1、第五章第五章 壓力管路的水力計(jì)算壓力管路的水力計(jì)算本章將結(jié)合輸油管路設(shè)計(jì)中的一些工程問題，如長輸管線的水力計(jì)算、串并聯(lián)管路，以及孔口和管嘴泄流的基本原理，作扼要分析，介紹處理這些問題的基本方法。 簡單長管 串聯(lián)、并聯(lián)和分支管路主要內(nèi)容主要內(nèi)容2211AvAv主要公式主要公式2122222211112gV2gVwhpzpzVdRegVDLhf22gVhj22基本概念：基本概念： 在一定壓差下，液流充滿全管的流動(dòng)管路。在一定壓差下，液流充滿全管的流動(dòng)管路。（管路中的管路中的壓強(qiáng)壓強(qiáng)可以大于大氣壓可以大于大氣壓，也可以小于大氣壓也可以小于大氣壓） 注：輸送氣體的管路都是壓力管路。按管路的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，分

2、為簡單管路簡單管路：等徑、無分支或匯合的管路,直徑可大可小復(fù)雜管路復(fù)雜管路：直徑有變化或有分支等情況的管路 根據(jù)管道分支、排列和組合的情況: 串聯(lián)、并聯(lián)、分支串聯(lián)、并聯(lián)、分支 按能量比例大小，分為 和沿程水頭損失相比，流速水頭和局部水頭損失可以和沿程水頭損失相比，流速水頭和局部水頭損失可以忽略的流動(dòng)管路。忽略的流動(dòng)管路。 如果管路中流速水頭和局部水頭損失的和，所占的比例在515%以下，在水力學(xué)計(jì)算中，可以忽略不計(jì)。流速水頭和局部水頭損失不能忽略的流動(dòng)管路流速水頭和局部水頭損失不能忽略的流動(dòng)管路0jh022gV0jh022gV 與與的關(guān)系曲線稱為管路的特性曲線的關(guān)系曲線稱為管路的特性曲線 llL

3、gVdLgVdllgVdldlgVdlgVhhhfjw當(dāng)當(dāng)當(dāng)其中，2222222222（1）把把 代入上式得：代入上式得：24dQAQV225222284212QQdgLdQgdLgVdLhw1、當(dāng)由泵輸送液體時(shí)，因泵給出的揚(yáng)程H要克服位差和水頭損失，繪制管路特性曲線時(shí)，縱坐標(biāo)以泵的揚(yáng)程為準(zhǔn)，故管路特性曲線相應(yīng)地要平移一個(gè)一個(gè)位差位差的高度。2、理論上有層流到紊流應(yīng)有折點(diǎn)，實(shí)用上不予考慮，而繪制光滑曲線3、根據(jù)水頭損失的計(jì)算通式，當(dāng)有局部水頭損失時(shí)可折算為當(dāng)量長度并入沿程水頭損失。4、管路特性曲線對(duì)于確定泵的工況和自流泄油工況，將有重要作用，在工程設(shè)計(jì)中經(jīng)常使用1、：由許多管徑相同的管子組成的

4、長輸管路，且沿：由許多管徑相同的管子組成的長輸管路，且沿程損失較大、局部損失較小，計(jì)算時(shí)可程損失較大、局部損失較小，計(jì)算時(shí)可和和。n短途無中繼 泵站的 輸油管線和長途兩泵站之間的管線都屬于簡單長管.n若上述管路有分支或者直徑發(fā)生變化,此時(shí)對(duì)于管路中直徑不變的每一段或每一個(gè)分支,仍然是簡單長管2、：簡單長管一般計(jì)算涉及公式：簡單長管一般計(jì)算涉及公式2211AVAVfhpzpz2211gVDLhf22（1）（2）（3）（4）VdRe 有時(shí)為了計(jì)算方便，有時(shí)為了計(jì)算方便，hf 的計(jì)算采用如下形式：的計(jì)算采用如下形式： 其中，其中，、m值如下值如下 mmmfdLQh52（5）公式（公式（5）的推導(dǎo)：）

