,l1、l2、ln求:Q1,Q2,Qn,hfAB?,解:设各管流态不同(流态试算法),21,第5章 压力管路的水力计算,(a),(b),22,第5章 压力管路的水力计算,如果Q1求出来,则Q2、Q3、Qn即可得到。,又对1管,有:,由上(a)、(b)、(c)三式解出 n+1个未知数。,(c),校核流态:,由Q1 V1 Re1 定出流态(与假设相同时,Q1为所求)Q2 V2 Re2
9、定出流态(与假设相同时,Q2为所求)Qn Vn Ren 定出流态(与假设相同时,Qn为所求),所以,Q1、Q2、Q3、Qn、hf 均求出。,23,第5章 压力管路的水力计算,当各管的流态相同时,1 2 n,m1m2mn,更为简单。,(a)式可得到简化,用上法可求出Q1、Q2、Q3、Qn、hf。,24,第5章 压力管路的水力计算,3、分支管路,定义:从一根总管分支出几根支管后不再汇合的管路。,分支管路的形式,从一处送往多处:,从多处汇集到一处:,25,第5章 压力管路的水力计算,分支管路的水力特点,分支管路相当于串联管路的复杂情况,它具备串联管路的两个特点。,节点处:,沿串联线上:,26,第5章
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