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1.6 管路计算

1.6.1 概述

1.管路计算内容和基本关系式

管路计算的目的是确定流量、管径和能量之间的关系。管路计算包括两种类型:设计型计算是给定输送任务,设计经济合理的输送管路系统,其核心是管径;操作型计算是对一定的管路系统求流量或对规定的输送流量计算所需能量。

管路计算的基本关系式是连续性方程、伯努利方程(包括静力学方程)及能量损失计算式(含 λ 的确定)。

由于某些变量间较复杂的非线性关系,除能量计算外,一般需试差计算或用迭代方法求解。

2.管路分类

(1)按管路布局可分为简单管路与复杂管路(包括并联管路和分支管路)的计算。

(2)按计算目的有三种命题:

①对于已有管路系统,规定流量,求能量损失或 W e

②对于已有管路系统,规定允许的能量损失或推动力,求流体的输送量;

③规定输送任务和推动力,选择适宜的管径。

前两类命题属操作型计算,第三类命题属设计型计算。除求能量损失或 W e 外,一般需进行试差计算。试差计算方法随题给条件差异而不同。复杂管路系统中任一参数的改变,都会引起其他参数的变化及流量的重新分配。

1.6.2 简单管路计算

由等径或异径管段串联而成的管路系统称为简单管路。流体通过各串联管段的流量相等,总阻力损失等于各管段损失之和。

1.简单管路操作型计算

对一定的流体输送管路系统,核算在给定条件下的输送量或能量损失。

2.简单管路设计型计算

对于规定流量和推动力求管径的设计型计算,仍需试差法。试差起点一般是先选流速 u ,然后计算 d W e 。由于不同的 u 对应一组 d W e ,需要选择一组最经济合理的数据来优化设计。

例1-13 水从高位槽A流向低位槽B,管路为 108mm×4mm钢管,管长150m,管路上有1个90°弯头,一个标准阀(全开)。两槽液面维持恒定,高差为12m。试问水温20℃时,此管路的输水量为多少m 3 /h?已知摩擦因数 λ =0.03。若在管路装一台泵,将水以相同的流量从槽B输送到槽A,则泵的有效轴功率为多少kW?

图1-38 例1-13附图

在1—1′面与2—2′面间进行机械能衡算

(2)若在管路装一台泵,将水以相同的流量从槽B输送到槽A,进行机械能衡算。

1.6.3 并联管路计算

流体流经图1-39所示的并联管路系统时,遵循如下原则:

图1-39 并联管路

(1)主管总流量等于各并联管段之和,即

V V 1 V 2 V 3 (1-59)

(2)各并联管段的压强降相等,即

∑Δ p f ,1 =∑Δ p f ,2 =∑Δ p f ,3 (1-60)

h f ,1 =∑ h f ,2 =∑ h f ,3 (1-60a)

(3)各并联管路中流量分配按等压降原则计算,即

1.6.4 分支管路计算

流体经图1-40所示的分支管路系统时,遵如下原则:

图1-40 分支管路

(1)主管总流量等于各支管流量之和,即

V V 1 V 2 (1-62)

(2)单位质量流体在各支管流动终了时的总机械能与能量损失之和相等,即

流体流经各支管的流量或流速必须服从上述两式。 afcY8zwyWWjY2D36lpCl3Z/HQAkYHi3KrsxHLRJcer1rPwn/XM7BneSQheIrWsti

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