《流体力学与流体机械 第2版》课件 第六章 粘性不可压缩流体的管内流动.ppt

*第六节管路的水力计算计算管路流量Q、管路的尺寸（d）与作用水头(H或者hf)。求解*管路的分类：按结构：按计算特点长管短管*一、短管水力计算解：列0-0到1-1两断面的伯努利方程简化图示管道，在稳定水头H=16m的作用下，将水流排入大气。已知d1=50mm,d2=70mm,l1=l2=60m,l3=80m,l4=50m,阀门的阻力系数ζ=2，沿程阻力系数λ=0.03，求管中的流量。**解：列1-1到2-2两断面的B.E.图示虹吸管，上下游水位差H=2m，将水流排入大气。已知d=200mm,管长l1=15m,l2=18m,管道进口的阻力系数ζ1=2，管道弯管的局部阻力系数为ζ2=0.3,沿程阻力系数λ=0.025，求管中的流量以及允许安装高度hs。*解：1.列0-0，2-2的B.E（有能量输入的B.E）如图所示，水泵从下水池抽水至水塔，水泵在叶轮作用下，在进口处形成真空，允许的真空为[hv]=7m水柱,。已知，吸水管直径d1=200mm,长度l1=12m,压水管直径d2=150mm,长度l2=180m,λ=0.026，管路的阻力系数有进口ζ1=2，弯管ζ2=0.3，阀门ζ3=3.9，高差h=100m,流量Q=225m3/s。求水泵的沿程以及输出功率，求水泵的允许安装高度。*2.列0-0，1-1的B.E二、长管水力计算在长管水力计算中，根据管道系统的不同特点，又可分为简单管路，串联管路、并联管路、管网等。*1.等直径管路列1-1，2-2的B.E*2.串联管路通过串联管道各管段的流量是相同的；串联管道的损失应等于各管段损失的总和。解：由串联管路的总损失=各段损失之和。例题：上面所示供水管路，由三种不同的管径的管道串联而成，已知d1=0.3m,d2=0.2m,d3=0.1m,l1=l2=l3=50m;管壁的绝对粗糙度Δ1=Δ2=Δ3=3mm,H=20m，运动粘度ν=10-6m2/s，不计局部损失，求该管道中的流量Q。*假定流动处于阻力平房区，由相对粗糙度查莫迪图V区，可得沿程阻力系数分别求出K1，K2，K3K1=59.16，K1=496.9，K1=18915.4*3.并联管路校验是否处在阻力平方区：*4.枝状管路枝状管路的水力计算，主要确定管段的直径和水力损失，在此基础上确定水塔高度（或供水压力）。1)确定管径：从3和4点向A处进行推算：经济流速：d=100-400mm,v=0.64m/sd400mm,v=1.0-1.4m/s选择：2-3段，200mm,v=0.64m/s1-4段，200mm,v=0.86m/s1-2段，250mm,v=1.12m/sA-1段，300mm,v=1.16m/s2）损失计算沿3-2-1-A线：hw=1.07m沿4-1-A线：hw=0.90m3）确定水塔高度沿3-2-1-A线：H=hw+保留水头-高差=7.07m*第七节管路中的水击在有压管道中，由于某种原因引起的管路中流速发生突然变化时，例如阀门突然开、关，水泵、水轮机机组突然停机等，会引起管道局部压强急剧升高、降低。这种现象称为水击，或称水锤。一、水击的物理过程水击发生的根本原因在于液体的可压缩性和管壁的弹性。图示管道长L，直径d，其上游B点连接水池，下游出口A处装有阀门。设水击前管中流速，设水击前管中压强为,假设A处阀门迅速关闭，即关闭时间为零。1．升压过程*2.压强恢复过程3．压强降低过程4．压强恢复过程阀门A处压强随时间的变化规律：*二、直接水击与间接水击水击波的相：水击波的周期：阀门关闭时间：:直接水击:间接水击三、水击压强的计算在△t时间内，阀门处产生的增压波向左传播的距离为△s=c△t，在△s管段内液体流速为零。**四、水击波的传播速度——液体体积模量管壁的弹性变形会影响压力波的传播，水中的体积模量需要进行修正E：管壁材料的弹性模量；e:管壁厚度；d：管道内径。*五、减小水击压强的措施1．延长阀门开闭时间，使阀门开闭平缓。2．改变管道设计在保证流量的条件下，尽量采用大口径的管道，目的减小管内流速。3．设立缓冲装置在管道中设置空气蓄能器、调压塔、安全阀等缓冲装置，用以吸收压力波能量，缓解水击压强。*例题：水流速度为3m/s，在直径为200mm，厚度为6mm，管长为120m的钢管道内流动，试计算管道出口处阀门