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热工与流体力学基础 作者 蒋祖星 第四章流动阻力与管路水力计算.ppt

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第四章 流动阻力与管路水力计算 图4-29 题4-13图 第四章 流动阻力与管路水力计算 图4-31 题4-15图 第四章 流动阻力与管路水力计算 表4-1 常用工业管道的当量粗糙度(k) (3)湍流l的计算公式 除了莫迪图外,很多学者还根据资料总结出了关于实际管道l值的计算公式和区域划分方法。 ①2 320Re≤0.32(d/k)1.28时为湍流光滑区。在该区域内,计算l值的常用公式有 ②Re1 000d/k时为湍流粗糙区。在该区,计算l值的常用公式有 第四章 流动阻力与管路水力计算 ③0.32(d/k)1.28Re≤1 000d/k时为湍流过渡区。在该区,计算入值的常用公式有 解:Re=vd/ν=5×0.1/1.31×=3.8×105,故为湍流。 第四节 局部水头损失计算 一、局部损失产生的主要原因 局部损失主要是由下面两个原因引起的。 1)管壁形状的急剧变化使流体在惯性力的作用下与壁面发生脱离,形成旋涡区。 2)管壁形状变化使流体的流动速度重新分布。 第四章 流动阻力与管路水力计算 二、影响局部损失的主要因素 实验研究表明,局部损失同样与流体的流动状态有关。但由于流体经过局部阻碍后很难保持层流状态,除非在雷诺数很小的情况下才有可能。因此,工程上主要研究湍流状态下的局部损失。 三、局部阻力系数 局部阻碍的种类很多,形状各异,边界变化非常复杂。除个别情况外,大多数局部阻碍的局部阻力系数不能通过理论推导得到,只能借助实验给出经验公式或数值。因此,这里只对几种典型的局部阻碍的阻力系数给出经验公式或数值。 1.管径突然扩大 第四章 流动阻力与管路水力计算 图4-11 突然扩大管 第四章 流动阻力与管路水力计算 2.管径逐渐扩大 第四章 流动阻力与管路水力计算 3.管径突然收缩 第四章 流动阻力与管路水力计算 图4-12 逐渐扩大管 第四章 流动阻力与管路水力计算 图4-14 逐渐收缩管 4.管径逐渐减小 第四章 流动阻力与管路水力计算 5.管道出口 若管道出口直接流入大容器,由突然扩大局部阻力系数的计算公式知,当A2远大于A1时,ξ=1.0。 6.管道入口 管道入口的阻力系数与进口边缘的形状有关。不同情况下的局部阻力系数如图4?15所示。 第四章 流动阻力与管路水力计算 图4-15 管道入口 7.常用弯头、三通和阀门的局部阻力系数 常用弯头、三通和阀门的局部阻力系数见表4?2。 第四章 流动阻力与管路水力计算 表4-2 常用弯头、三通和阀门的 ξ值 四、减小流动阻力的措施 第四章 流动阻力与管路水力计算 减小管路中流体运动的阻力有两条完全不同的途径:一是改进流体外部的环境,改善边界对流动的影响;二是在流体内部加入极少量的添加剂,使其影响流体运动的内部结构来实现减阻。本节主要介绍改善边界的减阻措施。 1.管道进口减阻措施 由图4?15可以看出,将管道进口由锐缘进口改成圆角进口时,局部阻力系数可减少一半;若进一步改成流线型进口,其局部损失系数可减少90%以上。 2.渐扩管和突扩管减阻 扩散角大的渐扩管阻力系数较大,通常采用图4?16a所示的形式使阻力系数减半,或采用图4?16b所示的台阶形式减小阻力。 第四章 流动阻力与管路水力计算 图4-16 渐扩管和突扩管的边壁改善措施 3.弯管的减阻措施 表4-3 不同R/d时的ξ值(Re=106) 4.三通减阻措施 第四章 流动阻力与管路水力计算 尽可能地减小支管与合流管之间的夹角,或将支管与合流管连接处的折角改缓,都能减小三通的阻力系数。如图4?18所示,将90°的T形三通的折角改成45°,则合流时的ξ1?2和ξ2?3约减小30%~50%,分流时的ξ3?1约减小20%~30%,但对分流的ξ3?2的影响不大。如果将切割的三角形加大,阻力系数还能显著下降。 图4-17 装有导叶的弯管 第四章 流动阻力与管路水力计算 第五节 管路水力计算 一、概述 1.管路水力计算的任务 工程上将确定管路流量、水头损失和管道几何尺寸之间相互关系的计算过程称为管路的水力计算。管路水力计算可以分为设计计算和校核计算两类。 2.长管与短管 由第一节内容可知,流体在流动过程中产生的能量损失由沿程损失和局部损失两部分组成。但在不同的管路系统中,两种损失所占的比例不同。在水力计算时,为了便于处理,常将管路按两种损失在总损失中占的比例大小的不同将管路分为长管和短管。 3.标准管径与限定流速 第四章 流动阻力与管路水力计算 各种工业管道的管径均按统一标准制造,因此都有一定的规格。在进行设计计算时,管道的管径应按规格选取,即应标准化;各种工业管道的规格可在有关手册中查得。 二、简单管路水力计算 图4-19 简单管路 第四章 流动阻力与管路水力计算 第四章 流动阻力与管路水力计算 第四章 流动阻力与管路水力计算 第四章 流动阻力与

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