工程流体力学泵与风机第8章__管路计算概要.ppt

* 第四阶段：由于管路进口压强p0－Δp小于池中静水压强p0，在压差Δp的作用下，水流又以速度v0向阀门方向流动，管路中水的密度及管壁恢复正常，在t=4l/C时，增压波传递至阀门处，此时全管恢复至初始状态，管中压强为p0 。如图8.9（e）所示。 由于水流的惯性作用，同时阀门依然是关闭的，水击波将重复上述四个阶段，水击波传播速度极快，故上述四个阶段是在极短的时间内连续完成的。在水击的传播过程中，管路各断面的流速及压强均随时间周期性变化，所以水击过程是非恒定流。 8.3 有压管路中的水击 * 1．直接水击 设阀门关闭时间为TZ，当TZ＜2l/C时，则在最早发出的水击波返回阀门以前，阀门已全部关闭，此时产生的水击称为直接水击，其水击压强按儒可夫斯基公式计算： Δp=ρC（v0—v） （式8.17） 当阀门瞬间完全关闭时，v=0，则最大水击压强为 Δp=ρC v0 式中 C——水击波传播速度，m/s； ρ——水的密度，kg/m3; v——阀门处流速，m/s； v0——管道中流速，m/s。 8.3 有压管路中的水击 * 2．间接水击 如果阀门关闭时间TZ＞2l/C，那么最早发出的水击波在阀门尚未完全关闭前已返回阀门断面，则增压和减压相互叠加而抵消，这种水击称为间接水击。间接水击的水击压强小于直接水击的水击压强。间接水击的最大压强可按下式计算： （式8.17） 式中 v0——水击发生前管中断面平均流速，m/s； T——水击波相长，T=2 l /C，s； TZ——阀门关闭时间，s； l——管道长度，m。 8.3 有压管路中的水击 * 防止水击危害的具体措施是多种多样的，归纳起来大约有以下几方面。 1．在管路的适当地点设置一缓冲空间，用以减缓水击压强升高；同时这也缩短了水击波的传播长度，使增压逆波遇到缓冲装置（如调压井）时尽快以降压顺波反射回到阀门处，以抵消阀门处因关阀而引起的增压水击波，亦即使其发生压强较小的间接水击。例如可在阀门上游设置空气室、气囊、调压井等。 2．在泵的压水管中处设置缓慢关闭的逆止阀，用以延长关阀时间，若能使关闭阀时间T＞ ，则可避免直接水击的发生。这类措施有油阻尼逆止阀等。 8.3.2 防止水击危害的措施 8.3 有压管路中的水击 * 3．使在水击发生时间的高压水流在给定的位置有控制的释放出去，避免水管爆裂；或者在压强突然降低时向管内负压区注水，以免水股断裂，连续性遭破坏。这一类具体措施有水击消除器，减压阀，金属膜覆盖的放水孔等等。 目前我国给水工程上为防止停泵水击，多用下开式水击消除器。其基本工作原理是当管路正常工作时，管内压力大于水击消除器阀瓣的自重及平衡的下压力，消除器的阀瓣与密封圈密合，消除器处于关闭状态。一旦发生停泵水击，管内压强首先突然下降，上托力随压强下降而突然减少，阀瓣由于自重及平衡重下压之力而迅速下落入分水锥，打开了放水孔，呈准备释放状态。当回冲水流来到时，即从消除器的排水孔中将高压水释放出管外，从而减少了水击压力升高。 8.3 有压管路中的水击 * 8.4沿途均匀流管路的计算 沿管线长度均匀泄出流量的管路称为沿途均匀流管路，如图8.10所示，例如给水工程中滤池的冲洗管，灌溉工程中的人工降雨管等。 图8.10 均匀泄流管路 8.4 沿途均匀管路的计算 * 设沿途均匀泄流管路长度为l，直径为d，单位长度管路的途泄流量为q，总途泄流量为Qt ，通过管路流到下游的流量Qz ，即转输流量。在M点取一微小管段dx，由于dx很小，故可以认为通过微小管段dx的流量QM不变，dx流段可视为均匀流段，通过dx流段的水头损失dhf为： 整个泄流管路水头损失 当管径与粗糙情况不变，且流动处于阻力平方区时，比阻A为常数，则上式积分得 （式8.19） 8.4 沿途均匀管路的计算 * 由于 所以式（8.18）可近似表示为 实际计算时，常引用计算流量Qc，即 则式（8.19）可以写为 若转输流量Qz=0，由式（5.19）得 （式8.20） （式8.21） （式8.22） （式8.23） 8.4 沿途均匀管路的计算 * 【例8.3】如图8.11所示，由三段铸铁管串联而成的水塔供水系统，中段为均匀泄流管路。已知l1=500m，d1=200mm，l2=200m，d2=150mm，l3=200m，d3=125mm，各管段比阻值为A1=9.029s2/m6，A2=41.85s2/m6，A3=110.8s2/m6，节点B分出流量q=