汽车流体管路优化设计.pptx

第八讲 管路计算Chapter 8 Calculation of Fluid Flow in Pipes作业：练习题8-1，8-3一. 概述计算依据：1. 连续性方程；2. 伯努利方程3. 阻力损失计算式简单管路：没有分支与汇合复杂管路：有分支与汇合总费用费用操作费设备费uuopt对于一般的管路设计，管径要根据流量大小而确定，管径的确定是一个优化问题。一般情况下，液体流速取1～3m/s，气体流速取10～30m/s。ms1ms2ms0二. 简单管路特点：1. 流经各管段的质量流量相同，若流体不可压缩，则各管段的体积流量也相同。若ρ一定，则：2. 整个管路的阻力损失为各管段损失之和。常见问题：1. 操作型问题：已知管径、管长(含管件的当量长度)和流量，求输送所需总压头或输送机械的功率。2. 设计型问题：已知输送系统可提供的总压头，求已定管路的输送量，或输送一定流量的管径。1115m22例题：自来水塔将水送至车间，输送管路采用Ф114× 4mm的钢管，管路总长为190m(包括管件与阀门的当量长度，但不包括进、出口损失)。水塔内水面维持恒定，并高于出水口15m。设水温为12℃ ，试求管路的出水量(m3/h)。1115m22解：选取塔内水面为1－1截面，出口内侧为2－2截面。以管路出口中心为基准面。列伯努利方程有：1115m22其中：代入数据并整理，有：式中，上面两式中，含有两个未知数 λ 和 u2 ，由于 λ 的求解依赖于Re，而Re又是 u2 的函数，故需采用试差求解。 此题中，原始数据为：水的密度和粘度分别为：管壁的绝对粗糙度为：进行试算，有：λ0u2Ree/dλ1第一次0.022.812.4× 1051.89× 10-30.024第二次0.0242.582.2× 1051.89× 10-30.024由于两次计算的 λ 值基本相同，故 u2＝2.58m/s 。于是，输水量为：例题：15℃ 的水以0.0567m3/s的流率流过一根当量长度为122m的光滑水平管道。已知总压降为1.03×105Pa，试求管道的直径。解：在管的进、出口截面间列伯努利方程，有：由于管道水平，有：因此，有：又有：由于因此需要进行试差求解。其步骤为：1. 设定一个λ的初值λ0；2. 将此λ0值代入上式求出管路直径d；3. 用此d值计算雷诺数Re；4. 用Re和相对粗糙度e/d(此题中为0)，求出λ；5. 重复以上步骤，直至所设初值和计算值相等。经过以上计算步骤，有：管道直径d＝0.13m，摩擦因数λ＝0.012。B1ABAO2C三.复杂管路并联管路分支管路特点：并联管路和分支管路中各支管的流率彼此影响，相互制约；其流动规律仍然满足连续性方程和能量守恒原理。常见问题：1. 操作型问题：已知管路布置和流量，求输送所需总压头或输送机械的功率。2. 设计型问题：已知管路布置和输送系统可提供的总压头，求流量的分配，或已知流量分配求管径的大小。1AB2（一）. 并联管路特点：1. 总管流量等于各支管流量之和。2. 对于任一支管，分支前及汇合后的总压头皆相等。据此可建立支管间的机械能衡算式，从而定出各支管的流量分配。1AB2对于支管1，有：对于支管2，有：对于A、B两截面，有：比较以上三式，有：另外，根据流体的连续性方程，有：若ρ一定，则：1AB2例题：右图中的支管1和支管2的总长度(包括当量长度)如附表所示。各管均为光滑管，两管进出口的高度相等。d/mL+Le/m支管10.05330支管20.080550管内输送20℃的水，总管流率为60m3/h，求各支管流率。解：20℃水的物性为：ρ＝998.2kg/m3, μ=1.005 ×10-3Pa?s 设支管1内的流速为u1，支管2内的流速为u2，则依据连续性方程，有：即：又根据各支管内阻力相等，有：即：由于摩擦因数与速度有关，初设：将两式联立求解，有：下面对假定的摩擦因数值进行检验：查莫狄图，有：由于检验值和设定值有差别，故需再次试算，把上步结果作为假定值，计算得：由于两次计算求得的流速数据接近，可停止跌代。 求得的各支管流率为：BAOC（二）. 分支管路特点：1. 总管流量等于各支管流量之和。2. 对于任一支管，可分别建立总管截面和支管截面间的机械能衡算式，从而定出各支管的流量分配。对于支管AOB，有：对于支管AOC，有：对于B、C截面，有：本讲小结简单管路，又称串联管路，其特点为：1. 各管段中流体的质量流量均相同。2. 管路的总阻力等于各管段阻力之和。复杂管路分为分支管路和并联管路，其特点为：1. 总管的质量流量为各分支管路质量流量之和。2. 并联管路的各支管阻力均相等，并联部分总阻力等于各支管的阻力。3. 对于分支管路，可以在总管和各支管之间列伯努利方程。9、要学生做的事，教职员躬亲共做；要学生学的知识，教职员躬亲