壓力管路、孔口、噴嘴出流

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1、1/15第七章壓力管路、孔口、管嘴§1簡(jiǎn)單長(zhǎng)管的水力計(jì)算§2復(fù)雜管路的水力計(jì)算§3短管的水力計(jì)算§4水擊現(xiàn)象§5孔口與管嘴2/15§7-1簡(jiǎn)單長(zhǎng)管的水力計(jì)算前面兩章詳細(xì)介紹了流體流動(dòng)的基本原理。介紹這些基本原理的目的是為了工程應(yīng)用，尤其是石油工程方面的應(yīng)用。一個(gè)很重要的方面是應(yīng)用于管路的水力計(jì)算，而管路水力計(jì)算的目的是設(shè)計(jì)管路及優(yōu)化使用管路。§7-1簡(jiǎn)單長(zhǎng)管的水力計(jì)算液體在一定的壓差作用下流動(dòng)的管路，稱為壓力管路。壓力管路水力計(jì)算時(shí)，根據(jù)沿程水頭損失和局部水頭損失所占比例，分為兩類：①長(zhǎng)管：局部水

2、頭損失和流速水頭在能量方程中所占的比重較小，以致在計(jì)算中可以忽略不計(jì)的壓力管路；②短管：局部水頭損失和流速水頭在能量方程中所占的比重較大，以致在計(jì)算中不能忽略的壓力管路。辨析①:長(zhǎng)管和短管并不是按照幾何長(zhǎng)度來(lái)劃分的，而是按照局部水頭損失以及流速水頭所起的作用來(lái)劃分的。辨析②:一般來(lái)說(shuō)，室外管路多屬于長(zhǎng)管，如油田的地面集輸管路和外輸管路。室內(nèi)管線多屬于短管，如聯(lián)合站、計(jì)量間內(nèi)管件較多的管路。簡(jiǎn)單長(zhǎng)管是指液體從入口到出口均在同一等直徑管道中流動(dòng)，沒(méi)有出現(xiàn)流體的分支或匯合的管路。復(fù)雜管路，如串聯(lián)管路、并

3、聯(lián)管路、分支管路和管網(wǎng)等。§7-1簡(jiǎn)單長(zhǎng)管的水力計(jì)算忽略局部水頭損失和速度水頭，能量方程為：①對(duì)于層流流動(dòng)②對(duì)于紊流的水力光滑③紊流混合摩擦區(qū)、完全粗糙區(qū)查莫迪圖或其他公式沿程水頭損失的達(dá)西公式注：也可以把阻力系數(shù)代入，進(jìn)一步寫成系數(shù)，具體取值見(jiàn)表7-1§7-1簡(jiǎn)單長(zhǎng)管的水力計(jì)算工程實(shí)際中，簡(jiǎn)單長(zhǎng)管的設(shè)計(jì)計(jì)算問(wèn)題可歸結(jié)為以下三類：①第一類問(wèn)題：已知地形、流體性質(zhì)、輸送量、管路幾何尺寸，計(jì)算管路的水頭損失或者壓降；②第二類問(wèn)題：已知地形、流體性質(zhì)、管路幾何尺寸和允許壓降，計(jì)算管路的輸送量；③第三類問(wèn)

4、題：已知地形、流體性質(zhì)、輸送量、管長(zhǎng)，(壓降未知)，設(shè)計(jì)計(jì)算最佳管徑。對(duì)于第一類問(wèn)題，根據(jù)已知條件可以直接計(jì)算得到結(jié)果。對(duì)于后兩類問(wèn)題，由于輸送量或者管徑未知，無(wú)法求取流體流動(dòng)的雷諾數(shù)，即無(wú)法判斷流態(tài)也不能確定摩擦系數(shù)，需要采用試算法或迭代法求解?！?-1簡(jiǎn)單長(zhǎng)管的水力計(jì)算1.第一類問(wèn)題已知管徑、管長(zhǎng)和地形（即管路起點(diǎn)和終點(diǎn)的地面標(biāo)高），根據(jù)給定的輸送量，計(jì)算管路中的壓降。這類問(wèn)題無(wú)論是在管路初步還是正式設(shè)計(jì)的計(jì)算中，都會(huì)經(jīng)常遇到。解決這類問(wèn)題的計(jì)算步驟是：①根據(jù)給定的流量，管徑和液體性質(zhì)，算出雷

5、諾數(shù)，確定流動(dòng)狀態(tài)；②確定沿程阻力系數(shù)，計(jì)算水頭損失hf；③由能量方程計(jì)算壓降。①②③§7-1簡(jiǎn)單長(zhǎng)管的水力計(jì)算2.第二類問(wèn)題已知管徑、管長(zhǎng)和地形，在一定壓降限制下，確定當(dāng)某種液體通過(guò)時(shí)最大輸送量。由于流量是未知數(shù)，無(wú)法先判別流動(dòng)狀態(tài)，可用試算法。計(jì)算步驟為：①利用能量方程求出水頭損失hf值；②然后假設(shè)流動(dòng)狀態(tài)，沿程阻力系數(shù)，求出輸送量Q；③驗(yàn)算流態(tài)，如果假設(shè)正確則所求得的輸送量為正確值，否則重新假設(shè)。①②③§7-1簡(jiǎn)單長(zhǎng)管的水力計(jì)算對(duì)前兩類問(wèn)題，也可以先做出圖7－2所示的管路特性曲線，然后由管路

6、特性曲線求解。下面以第二類問(wèn)題為例，給出如下的求解步驟：①先設(shè)定幾個(gè)不同的流體和輸送量，按照第一類問(wèn)題的算法，求出相應(yīng)的水頭損失hf；②繪制管路特性曲線；③由給定的壓降，依據(jù)能量方程求出水頭損失hf；④再由求得的hf值，從管路特性曲線上查出相應(yīng)的流量。Qhf0①②③§7-1簡(jiǎn)單長(zhǎng)管的水力計(jì)算3.第三類問(wèn)題已知管長(zhǎng)、地形、流體性質(zhì)和輸送量，要求設(shè)計(jì)最經(jīng)濟(jì)的管徑。在這類問(wèn)題中，管徑和壓降都是未知數(shù)。在一定的流量下，管徑的大小直接影響流速的大小和流動(dòng)狀態(tài)的變化，也就影響水頭損失（壓降）的大小。小管徑，材

7、料省，輕便，造價(jià)低；但管徑小，流速大，水頭損失大，需要高位水塔或大功率輸液泵，增加了設(shè)備費(fèi)和養(yǎng)護(hù)費(fèi)。大管徑，管材多，重量大，運(yùn)輸和安裝不便，保溫費(fèi)用多，造價(jià)高；但管徑大流速小，水頭損失小，設(shè)備投資和運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)較省。管中流速過(guò)大，管子易磨損，迅速關(guān)閉閥門時(shí)，產(chǎn)生較大水擊壓力，造成管子爆裂。反之，管中流速過(guò)小，液體中的質(zhì)易在管中沉淀，侵蝕管壁并增大摩擦阻力。因此，管徑的選擇必須全面考慮各方面的利弊，即要保持一定的流速，又要符合經(jīng)濟(jì)要求，使操作管理方便，輸液成本盡可能節(jié)省。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，一般油田內(nèi)部管路中的液體

8、流速以1～2米/秒左右為宜，外輸管路中的流速可取1～3m/s。在進(jìn)行初步設(shè)計(jì)時(shí)，可參考表7－2推薦的經(jīng)濟(jì)流速?！?-1簡(jiǎn)單長(zhǎng)管的水力計(jì)算第三類問(wèn)題：設(shè)計(jì)管徑的步驟大致如下：①根據(jù)設(shè)計(jì)流量，在適宜的流速范圍內(nèi)選擇幾種不同的管徑；②按照選擇的管徑，求出相應(yīng)的實(shí)際流速；③根據(jù)實(shí)際流速、管徑和油品粘度，求出雷諾數(shù)，判別流動(dòng)狀態(tài)，進(jìn)一步求出水頭損失；④由總水頭損失及壓力確定泵的揚(yáng)程和功率，從而算出每年動(dòng)力消耗費(fèi)用；⑤計(jì)算出全部設(shè)備每年平均的折舊費(fèi)；⑥把選用不同管徑時(shí)，每年所需的全部開(kāi)支一一算