管路水力计算教案资料.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,管路水力计算,长管只计算沿程损失而忽略局阻损失和出流速度头。是工程上的简化。,1、,几个概念：,按能量损失型式将管路分为长管和短管：,（1）,管路系统,：构成流体流动限制，,并保证流体流动畅通的管件组合，简称管路。,（2）长管 ：凡局部损失和出流速度水头之和与管路的沿程阻力的和比较小，一般小于5，这样的管路称,长管或水力长管,。,（）并联管路：有分支，但有共同的汇合和,起始点。,（,3）短管：各项损失和出流速度头均需计及的管路，也称,水力短管,。,管路也可按结构分为,简单管路,和,复杂管路,：,（4）简单管路：等径，无分支。,（5）复杂管路：简单管路以外的管路，即,不等径，或有分支或二者兼之。,（）串联管路：首尾相连管径不同，无分支,的管路。,尽量减少动消耗，即能耗，节约能源，节约原材料，降低成本。,为达到上述目的，需计算确定,q,v,，尺寸（,、,d,），损失,p,。,（）枝状管路：枝状管路起始点不同，而汇合点相同。,（）网状管路：起始和汇合均不同的不规则管路。,2、设计管路的目的,（1）已知,q,v,和,、,d,，求,p,（外力流动）或供液水头,（自身流动）,（2）已知,、,d,，或允许,p,，求,q,v,（3）已知,q,v,、,、,，确定,d,3、设计方法,前两种为校核计算，后一种为设计计算,第一节 短管水力计算,以等径管路为例，说明计算方法。,H,(H),1,0,0,2,2,1,由于等径，连续，,V,不变，,假设液体自管端流入大气，即,自由出流,。,以00为基准，对自由液面11和出流断面22列能量方程,令,或,若流入大容器，作用水头,H,为二液面高度差，阻力应加上出口阻力。,若不等径，只需将各处阻力系数（包括沿程）换算至同一速度。,包括管路入口、转弯、阀门阻力和沿程。,第二节 简单长管的水力计算,L,H,d,以等径水平长管为例：,列能量方程:,长管出流:,即全部能头,H,被阻力消耗。,以,q,v,为例:,或,为流量模数,称单位长度作用水头，称水力坡度。,K,相当于水力坡度为1时的流量。,由于流动为阻力平方区。,故,在一般工程手册上可以查到,通常 一定,。,第三节 串联管路的计算,因各段管路均按长管计算，只有沿程损失，故,H,在无泄漏时：,（忽略出流速度头）,(1),可列（,i,-1）,个方程，与,（1）,式联立可解。,当有泄漏时，,第四节 并联长管的水力计算,分流前流量为,q,v,1,，合流后为,q,v,5,内部流量为,q,v,2,，,q,v,3,，,q,v,4,并联特点：（1）阻力相等,i,=2、3、4,（2）流量：在支线上分流,第五节 枝状管路的水力计算,如图，不能在总管路与支管之间列方程，应对某一分支列（按并联）。如2、3、4线,第六节 环状管路的水力计算,各节点，根据连续性，流入,q,vi,=流出,q,vo,若以流入为正，流出为负则节点方程：,通常网络布局已知。即各管的长度,l,i,已知，,q,vi,已知，求各管段的流量和设计各管的直径,d,。如图。,按阻力：两节点间阻力相等。若已顺时针为正，逆时针为负，则节点间。,计算时一般采用逼近方法，即予先取，分配流量及流向，选择管径，求各段阻力，验证，否则重分配流量。一般是管路长，流量大。阻力小，流量小。,若精度要求高，则用电子计算机编程计算。,第七节 均匀泄流的水力计算,一般是在主干上，沿程泄流，把沿程流量均匀泄出的流动程均匀泄流。如蔬菜大棚中心的灌溉等。若单位长度上泄流量,q,（m,3,/s）,，管径为,d,，管长,L,，末端出流,q,vT,，总作用水头,H,。如图，则由连续性：,在距管段起始处,x,位置取微段,d,x,。则在,x,处截面的流量应为末端出流量和余段泄流量之和，即：,上消耗水头,则,：,若流动处于阻力平方区,积分上式得,其中:,为泄流量。相当于在同样水头,H,作用下，末端无泄流时:,当 时，与无,泄流时 比较，即保证同样流,量，泄流所需作用压头是末端出流的,1/3,。,原因是：阻力压头 沿程（无泄流时不变，有泄时连续减少）因而下降。,第九节 有压管路的水击,本节介绍,水击机理,和,减轻水击的措施,。,当管件中的闭门突然关闭或水泵突然停止工作，使液流速度突然改变，这种液体动量的变化而引起的压强突变（急上或下）的现象称,水击,。,压强的交替变化，对管壁或阀门仪表产生类似于锤击的作用，因此，水击也称水“锤”。,水击使压强升高达数倍或几十倍，严重时损害管路。,对恒定流，由于忽略可压缩性，结果和实际差不多。对非恒定流，水击必须考虑压缩性，而且还要考虑管壁的膨胀。下面以图示情况说明水击过程,1.,水击及其物理过程,在A处装有足够大的蓄能器，即认为水击波截止于A处，A,以前保持不变的 。假定无粘性，不变。假定,B处阀门突然关闭，时间 。