压力管路的水力计算

用于管线初步或正式设计计算。常需要计算几种不同油品或几种不同输 量时的压降或水头损失，绘成管路特性曲线，为选泵做准备。
压力管路的水力计算 12
•
第二类问题： 已知： Δp ，Δz ，d，L，μ，γ，求：Q
分析：
•
Q
V
Re
Vd
？
确定β、m或λ

hf
确定流态
？
Δp
？
假设流态法、试算法或绘图法
在既有设备能力下，做管线设计或校核。
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1). 给定管路流量Q，在已建成的长输管线AB段增设并联副管可以延长管 路的输送距离。
增设副管后
hfO-A H
未设副管前
hfO-B
hf
O
A
B
C
并联副管后，主管AB段Q （↓） ，v （↓） ，hf （↓） ， 即：hfO-B <hf。 则：作用水头H仍有部分能量剩余，可供给管中水流继续前进一段距离 至C点。
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5、串、并联管路的管路特性曲线
• 已知单管路1、2的管路特性曲线，根据串、并联管路的水力特性有：
1 2 1
2
hf hf1-2 h f1 h f2
2 Q
hf1=hf2=hf1=
1-2 1
hf
1
2
1-2
2
Q1= Q2=Q1-2
Q1 Q2 Q1-2
Q
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三、分支管路
分析：根据串联管路水力特性求解全管路的沿程水头损失hf。
② 并联管路——通常属于长管计算第二类问题，例如：
已知：hf，求：各管路Q
分析：根据并联管路水力特性解决流量Q的分配问题。
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4、串、并联管路的水力意义——在长输管线上的应用
• 在已建成的长输管线上，增设串联变径管或者并联副管可以增加管路 输送量、延长管路输送距离，或者爬过地形的翻越高点。 • 通常，副管与主管的直径相同，变径管直径大于主管。 • 下面以自由泄流情况为例，通过绘制管路总水头线分别进行说明。
d2 A2 d2 v1 v2 v2 , v孔＝ v2 A1 d d1
4 4 2 l v2 d d 2 l2 1 2 hw 1 1 孔 2 3 4 5 6 7 d1 2g d d2 d1 2 v2 c （δc 即为综合阻力系数） 2g
作用水头：
H 0 z1 z2
p1 p2

2 v12 v2 hw 2g 2g
i长管、短管的划分并不仅仅是由于管线的长短，更重要在于从能量 的角度考察比动能和局部水头损失的比例。
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4
第5章 压力管路的水力计算
主要内容
管路特性曲线
长管水力计算
短管水力计算 孔口管嘴出流
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•
试算法：
设定Q1，解得hf1。判断：若hf1 >hf，则减小流量，取Q2 <Q1，重新计
算；若hf1<hf，则增大流量，取Q2 >Q1，重新计算。循环往复，直至 hfn≈hf，停止计算。 • 绘图法： – 按第一类问题的计算方法，选取足 够多Q，算出 hf值，然后绘制图形。 使用时由 hf 查找 Q 即可。 Q
a、进入各并联管的总流量等于流出各并联管的总流量之和，即：
Q Qi
b、不同并联管段A→B，单位重量液体的能量损失相同，即：
h f h fi h f 1 h f 2 C
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掌握
3、串、并联管路的水力计算
① 串联管路——通常属于长管计算的第一类问题，例如： 已知：Q，求：hf
损失可以忽略的管路称为长管。有时近似取 h j (5% ~ 10%)h f 。
• 能量方程变为（无泵）： z1
p1 p2 z2 h f
p1 p2
–
–
记H0为作用水头：H 0
z1 z2

