第5章压力管路的水力计算.ppt

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1、12第5章 压力管路的水力计算压力管路压力管路：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。长管长管短管短管从能量角度划分为从能量角度划分为压力管路压力管路3第5章 压力管路的水力计算长管长管：比动能比动能和和局部水头损失局部水头损失可以忽略可以忽略的管路的管路。短管短管：比动能比动能和和局部水头损失局部水头损失不能忽略不能忽略的管路。的管路。对长管，hw=hf，能量方程变为：fhpzpz2211fhpp

2、zzH2121H 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：whgVpzgVpz2222222111jfwhhh4第5章 压力管路的水力计算5.1 5.1 管路特性曲线管路特性曲线管路特性曲线管路特性曲线：一条管路上的水头：一条管路上的水头H与流量与流量Q之间的关系曲线之间的关系曲线。即H=f(Q)，对特定的管路，其关系一定。gVdLgVdLhhhjfw2222当2244dQVdVQ25222284212QdLLgdQgdLLgVdLLhw当当当令 ，称为管路综合系数管路综合系数。528dLLg当例如：管路上的总水头损失5第5章 压力管路的水力计算则2

3、Qhw当L、d一定时，dRe,将 画为曲线，称为管路特性曲线，见下图：Qfhw6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：whzzH12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 5.2 长管的水力计算长管的水力计算1 1、简单长管、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。n hf 的通式的通式25222284212QdLgdQgdLgVdLhfdQdQdVd44Re2 层流层流Qd16Re64425215.4168dLQQdLQdghf（1）8第5章 压力管路的水力计算 水力光

4、滑区水力光滑区25.025.043164.0Re3164.0Qd75.425.075.12525.020246.043164.08dLQQdLQdghf（2）水力粗糙区（阻力平方区）水力粗糙区（阻力平方区）522520826.08dLQQdLghf 混合摩擦区混合摩擦区大庆设计院推荐：877.4123.0877.10802.0dLQAhf（3）（4）其中，627.0lg127.010dA9第5章 压力管路的水力计算最后将（1）、（2）、（3）、（4）式归纳为：mmmfdLQh52列宾宗公式列宾宗公式其中，系数和指数m，根据不同流态由下表确定：流态流态m层流4.151水力光滑0.02460.25

5、混合摩擦0.0802A0.123水力粗糙0.0826010第5章 压力管路的水力计算n 管路计算中的三类问题管路计算中的三类问题 第一类问题第一类问题：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。2121ppzzhfLhif11第5章 压力管路的水力计算 第二类问题第二类问题：已知：d、L、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：此类问题的问题：mmmf

6、dLQh52 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。解法一解法一：流态试算法流态试算法先设流态，选用、m，计算 ，mmmfLdhQ25 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解法二：用管路特性曲线求用管路特性曲线求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：此类问题的问题：l 当选用的管

7、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。l 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，合理经济流速合理经济流速的选择：油田内部或库内管线：油田内部或库内管线：1 12 m/s2 m/s 外输管线：外输管线：1 13 m/s3 m/s14第5章 压力管路的水力计算设计管径的步骤大致如下：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

8、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 2、串联和并联管路、串联和并联管路n 串联管路串联管路定

9、义定义：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：水力特点：各联结点（节点）处流量出入平衡各联结点（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。如果流入节点的流量为正，流出节点的流量为负，则可写成：0iQ它反映了 全线总水头损失为各分段水头损失之和全线总水头损失为各分段水头损失之和。fnfffhhhhi21它反映了。17第5章 压力管路的水力计算n 并联管路并联管路定义定义：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：AnAAppp21AnAAzzz2118第5章 压

10、力管路的水力计算水力特点：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 不同并联管段从不同并联管段从AB单位重量液体的能量损失相同单位重量液体的能量损失相同，即：iQQfnffffABhhhhhi2119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。n 串联和并联管路的水力计算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

11、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？解解：设各管流态不同（流态试算法）111511211mmmfdlQh222522222mmmfdlQhnnnmnnmmnnfdlQh5221第5章 压力管路的水力计算212151522122211212llddQQmmmmmm313151532123311313llddQQmmmmmmnnmmmmnmmnllddQQnnn11515212111nQQQQ211131211QQQQQQQQn(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，

12、有：111511211mmmfdlQh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 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 3、分支管路、分支管路定义定义：从一根总管分支出几根支管后不再汇合的管路。n 分支管路的形式分支管

13、路的形式从一处送往多处从一处送往多处：从多处汇集到一处：从多处汇集到一处：25第5章 压力管路的水力计算n 分支管路的水力特点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。它具备串联管路的两个特点。节点处：节点处：0iQ沿串联线上：沿串联线上：iffhh26第5章 压力管路的水力计算例题例题1：某水罐1液面高度位于地平面以上60m，通过分支管把水引向高于地平面15m和30m的水罐2和水罐3，假设l1l2l32500m，d1d2d30.5m，各管的沿程阻力系数均为0.04，试求引入每一水罐的流量。解：解：由已知条件，本题可列为长管计算问题，局部损失忽略。1和和2罐

14、之间应用伯诺利方程：罐之间应用伯诺利方程：gVdlgVdlzz222222211121代入各已知数值，得：27第5章 压力管路的水力计算8.925.0250004.08.925.0250004.015602221VV 41.42221VV（1）1和和3罐之间应用伯诺利方程：罐之间应用伯诺利方程：gVdlgVdlzz2223332111318.925.0250004.08.925.0250004.030602321VV代入各已知数值，得：94.22321VV（2）28第5章 压力管路的水力计算由连续性方程可得：321QQQ即：233222211444dVdVdV又 321ddd321VVV联立（

15、1）、（2）、（3）三式，可得：（3）sm67.11Vsm28.12Vsm39.03V则，引入水罐2和3的流量分别为：sm2512.05.0428.14322222dVQsm0765.05.0439.04322333dVQ29第5章 压力管路的水力计算例题例题2：（教材：（教材P167页，第页，第5-8题）题）图示一管路系统，CD管中的水由A、B两水池联合供应。已知L1500m，L0500m，L2300m，d10.2m，d00.25m，10.029，20.026，00.025，Q0100L/s。求Q1、Q2及d2。解：解：列A、D两断面的能量方程：gVdLgVdLzzDA22200002111

16、1sm038.225.04101004232000dQV 8.92038.225.0500025.08.922.0500029.0520221V30第5章 压力管路的水力计算 sm0646.11Vsm0334.02.040646.14322111dVQsm0666.00334.01010033102QQQ列B、D两断面的能量方程：gVdLgVdLzzDB222000022222222222244dQdQV 8.92038.225.0500025.048.921300026.0519222222dQd31第5章 压力管路的水力计算 94357.40666.094357.422252Qd m246.02d sL4.33sm0334.031QsL6.66sm0666.032Q m246.02d32第5章 压力管路的水力计算5.3 5.3 短管的水力计算短管的水力计算这些管路，其上管件较多，沿程直径亦有所变化，常属于短管。短管的水力计算一般可以用能量方程求解，但计算比较麻烦。为了使计算简化，常先把所有阻力系数综合在一起，再代入能量方程，或作出管路特性曲线，可以解各类问题。l 井场上的管路;l