工程流體力學(xué) 上冊(cè) 問(wèn)題導(dǎo)向型 教學(xué)課件 作者 丁祖榮 工流C1－2.ppt

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1、C1圓管流動(dòng)與混合長(zhǎng)度理論（續(xù)）C1.5圓管流動(dòng)局部損失局部損失:出入口、管截面變化部位、兩管段連接件和閥門(mén)等局部部件引起的能量損失。1、入口管與出口管原因:(1)截面變化使速度重新分布,(2)流體微團(tuán)相互碰撞和增加摩擦,(3)二次流,(4)流動(dòng)分離形成渦旋。局部水頭損失表達(dá)式K為局部損失系數(shù)，一般由實(shí)驗(yàn)測(cè)定。除指定部位外V一般指入口管的平均速度。2．?dāng)U大管與縮小管3種入口管(第1種取決于r)管出口流入大儲(chǔ)箱突然擴(kuò)大管突然縮小管兩種情況的速度水頭均以小管速度計(jì)算。漸縮管局部損失系數(shù)很小。[例C1.5.1]突然擴(kuò)大管計(jì)算解:取虛線控制體CV漸擴(kuò)管:在θ=5°附近有極

2、小值,在附近極大值。已知突然擴(kuò)大管，求。連續(xù)性方程動(dòng)量方程壓差為由以上3式聯(lián)立可得突然擴(kuò)大阻力系數(shù)解析式伯努利方程3、彎管設(shè)導(dǎo)流片可削弱二次流，避免流動(dòng)分離，使損失大大減小。4．分叉管K與彎轉(zhuǎn)角、中心線曲率半徑與管直徑之比及雷諾數(shù)有關(guān)。每條線存在一個(gè)最佳，使K值最小。分叉管有母管到支管的截面變化，也有彎管流動(dòng)效應(yīng)。分叉管的結(jié)構(gòu)形式和流動(dòng)方式也變化多端。4、閥門(mén)按結(jié)構(gòu)分有閘閥、球閥和蝶閥三種。選定管1和管3之間的損失系數(shù)K13，流動(dòng)方向是從管1向管3和管2。K13與角、平均流速比V3/V1及彎曲線曲率r/d都有關(guān)。表中可見(jiàn)K13隨增加而增大，隨V3/V1增加而增大，

3、隨r/d的增加而減小。閥門(mén)局部損失與管道口徑D和閥的開(kāi)啟度h/D有關(guān)。設(shè)閥門(mén)D=100mm時(shí)，三種閥門(mén)全開(kāi)狀態(tài)的K值比較為閘閥∶球閥∶蝶閥=0.1∶4.1∶0.16。閘閥的局部損失最低，球閥最高。閘閥球閥蝶閥工程上將接頭、彎管、分叉管和閥門(mén)做成管件，通過(guò)發(fā)蘭盤(pán)或螺紋與直管連接（前者比后者損失大）。C1.6管路的工程計(jì)算由直管和各種部件組成的管路系統(tǒng)簡(jiǎn)稱為管路。C1.6.1管路工程計(jì)算簡(jiǎn)介簡(jiǎn)單管路：一根等截面管中間插入管件。復(fù)雜管路：多個(gè)簡(jiǎn)單管路通過(guò)各種連接方式組成的復(fù)雜系統(tǒng)。有4種常用形式：無(wú)管件的簡(jiǎn)單管路稱為簡(jiǎn)單長(zhǎng)管，只有沿程損失。串聯(lián)管路并聯(lián)管路枝狀管路網(wǎng)狀管