,并假设管中液体由无数微段组成，彼此互挨并且互无联系。,当B处闸门突然关闭时，紧靠B处的液体立即停止，接着紧挨它的前一段也停止，这样自BCA依次停下来，,(1).减速、升压过程,液体停止和由此造成的压强升高以波的形式沿管路向A处传播，这一波称,压强升高波,。,设液体和管壁均匀，则波传播速度为常数,a,，设管长,l,，经过时间,t,0,，升压波达到,A,处，使,AB,全停，这时,A,处压强高于,p,0,，称水击压强。当经过时间,t=l,/,a,后，,AB段,中,V,=0,，压强 。,动能转化为压强能，使停止的液体中压强升高，使流体受压缩，也使管壁膨胀。,因蓄能器存在，压强波在A处不能引起蓄能器压强波动，当传至A点，被蓄能器截止，认为A左段压强不变，于是在A左右产生压差,p,，使停止液体向左移动，将使压强恢复到,p,0,，紧挨着的一段向左做降压流动，称为,减压升速波,。从A传到B。仍用时间,t,=,l,/,a,，这时，流体向左移动，速度,V,0,，压强,p,0,。,(2).压强恢复过程,在B处，由于有向左的,V,0,，压强,p,0,，使B处,有向左离开的趋势。由于,B,右侧无液流填充，又使其停止，压强降低，密度减小。在理想情况下，压强降低值=升高值,p,，从,B传至A用,的时间为,t,=,l,/,a,，称,降压波,，使,AB,段,V=,0,，压强,p=,p,0,-,p,。,（3）压强降低过程,当减压波传到A。被蓄能器截止，在A两侧产生压差，使流体向右流，速度,V,0,，达到B处，使AB段压强回到,p,0,，所用时间为,t,=,l,/,a,，速度,V,0,。,（4）压强恢复过程,此时若阀门仍关闭，则重复开始升压波,压力恢复,减压,压强恢复过程。因此，用 4,t,=4,l,/,a,完成一个水击周期，速度依次,V,0,0，0,V,0,；,V,0,0，0,V,0,。理想条件下，无阻力，无能损，水击将无休止进行下去。,在B处压强变化如图a,任意点C处压强变化如图b,),(,b,p,0,p,p,D,a,l,2,A点的压强分布（c）,a,l,2,a,l,2,a,l,p,0,p,p,D,t,),(,c,从阀门关闭到水击波第一次返回阀门用,2,l,/,a,时间，令,t,0,=,2,l,/,a,称为,水击波的波相,，每经过,t,0,时间，水击压力变化一次，称,“倒相”,。每经过时间,T,=2,t,0,=4,l,/,a,水击现象重复一次。,实际上，阀门不可能突然瞬间关闭，总有一个时间,t,k,，将,t,k,与,t,0,相比，把水击分为,直接水击,和,间接水击,。,直接水击,：当,t,k,t,0,，返回时阀门并未关闭，使一部分能量从阀门消去，压强有所抵消，因而直接水击比间接水击压强高，,破坏性大。,若,t,k,t,0,，则每次都抵消一部分，可以将水击能量消耗掉，这是一方法。,取靠近,B端的一段液柱进行研究，在,t,时间内，升压波向右传递的距离为,ta,，此时速度为0,，压强增加到,p,0,+,p,，管道截面积从,A,扩大到,A,+,A,。如图。,2.水击最高压强,该段流体质量为,ta,长度管内流体与,t,时间以速度,V,0,流入的流体质,量之和，即：,该段所受轴向力为：,它与该段所增加的圆环面积,A,上受力互相平衡。,通常 ，因此 该式称为,儒柯夫斯基,公式。,列动量方程：,t,k,为阀门关闭时间。,在,a,t,长度段内，由于压强增加，管道将扩张。在,t,时间内，将有,V,0,A,t,的液体补充。,当阀门部分关闭时，过程与上述完全一致，只是速度由 降为 ，用类似方法可求出：,但计算较复杂，因为 难测。,可用下述近似式：,3.水击波传播速度,两者体积可以看作相等，（忽略补充进入体积的压缩量）即,体积压缩系数。,式中 管壁内所受的附加应力,管道内半径，直径,管壁厚度,管壁材料的弹性模数,其中 为原有压缩量。,由此得,由儒柯夫斯基公式：,代入方程可得,式中 液体体积弹性模数。,得：,对于无弹性管壁,E,，则：,对于水,相当于声音在无边界水中的传播速度。,4.减弱水击的措施,（1）.靠近水击产生处加装蓄能器，安全阀等用以缓冲或减小水击波的强度和传播距离；,（2）尽量使闸门、阀门等启闭动作平缓；,（3）限制管道中的流速，从而减小最大压强升高值；,（4）在可能的条件下，选用富有弹性的管道；,（5）采取必要的附加装置，比如设置调压装置，以便尽量使水击波衰减。,水击的利用,：可以用水击能量，将水提升至一定高度，称,水锤扬水泵,或,水锤泵,。,本章小结：,1、,短管和长管，简单长管、串联管路、并联管路、枝状管路、环状管网、均匀泄流的概念,2、,串联、并联管路的水力计算方法。,3、,管路水击的机理，压强升高值的计算公式。,4、,减轻管路水击的方法。,此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢,