流體力學(xué)泵與風(fēng)機(jī)5管路計算

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1、第一部分流體力學(xué)5管路計算流體力學(xué)泵與風(fēng)機(jī)1【知識點】簡單管路的概念，簡單管路的計算，復(fù)雜管路及其計算，有壓管路中的水擊，均勻流管路及其計算?！灸芰δ繕?biāo)】熟練識記簡單管路、串聯(lián)管路、并聯(lián)管路及均勻流管路的定義，水擊的概念；領(lǐng)會水擊的產(chǎn)生及傳播過程；熟練掌握及運用簡單管路、串聯(lián)管路、并聯(lián)管路及均勻流管路的水力計算。5管路計算25.1簡單管路的計算15.2管路的計算25.3有壓管路中的水擊35.4沿途均勻流管路的計算45管路計算3簡單管路是指具有相同管徑d，相同流量Q的管段，它是組成各種復(fù)雜管路的基本單元。如圖5.1所示。以0-0為基準(zhǔn)線，列1-1，

2、2-2兩斷面間的能量方程式（忽略自由液面速度，且出流流至大氣）：5.1簡單管路的計算圖5.1簡單管路4因出口局部阻力系數(shù)ζ0=1，若用ζ0代替1計入到中去，則上式可簡化為用代入上式，得令則（式5.1）5.1簡單管路的計算5對于一定的流體（即γ、ρ一定），在d、l已給定時，S只隨λ和變化。從前面章節(jié)知道，λ值與流動狀態(tài)有關(guān)，當(dāng)流動處在阻力平方區(qū)時，λ僅以K/d有關(guān)，所以在管路的管材已定的情況下，λ值可視為常數(shù)。項中只有進(jìn)行調(diào)節(jié)的閥門的ζ可以改變，而其它局部構(gòu)件已確定局部阻力系數(shù)是不變的。S對已給定的管路是一個定數(shù)，它綜合反映了管路上的沿程阻力和局部

3、阻力情況，故稱為管路阻抗。從式（5.1）可以看出，用阻抗表示簡單管路的流動規(guī)律非常簡練，它表示的規(guī)律為：簡單管路中，總阻力損失與體積流量平方成正比。這一規(guī)律在管路計算中廣為應(yīng)用。式（5.1）是在圖5.1具體條件下（出流至大氣，1-1斷面p1=pa，無高差）導(dǎo)出，得到水池水位H全部用來克服流動阻力。但對其它類型管路并不如此，必須具體加以分析。5.1簡單管路的計算6圖5.2是水泵向水箱送水的簡單管路（d及Q不變），以0-0為基準(zhǔn)面，列1-1，2-2兩斷面間的能量方程式，移項后得略去液面速度水頭，輸入水頭為式（5.2）說明水泵揚程不僅用來克服流動阻力，

4、還用來提高液體的位置水頭、壓強(qiáng)水頭，使之流到高位壓力水箱中。（式5.2）圖5.2水泵系統(tǒng)5.1簡單管路的計算7所謂虹吸管即管道中一部分高出上游供水液面的簡單管路（見圖5.3）。工作時先將虹吸管內(nèi)抽成真空，在壓差的作用下，高位水流通過虹吸管引向低位水流。只要管內(nèi)真空不被破壞，并使高低位保持一定的水位差，虹吸作用就將保持下去，水流會不斷地流向低位。由于利用虹吸管輸水具有節(jié)能、跨越高地、便于操作等優(yōu)點，因此在工程中廣泛應(yīng)用。但當(dāng)真空達(dá)到某一限值時，會將使溶解在水中的空氣分離出來，隨真空度的加大，空氣量增加。大量氣體集結(jié)在虹吸管頂部，縮小有效過流斷面阻礙

5、流動，嚴(yán)重時造成氣塞，破壞液體連續(xù)輸送。為了保證虹吸管正常流動，必須限定管中最大真空高度不得超過允許值[hv]=7～8.5mH2O。5.1簡單管路的計算8虹吸管中存在真空區(qū)段是它的流動特點，控制真空高度則是虹吸管的正常工作條件?，F(xiàn)以水平線0-0為基準(zhǔn)面，列出圖5.3中1-1、2-2能量方程。令于是（式5.3）圖5.3虹吸管5.1簡單管路的計算9這就是虹吸管流量計算公式。式中在圖5.3條件下：式中——進(jìn)口阻力系數(shù)；——轉(zhuǎn)彎阻力系數(shù)；——出口阻力系數(shù)。5.1簡單管路的計算10式中H0在圖5.3條件下：以上數(shù)值代入式（5.3）中于是流量為：所以（式5.

6、5）（式5.4）上兩式即是圖5.3情況下虹吸管的速度及流量計算公式。5.1簡單管路的計算11為計算最大真空高度，取1-1及最高斷面C-C列能量方程。在圖5.3條件下，，，，上式為用式（5.5）的v代入上式中得出為了保證虹吸管正常工作，式（5.6）計算所得的真空高度應(yīng)小于最大允許值[hv]。（式5.6）5.1簡單管路的計算12【例5.1】給出圖5.3的具體數(shù)值如下：H=2m，l1=15m，l2=20md=200mm，，，，，[hv]=7m。求通過虹吸管流量及管頂最大允許安裝高度。5.1簡單管路的計算13串聯(lián)管路是由許多簡單管路首尾相接組合而成，如圖

7、5.4所示。5.2.1串聯(lián)管路5.2管路的計算圖5.4串聯(lián)管路14管段相接之點稱為節(jié)點，如圖中a點、b點。在每個節(jié)點上都遵循質(zhì)量平衡原理，即流入的質(zhì)量流量與流出的質(zhì)量流量相等，當(dāng)ρ=常數(shù)時，流入的體積流量等于流出的體積流量，取流入流量為正，流出流量為負(fù)，則對于每一個節(jié)點可以寫出。因此對串聯(lián)管路（無中途分流或合流）則有：Q1=Q2=Q3（式5.7）管路的阻力損失是：因流量Q各段相等，于是得（式5.8）由此得出結(jié)論：無中途分流或合流，則流量相等，阻力疊加，總管路的阻抗S等于各管段的阻抗疊加。5.2管路的計算15流體從總管路節(jié)點a上分出兩根以上的管段，

8、而這些管段同時又匯集到另一節(jié)點b上，在節(jié)點a和b之間的各管段稱為并聯(lián)管路，如圖5.5所示。同串聯(lián)管路一樣，遵循質(zhì)量平衡原理，ρ=常數(shù)時，