管路、孔口和管嘴的水力计算.pptxVIP

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第五章 管路、孔口和管嘴 的水力计算 ;产生能量损失的两个条件: 流体具有粘性——内因,主要的 固体边界的影响——外因;流动 阻力 ;1. 沿程水头损失;ζ——局部阻力系数,一般以实验方法确定;单位重量的流体从上游流动到下游时,其能量损失,即总水头损失为;雷诺实验证实了沿程损失与流态密切相关。雷诺实验 装置图中,在水平管道1-1、2-2断面处各接一根测压管 ,液面差值等于沿程水头损失值。;作出 曲线图:;粘性流体流动时可能出现两种性质有较大差别的流动状态:;一、雷诺实验;实验结论:流速较低时,流体作层流运动;当流速增高到一定值时,流体作湍流运动。;二、流态的判别;圆管流动的临界雷诺数取2320(或2300),实际 工程中也可取2000,即;当过流断面是非圆断面时,;例1. 一等径圆管内径d=100mm,流通运动粘度ν=1.306×10-6m2/s的水,求管中保持层流流态的最大流量。;三、湍流特点及流动参数的时均化;时均速度;湍流运动总是非定常流,但从时均意义上分析,如果流场中各空间点的运动参数的时均值不随时间变化,就可以视为定常流动。 在工程实际的一般问题中,只需研究各运动参数的时均值,可使问题大大简化。;第二节 管路的水力计算;不可压缩流体在一半径为R的水平放置等截面圆管中作定常层流运动,现在分析这一流动的有关力学特征。 ;由于流体为定常均匀流,水平方向合力为0, ;1. 圆管中速度分布;最大流速在管轴上(r=0);2. 圆管流量;3. 断面平均流速; 4. 切应力; 5. 动能和动量修正系数;6. 沿程损失;湍流流动的沿程水头损失hf仍然使用达西公式,关键在于确定沿程阻力系数λ ,一般用经验公式求解。 ;绝对粗糙度Δ——管道内壁上峰谷之间的平均距离 。 相对粗糙度——Δ与管道直径d或半径r的比值, Δ/d 或Δ/r。;水力光滑——当 时,管壁的粗糙突起将全部淹没在粘性底层之中,核心湍流好象在一完全光滑管道中流动。 水力粗糙——当 时,管壁的粗糙突起大部暴露在层流底层之外,管壁粗糙对湍流核心流动能量损失有显著的影响。;由达西公式,得到 尼古拉兹人工粗糙管实验:选择在等截面长直管段的内壁上粘结颗粒均匀的砂粒,做成人工粗糙管,对不同管径、流量的管道进行实验。;尼古拉兹实验曲线; 第I区——层流区,λ=f(Re),λ=64/Re。;第IV区——湍流水力过渡区, λ=f(Re, Δ/d) 。;第V区——湍流水力粗糙区(阻力平方区), , λ=f( Δ/d) 。;在工程应用时,使用管道当量粗糙度取代绝对粗糙度,仍以Δ表示;3. 工业管道的莫迪图;例2. 长度l=1000m,内径d=200mm的普通镀锌钢 管,用来输送运动粘度ν=0.355×10-4m2/s的重油,已经测得其流量Q=0.038m3/s,问其沿程水头损失为多少?(△=0.2mm);因为;例3. 有一镀锌铁管,l=40m,d=0.2m, △=0.15mm,输送干空气,其密度ρ=1.2kg/m3,运动粘度ν=15.7× 10-6m2/s,测得风量Q=1700m3/h,气流的沿程损失为多少?;故流动处于湍流水力过渡区,选择柯罗布鲁克公式;可认为等式两边相等,解得λ=0.02。 ;当水流流过流程中的阀门、弯头、扩散段、收缩段等局部障碍时,具有粘性的水流将在这些障碍处脱离固体表面产生耗能严重的旋涡,这是产生局部损失的主要原因,另外,旋涡随主流下移也将引起下游一定范围内水流机械能减少。 局部水头损失的计算公式为;在管壁拐角与主流束之间形成旋涡;列1-1断面和2-2断面的伯努利方程;p;将(b)式代入(a)式,得到;当管道出口与大容器相连,;2. 其它类型的局部阻力系数; 突然收缩管的局部阻力系数;在A2/ A1趋于无限小的条件下,ζ=0.5,如管道 直角入口接大容器;速度水头应用障碍后的水流平均速度;管路系统;在简单管路计算中,实际是连续性方程、伯努利方程和水头损失计算式的具体运用,即联立求解这些方程:;例4. 水泵将水自池抽至水塔,已知:水泵的功率Pp=25kW,流量Q=0.06m3/s,水泵效率ηp=75%,吸水管长度l1=8m ,压水管长度l2=50m ,吸水管直径d1=250mm ,压水管直径d2=200mm ,沿程阻力系数λ=0.025,带底阀滤水网的局部阻力系数ζfv=

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