4、路(4)兩節(jié)點(diǎn)間水頭損失等于任意一條通路上所有沿程損失和局部損失之和二、管路水力計(jì)算的原則(1)質(zhì)量守恒原則：每根簡(jiǎn)單管路；(2)水頭唯一性原則：每一點(diǎn)只有一個(gè)水頭值。(3)能量守恒原則：任兩點(diǎn)總水頭滿足伯努利方程每一節(jié)點(diǎn)的凈流量為零。對(duì)(2)(3)常用的方法：①將科爾布魯克公式化為經(jīng)驗(yàn)顯式方程。三、管路計(jì)算方法(2)已知幾何尺寸和水頭損失求流量,用迭代法求解。③將管件化為等效圓管計(jì)算局部損失1．一般方法:3種類(lèi)型：(1)已知幾何尺寸和流量求水頭損失，用阻力公式求。(3)已知流量和水頭損失求管徑,用迭代法求解。②用冪次型沿程阻力公式代替達(dá)西公式。C1.6.2管路的

5、工程計(jì)算式二者合并得海蘭德近似公式上式與科爾布魯克公式的誤差在1.5%以內(nèi)；不僅適用范圍相同，漸近行為也相同。是較好的計(jì)算式?？茽柌剪斂颂岢龉饣茱@式，海蘭德完全粗糙區(qū)顯式一．達(dá)西摩擦因子的工程計(jì)算式C為海曾－威廉斯系數(shù)，C及n,m由實(shí)驗(yàn)測(cè)定。二．冪次型沿程阻力系數(shù)的工程計(jì)算式工程上常用海曾－威廉斯公式對(duì)常溫下的水管，冪次型沿程損失為對(duì)水管C與的關(guān)系為海曾－威廉斯公式與科爾布魯克公式比較設(shè)新鍍鋅鋼管，阻力曲線藍(lán)線科爾布魯克公式,綠線海曾－威廉斯公式。在交點(diǎn)附近精度好，其他部分精度較差。在范圍內(nèi)平均誤差約為15％，在此范圍外誤差將增大。[例C1.6.3B]類(lèi)型1:求

6、水頭損失C1.6.3簡(jiǎn)單管路計(jì)算舉例1.簡(jiǎn)單長(zhǎng)管：用海蘭德公式計(jì)算。2.包含局部損失的簡(jiǎn)單管路。已知系統(tǒng)如圖，求(1)忽略全部損失(2)忽略局部損失(3)計(jì)全部損失的泵揚(yáng)程H。解：伯努利方程設(shè),因可得泵揚(yáng)程(1)忽略全部損失，即。(2)忽略局部損失,即。查穆迪圖得(3)計(jì)及全部損失討論:(1)在全部管路損失中沿程損失占41%，局部損失占59%。(2)水泵的有效揚(yáng)程至少應(yīng)為。若忽略全部損失水泵揚(yáng)程為，若忽略局部損失水泵揚(yáng)程為。[例C1.6.3C]類(lèi)型2：求流量已知，鐵管中有球閥、閘閥，2個(gè)彎頭。求流量。解:由伯努利方程可得未知速度。由沿程和局部阻力公式整理得與的關(guān)系

7、[例C1.6.3D]類(lèi)型3：求管徑（管路同上題）。Re數(shù)與的關(guān)系迭代法設(shè)可得,查穆迪圖迭代，查得。已知，求。解：獲得與關(guān)系式后用迭代法求解。雷諾數(shù)與粗糙度與d的關(guān)系式分別為2式合并整理得設(shè)，得。查穆迪圖，由方程解得。[例C1.6.4A]串聯(lián)管路舉例將V代入上式可得C1.6.4串聯(lián)與并聯(lián)管路計(jì)算一.串聯(lián)管路質(zhì)量守恒水頭損失已知三根串連管，，不計(jì)局部損失，求Q。.解：討論:管均處于完全粗糙區(qū)，λ隨Re數(shù)變化很小，迭代法計(jì)算收效很快。由，從穆迪圖完全粗糙區(qū)中設(shè)。由上式可解得，再求速度和雷諾數(shù)查穆迪圖與原設(shè)一致?？傻昧髁慷⒙?lián)管路計(jì)算[例C1.6.4B]并聯(lián)管路舉例由ε/

8、d1=0.