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流体力学21的教案第1页/共42页 第2页/共42页 作业：4-21 如管道的长度不变，通过的流量不变，欲使沿程水头损失减少一半，直径需增大百分之几？试分别讨论下列三种情况。（1）管内流动为层流（2）管内流动为光滑区（3）管内流动为粗糙区第3页/共42页 解：所以所以（1）第4页/共42页 沿程损失所以直径需增大19%。第5页/共42页 第四节 管路计算一、管道的分类1.按结构划分1）简单管路 管径不变，没有分叉（即流量相同）的管道为简单管路。 2）复杂管路 两根或两根以上的简单管道组合而成的管道系统，包括串、并联管道以及管网为复杂管路。第6页/共42页 第四节 管路计算2.按管中压力分1）有压管道 管内压强不等于大气压的管道，如供水、煤气、通风、电站引水管等。2）无压管道 管道内存在自由液面，且自由液面上相对压强等于零的管道，如排水管道等。第7页/共42页 第四节 管路计算3.按能量损失的类型分1）短管 短管是指管路中水流的局部损失和流速水头都不能忽略不计的管道。2）长管 长管是指局部水头损失与流速水头之和远小于沿程损失，在计算中可以忽略的管道，一般认为局部损失与流速水头之和小于5%的沿程损失，可以按长管计算。第8页/共42页 第四节 管路计算二、管道水力计算的类型1.已知所需的流量Q和管道尺寸l、d，计算压降△p或确定所需的供水水头；2.已知管道的尺寸l、d及水头H或允许的压降△p，计算管道输水能力，求流量Q；3.已知所需的流量Q和实际具有的作用水头H，并给定管长l，计算管径d。第9页/共42页 第五节 简单管路一、简单管路 所谓简单管路就是具有相同管径d，相同流量Q的管段，它是组成各种复杂管路的基本单元。 简单管路1.定义第10页/共42页 以0-0为基准线，列1-1及2-2两断面间的能量方程式：第五节 简单管路2.管路阻抗第11页/共42页 第五节 简单管路 因出口局部阻力系数 ，若将1作为 包括到 中去，则上式第12页/共42页 第五节 简单管路用 代入上式令第13页/共42页 第五节 简单管路则(5-4-2)对于气体管路令则(5-4-4)(5-4-3)第14页/共42页 第五节 简单管路 对已给定的管路是一个定数，它综合反映了管路上的沿程阻力和局部阻力情况，故称为管路阻抗。 (5-4-2)、(5-4-4)两式所表示的规律为：简单管路中，作用水头（或作用压强）用来克服管路总阻力损失，而总阻力损失与体积流量平方成正比。第15页/共42页 第五节 简单管路例5-5 某矿渣混凝土板风道，断面积为1m×1.2m，长为50m，局部阻力系数 ，流量为14m3/s，空气温度为20℃，求压强损失。第16页/共42页 第五节 简单管路解：矿渣混凝土板K＝1.5mm。第17页/共42页 第五节 简单管路20℃空气的运动黏度 。第18页/共42页 第五节 简单管路对矩形风道计算阻力损失应用当量直径求矩形风道的流动速度求雷诺数第19页/共42页 第五节 简单管路第20页/共42页 第五节 简单管路查莫迪图 所以 第21页/共42页 第五节 简单管路则对矩形管道第22页/共42页 第五节 简单管路二、虹吸管虹吸管：管道中一部分高出上游供水液面的简单管路。第23页/共42页 第五节 简单管路 为了保证虹吸管正常流动，必须限定管中最大真空高度不得超过允许值 。 现以水平线0－0为基准线，列出图5-13中1-1、2-2能量方程。第24页/共42页 于是这就是虹吸管流量计算公式。式中第五节 简单管路(5-4-8)同前令第25页/共42页 在图5-13条件下：式中式中，H0 在图5-13条件下：第五节 简单管路所以第26页/共42页 以上数值代入(5-4-8)式中于是流量为：所以(5-4-10) 上两式即是图5-13情况下虹吸管的速度及流量计算公式。第五节 简单管路(5-4-9)第27页/共42页 为了计算最大真空高度，取1-1及最高断面C-C列能量方程。第五节 简单管路在图5-13条件下，上式为第28页/共42页 用（5-4-10）式的v代入上式中得出(5-4-11)第五节 简单管路 为了保证虹吸管正常工