第五章 局部阻力与管路计算-4

为了保证流体的转向、调节、加速、升压、过滤、测量等需要，加各种附件：弯头、三通、水表、变径段、进出口、过滤器、溢流阀、节流阀，换向阀等。经过这些装置时，流体运动受到扰乱，造成能量损失。这种在管路局部范围内产生的损失称为局部阻力。产生局部损失的原因：涡旋区和速度重新分布。如图：5-6管路中的局部阻力一般将局部水头损失表示为：公式的含义：将局部水头损失折合成平均速度水头的ζ倍。在等径管中，ζ只有一个，在变径管中，有两个局部阻力系数gvhf22221221221222211)()(22AAvvgvgvhf局部阻力系数与主管路相配合，主管路在局部阻力装置前，则用ζ1，否则用ζ2，如果不加说明，一般指变径后的ζ2。ζ为局部阻力系数。一、局部阻力系数的确定1、突然扩大212()2fvvhg22211112(1)22fAvvhAgg22222221(1)22fAvvhAggp2v2图3.5.1突然扩大的管道v1p1包达定理p189页2、逐渐扩大gvvkhf2)(221k为经验系数，可由实验确定如图。扩张角为5-7度时，阻力最小。常用于文丘利流量计、水轮机尾水管、简易风洞设备等。3、突然缩小流线经过小管时，形成一个过流断面最小的收缩面，其面积为Ac。局部阻力系数与断面收缩系数有关。1AACcc断面收缩系数4、逐渐缩小如图，一般不会出现流线脱离壁面的问题，阻力成分是沿程磨擦，消防管出口，水力采煤器出口采用10-20度的收缩角，阻力系数为0.04。gvhAAf2,1,021121,5.0,012AA5、管道进出口表示进入容器后，管中的动能全部消失。管道入口稍加修圆的（3）：ζ=0.1。管道入口呈圆滑曲线（4）：ζ=0.01-0.05。管道与大容器相连时，如图：出口（1），看作突然扩大管：入口（2），突然缩小管：6、弯管与折管经验公式：弯管：90])(847.1131.0[5.3Rr=90°时，阻力系数见表：一般铸铁90度弯头r/R=0.75，其阻力ζ=0.9。折管的阻力系数：)2(sin407.2)2(sin946.042常用的见表：7、三通接头：见表：8、闸板阀与截止阀：9、液压附件：局部阻力系数随开口大小而不同，开口大（流量较大）的取小值，开口小（流量较小）的取大值。上述局部阻力系数多是在不受其他阻力干扰的情况下测得的，实际管路复杂，相互干扰。计算时假设能量损失是沿程损失和局部损失的算术加法求和。这就是所谓的水头损失叠加原理。gvdlhf2)(2上式表示一条管道上的总水头损失。虽然有时比实际值略大，有时比实际值略小，但一般情况下这种叠加原则还是可信可行的二、水头损失的叠加原原则有时为了方便，将局部阻力损失折合成一个适当长度上的沿程阻力损失，则令eelldd或222()()222eflllvvLvhdgdgdgeld局部阻力的当量管长则一条管路上的总水头损失简化为：管路的总阻力长度反之，将沿程损失折合成一个适当的局部损失，则令则一条管路上的总水头损失简化为：沿程阻力的当量局部阻力系数222()()222felvvvhdggg管路的总阻力系数管路主要是沿程损失的计算公式管路主要是局部损失的计算公式例题1：圆管突然扩大，流速由v1减至v2.若改为两次扩大，中间流速取何值时，使管的局部阻力最小？结构特点：等径管路，串联管路，并联管路，分支管路；计算特点：长管：沿程损失远大于局部损失；短管：局部损失和沿程损失各占一定比例。长短不是几何概念，是阻力概念。解决问题的分类：已知：l,d,qv求hfl,d,hf求qvl，qv，hf求d5-6管路计算管路特性：管路特性是一条管路上水头H与流量qv之间的函数关系式，用曲线表示则成为管路特性曲线。K称为管路的阻力综合参数，或管路的综合参数。此公式与欧姆定律V=IR有何类似之处？串联管路、并联管路图3.6.1串联管路Q3L3，d3L2，d2L1，d1Q1Q2图3.6.2并联管Q2，，L2，d2串联管路（1）若连接点处无泄漏，则各段流量相等若连接点处有泄漏，则（2）总水头损失为各段损失之和，即321qqq223112','qqqqqqhhhf串联管路的综合阻力参数与各段的综合阻力参数的关系K=K1+K2+K3并联管路（1）由流量连续性原理可知，总流量等于各分支点流量之和，即（2）并联管段各分段管程的水头损失相等，即有321qqqq)3,2,1(22321igvdLhhhiiii＝λλλλ并联管路的总阻力综合参数和各段的阻力综合参数之间的关系：例题2：两水箱之间的水管内恒定水流如图所示。水位H1=5m,H2=3m,管径d1=150mm,d2=250mm,两端管长l1=30m,l2=50m,沿程阻力系数为λ1=0.03,λ2=0.025.求（1）两水箱之间突然扩大管（d1到d2)的局部阻力系数（2）管中流量H1例3两根长度为250m的管道，其直径分别为10cm和20cm，通过管道的总流量为0.08m3/s，试求管串联或并联时的水头损失。忽略局部阻力，沿程阻力系数为0.04。mhdqvdqvgVdlgVdlhhhqqfvvfffvv3.546)8.9255.22.02508.9219.101.0250(04.055.22.0414.308.0419.101.0414.308.042222222222112222112121mgVdlhsmvvvvdvdqvvddvvgVdlgVdlhhhqqqfvfffvvv90.118.9216.22.025004.02/165.208.0)04.0707.001.0(414.344707.0707.02222222222221212121212222112121并联：串联：例题4；已知：两水池水位恒定，已知管径d=10cm,长l=20m，沿程阻力系数λ=0.042，局部阻力系数为ζ弯=0.8，ζ阀=0.26，通过流量为Q=65l/s,求水池水面高度差H应用于机械设备上的油管，车间的水管。计算时考虑沿程和局部损失两种。例水泵管路如图：d=150mm,l=180m,滤水网一个（ζ=6），全开静止阀一个，90度弯头（r/R=0.5）三个,高程为100m，流量为qv=225,水温为20度。求水泵扬程和输出功率：单位重量液体通过泵所获得的能量叫扬程。泵的扬程包括吸程在内，近似为泵出口和入口压力差。扬程用H表示，单位为米（m）。泵的压力用P表示，单位为Mpa（兆帕），H=P/ρg解:沿程阻力系数为（λ=0.02559）,滤水网一个（ζ=6），全开静止阀一个（ζ=3.9），90度弯头（r/R=0.5）三个(ζ=0.294),查表得入口阻力（ζ=0.5）出口（ζ=1）22222()222543.5384/36003.140.1541803.5384()(0.02559*63.93*0.2940.51)27.4620.1529.810027.46127.4622510009.8127.4783600ffvffvHhhlVhdgqVmsdlVhmdgHhhmPgqHkW作业1什么是水头损失的叠加原则?2什么是短管,什么是长管?3并联和串联管路计算的特点的什么?练习:5-16,5-22,5-25,5-33注意：在作业中应用到伯努力方程和沿程损失组合