第7章 实际流体管内流动 华南理工大学.ppt

7.5 压力管路水力计算 分支管路一般是由一处往多处输运流体的管路，相当于复杂的串联管系，其水力特性为： a) 进出各管段节点的流量的代数和为零； b) 沿任一支路的总压头损失为支路上各管段压头损失之和。 分支管路水力计算的主要内容包括： a) 选取主干线，一般取最长的管线； b) 按各支路远端点的流量要求分配各管段的流量； c) 根据流量及经济流速，选取各管段尺寸； d) 计算起点和端点间压头，确定泵压； e) 校核各支路，包括校核流量和压头损失。 7.5 压力管路水力计算 7.5.2 短管路 短管路是指局部损失占重要地位的管路。通常把短管路的所有损失系数合并成一个综合损失系数，然后再应用伯努利方程或由管路特性曲线求得管路水力参数。 综合损失系数 由压头损失定义式 有 式中，括号项称为综合损失系数；v为短管路末端的平均流速。 7.5 压力管路水力计算 水力计算公式 应用上式，并对短管路的起点和终点应用伯努利方程，有 令 由此得短管路特性公式，即 则上面的伯努利方程成为 7.5 压力管路水力计算 定压头孔口泄流 仅依靠位差能量的流动称为泄流。最简单的泄流要算大容器的薄壁圆形小孔口(d 0.1 H)的出流，如图7-16所示。描述小孔出流的主要系数包括—— a) 孔口收缩系数e e = Ac/A = dc2/ d2 b) 孔口速度系数? 由短管路伯努利方程 得 式中，xc为孔口阻力系数； ?为孔口速度系数。 7.5 压力管路水力计算 图7-16 定压头孔口泄流 c) 孔口流量系数h 由下面流量公式定义 xc= 0.06， ?= 0.97， e= 0.62~0.64，h= 0.60~0.62 7.5 压力管路水力计算 定压头管嘴泄流 图7-17所示为标准圆柱外管嘴(管长l = 3d ~ 4d)的定压头泄流。外管需作短管计算，流体在管内存在分离及再附着。假定出口静压为大气压强，则管嘴出流各系数为 a) 孔口损失系数x1 ? 0. 15 b) 扩压损失系数x2 ? 0. 32 c) 沿程损失系数x3 ? 0. 06 d) 综合损失系数xc ? 0. 32 e) 速度系数? ? 0. 82 f) 流量系数h = ? = 0. 82 管嘴喉口的真空度为 图7-17 定压头管嘴泄流 第 7 章 实际流体管内流动 7.1 实际流体管内流动及伯努利方程 7.2 圆管内层流分析 7.3 圆管内湍流分析 7.4 沿程损失系数和局部损失系数确定 7.5 压力管路水力计算 7.6 压力管路水击现象 7.6.1 水击产生机理与过程 7.6.2 水击预防 7.6.3 水击压力计算 7.7 管内非定常流动 7.6 压力管路水击现象 液体管路中由于局部压力的突然变化而引起压力波在管内振荡的现象称为水击。例如，快速关闭液体压力管路的阀门有时会引起水击现象、产生锤子敲击金属管般的噪声。 压力管路发生水击时通常会产生很大的局部压强，分析中要考虑流体压缩性和管壁弹性。 实 际 流 体 管 内 流 动 7.6 压力管路水击现象 实 际 流 体 管 内 流 动 图7-18 水击压强的产生 7.6.1 水击产生机理与过程 用一个容器和一管段来代替实际的压力管路，如图7-18所示。阀门正常开着时，阀前阀后的流速和压强均为v0和p0。如果在t = 0突然关闭阀门，则邻近阀门的一层厚度为Ds的液体首先停下来，导致该处液体被压缩，压强增高了一有限量Dp (称为水击压力)，管壁也因受内压而膨胀。 7.6 压力管路水击现象 水 击 产 生 机 理 与 过 程 图7-19 无阻尼情况下水击压力的传播 7.6 压力管路水击现象 水 击 产 生 机 理 与 过 程 在距离阀门Ds范围内停止下来的流体对后续来流的作用就如同关闭阀门，使后者也停下来，导致波面(高压区和未受扰动液体的分界面)以速度c向容器方向运动，并在t1 = L/c时刻到达容器的出口即管的入口，见图7-19a。 t1时刻后，管内压强大于容器内压强，使管内流体以速度v0向容器内流动，在此过程中，水击压强Dp从管的入口向阀门逐渐消失、管内压强恢复到关阀前水平p0，并在t2 = 2L/c时刻恢复波面到达阀门，见图7-19b。 7.6 压力管路水击现象 水 击 产 生 机 理 与 过 程 t2时刻后，管内流体继续向容器方向流动，但在