则有：H h 。表示了能量供给与能量损耗之间的平衡。 0 f
0
•
对于有泵情况：H
流态 层 流 水力光滑 混合摩擦 水力粗糙
β 4.15 0.0246 0.0802A 0.0826λ
m 1 0.25 0.123 0
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掌握
3、简单长管的三类计算问题
• 第一类问题： 已知：Q ，Δz ，d，L，μ，γ，求：hf ，Δp 分析： Q
V
确定流态
确定β、m或λ
hf
Δp
H
p1 p2

z2 z1 h f
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•
短管：泵站、库内管线总距离比较短，分支较多，两端压差较小，
并且有大量管子连接部件。和沿程水头损失相比，流速水头和局部
水头损失不可以忽略，称之为短管。
2 p1 v12 p2 v2 z1 z2 hw 2g 2g
i
它反映了质量守恒的连续性原理。 b、全线水头损失为各分段水头损失之和，即：
h f h fi h f 1 h f 2 h fn
它反映了能量守恒原理。
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2、并联管路
① 定义：两条以上的管路在同一处分离，后又在同一处汇合。
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② 水力特征：
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3). 给定管路流量Q，在已建成的长输管线AB段改设串联变径管可以延长 管路的输送距离。
设变径管后
hfO-A H
未设变径管前
hfO-B
hf
O
A
B
C
串联变径管后，主管AB段d（↑），v （↓） ，hf （↓） ， 即：hfO-B <hf。 则：作用水头H仍有部分能量剩余，可供给管中水流继续前进一段距 离至C点。
•
许多室内管线，集油站及压水站内管线管件较多，属于短管。
•
在短管的水力计算中，必须考虑局部水头损失以及流速水头。
一、综合阻力系数
根据伯努利方程，有： z1 其中管路水头损失： hw
2 v 可记为： hw c 2 2gp1ຫໍສະໝຸດ v12 2g
＝z2
p2


2 v2
2g
hw
h f h j
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二、长管的串联和并联 1、串联管路
① 定义：由不同管径的管道依次连接而成的管路。 ② 应用实例：输水干线、集油干线
分支 流量
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③ 水力特性： a、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:
Q 0（设流量流进节点为正，流出为负）。
H0
H
H0
hf
z2-z1
Q •
Q
管路特性曲线对于确定泵的工况以及自由泄流工况有重要应用价值。
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7
§5.2
长管的水力计算
一、简单长管
1. 定义：由许多管径相同的管子组成的长输管路，且沿程损失较
大、局部损失较小，计算时可忽略局部损失和流速水头。
2. 计算公式：简单长管计算一般涉及公式：
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5). 在已建成的长输管线上改设串联变径管或并联副管以翻越高点。
O A B
H
C
串联变径或加副管后，Q（不变），OA段hfO-A（不变）；主管AB段 经过变径管或加副管， d（↑），v （↓），hfA-B（↓） 。在所需压头不 大的情况下，采用此办法可使管线内液体具有翻阅高点的水头。
–
层流流态：
64 Re
Q L Q 21 1L h f 4.15 4 4.15 d d 51
即：β＝ 4.15，m＝1
– 紊流流态——水力光滑区：
0.3164 0.25 Re
Q1.75 0.25 L Q 20.25 0.25 L h f 0.0246 0.0246 4.75 d d 50.25
。δc 称为综合阻力系数。
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30
•
已知：如图所示短管，大直径管段：直径d1，长l1，小直径管段：直
径d2，长l2，孔板直径d，各局部管件阻力系数如下：
① 大闸头：δ1 ② 孔板： δ2
③ 大小头： δ3
④ ⑤ ⑥弯头：δ4、δ5、δ6
⑦ 小闸门： δ7
• 求：全管路的总水头损失
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其中： Ll 把
当
l
代入上式得：
2
Q 4Q v 2 A d
2
hw
Lv L 1 4Q 8 L 2 2 Q Q d 2g d 2 g d 2 g 2d 5
可见：水头损失与流量成平方指数关系。
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• •
管路特性曲线是管路能量平衡（能量供给=能量消耗）的直观反映。 对于给定管路，其特性曲线一定。 如：对于长管无泵和有泵两种情况，管路特性曲线如下图： hf
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•
假设流态法：
先假设一流态，取β， m值，计算： Q
– –
2m
h f d 5 m
m L
校核流态
Q′
V′
Re
Vd

验证假设： – – 如由 Q ′及Re ′得出的流态和假设流态一致，则 Q ′为所求Q； 如由 Q ′及Re ′得出的流态和假设流态不一致，则重新假设流态， 重复计算。
第5章 压力管路的水力计算