流体的管内流动与水力计算管路的串联与并联ppt课件

二 管路的串联与并联 1 串联管路及其计算特点各管段流量相等 总损失为各串联管段的损失之和 全管路总的阻抗等于各管段阻抗之和 2 并联管路及其计算特点并联节点上的总流量为各支管中流量之和 并联各支管上的单位重量流体的阻力损失相等 总管路的阻抗平方根的倒数等于各支管阻抗平方根倒数之和 1 例4 16 在 例4 15 中 在保证供水前提下 为节约管材 拟采用两种不同管径的管段串联 试确定两段管子个多少 2 解 设的管段长为 的管段长为 则有校核流速 3 所以需修正 查表4 8 即上式应改写为联立 解得 4 例4 17 某两层楼的供暖立管 管段1的直径为20mm 总长20m 管段2的直径为20mm 总长为10mm 管路的 0 025 干管中的流量 求和 5 6 解 从图中可知 节点a b间并联有1 2两管段 由得 7 又因从计算看出 支管1中 管路阻抗比支管2中大 所以流量分配是支管1中的小于支管2中的流量 如果要求两管段中流量相等 显然现有的管径D及必须进行改变 使S相等才能达到流量相等 这种重新改变D及 使在下达到 的计算 就是 阻力平衡 的计算 8 例4 18 示图为某电厂循环水系统的主要部分 已知循环水泵出口至凝汽器的压出管长L1 40m 且有90 弯管两个 由凝汽器至冷水塔的排水管长L2 350m 有4个90 弯管 所有弯管的弯曲半径R 820mm 压水管和排水管直径相同 均为D 820mm 管道沿程损失系数 1 2 0 025 9 循环水泵出口中心至排水管在冷水塔内出口中心高差 Z 15m 流量为Q 4675m3 h 设凝汽器铜管数n 2868根 每根铜管长L 6 5m 直径D 23mm 沿程损失系数 0 02 凝汽器为双流程 凝汽器水室的过流断面面积为压出管的四倍 凝汽器水室内连续两个90 转弯的 试求循环水泵出口冷却水所必须具有的总能头H为多少 10 11 解 取循环水泵出口中心的水平线为基准面0 0 列泵出口断面1 1与排水管出口断面2 2的能量方程为 式中Z1 0 故循环水泵出口冷却水所必须具有的总能头 又因冷却塔内的压力接近当地大气压力 所以pg2 0 则 12 由图可知 断面1 2之间的管道系统是由压出水管 凝汽器和排出水管组成的复杂管道系统 其中在凝汽器内部由上 下两部分铜管分别并联后通过水室串联自成一个复杂管路系统 因此 整个系统的水力特点是通过压出水管 凝汽器和排出水管的流量均相等 三者总能头损失之和等于系统的总能头损失 其中 凝汽器内的总能头损失等于两个突然扩大 两个突然缩小 水室内连续两个90 转弯以及上 下各一根铜管的沿程损失之和 即 13 14 查局部损失系数表可知 当D1 R 0 82 0 82 1时 90 弯管的局部损失系数 90 0 29 按截面突然扩大四倍计算局部损失系数 则截面突然缩小四倍的局部损失系数 s 查局部损失系数表得 s 0 375 因为压 排水管管径相同且通过的流量相等 故断面平均流速为 15 凝汽器铜管内断面平均流速为将计算各值和题中已知数值代入hw1 2计算式中并整理可得 16 循环水泵出口冷却水必须具有的总能头为 17 应用串 并联管路的流动规律 分析一个工程实例 图4 25是室内热水采暖管路系统 被锅炉加热后的热水经管路123流到节点3 开始分流 分出流量 经水平管段3 4 立管4 5 带两组散热器 水平管段5 6流到节点6 另一分支流量 经立管3 6 带两组散热器 也汇入节点6 两股流量合流后 经管段6 7 7 8流至循环水泵 并经水泵加压送入锅炉重新加热 被加热的水再次进入管路系统 如此不断地循环流动 流动所需的动力由循环水泵提供 以下着重讨论这种循环管路系统中 各点的压力分布状况 既定性地绘制该系统的水压图 测压管水头线 以及循环泵所应提供的扬程为多少 18 19 此式表明 循环管路 即闭合管路 系统中 水泵应提供的总水头 扬程 只是用来克服管路因流动阻力造成的全部水头损失 它与系统中各设备 如水箱 散热器 管道 的安装高度无关 这里要提醒注意的是 系统在进行充水时 给水泵的扬程就与安装高度无关 而这属于运行前的充水工况 与循环流动工况截然不同 20 例4 19 按 例4 17 计算结果 在图4 25中的热水采暖系统中 若管段长度 管径均为25mm 局部阻力系数 沿程阻力系数 试确定该系统中循环水泵应提供的总水头 取水的密度为 21 解 因为管段1 2 3和管段6 7 8种的流量相等 则可将它们的阻抗迭加 即 22 由 例4 17 知 循环水泵应提供的总压头总水头为 23 三 管网计算基础 管网 管网是由不同的简单管路以并联和串联管路组合而成 分类枝状管网环状管网 24 1 枝状管网 特点管线于某点分开后不再汇合到一起 呈树枝形状 一般情况下 枝状管网的总长度较短 建造费用较低 工程上大都采用此种管网 但当某处发生事故切断管路时 就要影响到一些用户 所以枝状管网的安全性能较低 但是运行控制较简单 25 管网水力计算问题 对已建成的管网进行流量和能量损失的计算 以校核动力设备 泵或风机 的容量 设计新管网 根据实际所需要的流量 布置管网系统 确定管径 进行阻力平衡和能量损失计算 选择合适的动力设备 26 水力计算 27 枝状管网是由干管将流量分配至每个支管 且不再汇合的管路系统 28 例4 20 如图示的管路系统中 已知流量 主管线各管段长度 沿程阻力系数 各管段局部阻力系数 试确定主管线各管段的管径及压强损失 计算通风机应具有的总压头 29 30 解 从末端起 逐段向前进行计算 管段1 4 取限定流速 初选管径根据管材规格 选用 则管内实际风速为 31 管径选择合适 应当注意 此管段在选用标准管径时 应使 因流量一点光 流速将提高 这样保证不低于下限流速 管段的阻抗为 32 管段的压强损失为管段4 5 取限定流速 初选管径此计算结果 恰与标准管径吻合 故采用 其余计算结果见表4 10 管段5 6和7 8属于同一单管路 流量为 33 若取限定流速 则初选管径因为实际风速 故在选用标准管径时 应使 以保证不高于上限流速 所以采用 34 最后 将主管线各管段的压强损失按串联管路规律迭加 即可得通风机所需的总压头 35 36 2 环状管网 特点管线在一公共节点汇合形成一封闭管路 工作的可靠性高 不会因某段管路发生故障切断时而中断其余管线的供给 即运行的安全性强 因此 一般比较重要的场合 如城市集中供热管网 城市给水管网等常采用环状 但这种管网规模大 需管材多 故造价较高 运行控制较复杂 37 水力计算1 任一节点 如G点 流入和流出的流量相等 即2 任一闭合环路 ABGFA 中 如果规定顺时针方向流动的阻力损失为正 反之为负 则各管段阻力损失的代数和必等于零 即 38 39 计算程序 将管网分成若干环路 如下图上分成 三个闭合环路 按节点流量平衡的原则确定流量Q 选取限定流速v 定出管径D 按照上面规定的流量与损失在环路中的正负值 求出每一环路的总损失 40 41 根据上面给定的流量Q 若计算出来的不为零 则每段管路应加校正流量 Q 而与此相适应的阻力损失修正值为 hwi 所以 略去二阶微量因为 42 所以对于整个环路应满足 则所以有 43 当计算出环路的 Q之后 加到每一管段原来的流量Q上 便得到第一次校正后的流量Q1 用同样的程序 计算出第二次校正后的流量Q2 第三次校正后的流量Q3 直至满足工程精度要求为止 44 例4 21 如图示由两个闭合环路构成的管网 管段的长度L 直径D及流量Q已标在图上 忽略局部阻力 试求第一次校正后的流量 45 46 解 1 按节点分配各管段的流量 列在表中假定流量栏内 2 计算各管段阻力损失hwi先算出Si填入表中Si栏中 再计算出hwi填入相应栏内 列出各管段之比值 并计算 47 48 3 按校正流量 Q公式 计算出环路中的校正流量 QV 4 将求得的 Q加到原假定流量上 便得出第一次校正后流量 5 注意 在两环路的共同管段上 相邻环路的 Q符号应反号再加上去 参看表中CD DC管段的校正流量 49