5、的推導(dǎo)：gVDLhf2224dQAQV2528QdgLhf（6） ， 代入（代入（6）式得：）式得： 即：即：Re6415112415. 415. 4dLQdLQhf ， 代入（代入（6）式得：）式得： 即：即：25. 0Re3164. 025. 0525. 025. 0275. 425. 075. 10246. 00246. 0dLQdLQhf 由大慶設(shè)計(jì)院推得經(jīng)驗(yàn)公式，在由大慶設(shè)計(jì)院推得經(jīng)驗(yàn)公式，在： 即：即：877. 4123. 0877. 10802. 0dLQAhf0627. 0lg127. 0,10rA 即：即：5225220826. 082dLQQdgLgVdLhf：地形z ，流

6、量Q ， 管道尺寸d，L， 輸送流體的性質(zhì) ， ：hf ，p ： QV 確定流態(tài)確定流態(tài) hf 伯努利方程求pVdRe47/8103.2857 .59(1)(2)油柱mdLQhf5 .1940246. 075. 425. 075. 1例: 50C的原油,密度=950kg/m3,運(yùn)動(dòng)粘度=810-5m2/s,流過一根長l=400m,D=150mm,粗糙度e=0.30mm的管道,流量Q=0.12m3/s,試求產(chǎn)生的壓降.： p ，z ，d，L， ：Q ：Q未知未知流態(tài)也未知流態(tài)也未知 )無法確定無法確定 a、先假設(shè)一流態(tài)，取、先假設(shè)一流態(tài)，取值，算出值，算出Q mmmffLdhQpzh25b、Q

7、Q Re 和假設(shè)一致，和假設(shè)一致， Q 即為所求即為所求Q c、 Q 定出的流態(tài)和假設(shè)不一致，重復(fù)定出的流態(tài)和假設(shè)不一致，重復(fù)a。dV eRAQV按第一類問題的計(jì)算方法，選取足按第一類問題的計(jì)算方法，選取足夠多夠多 Q，算出，算出 hf值，然后繪制圖形。值，然后繪制圖形。使用時(shí)由使用時(shí)由 hf 查找查找 Q 即可。即可。pzhf： Q ， z ，L， ： 經(jīng)濟(jì)管徑經(jīng)濟(jì)管徑d (p未知未知) ：考慮兩方面的問題考慮兩方面的問題 、運(yùn)輸費(fèi)、運(yùn)輸費(fèi)V，損失，損失，管理費(fèi)用，管理費(fèi)用 輸油管容易結(jié)蠟輸油管容易結(jié)蠟一次性費(fèi)用V，損失，損失， 如何解決這一矛盾，正是一個(gè)管徑優(yōu)選問題。如何解決這一矛盾，正是

8、一個(gè)管徑優(yōu)選問題。1) 根據(jù)設(shè)計(jì)流量根據(jù)設(shè)計(jì)流量,在速度范圍內(nèi)選擇幾個(gè)不同的管徑在速度范圍內(nèi)選擇幾個(gè)不同的管徑一般油田內(nèi)部管線或庫內(nèi)管線流速以一般油田內(nèi)部管線或庫內(nèi)管線流速以12m/s左右左右外輸管線取外輸管線取13m/s2) 按照所選管徑按照所選管徑d算出速度算出速度v3) V 、d、v VdRe確定流態(tài)確定流態(tài) hf 伯努利方程求水頭損失p4) 由總水頭損失及壓降確定泵的揚(yáng)程、功率由總水頭損失及壓降確定泵的揚(yáng)程、功率,計(jì)算每年計(jì)算每年動(dòng)力消耗費(fèi)用動(dòng)力消耗費(fèi)用 計(jì)算全部設(shè)備投資、管線投資及每年平均折舊費(fèi) 計(jì)算每年的檢修、保養(yǎng)及管理費(fèi)5)管徑管徑d年費(fèi)用曲線年費(fèi)用曲線20C的四氯化碳,密度=1

9、590Kg/m3,運(yùn)動(dòng)粘度=6.110-7 m2/s,通過長度l=20m的鋼管,流量Q=210- 3m3/s,要求單位長度的壓降為p/l=3.7kpa/m,設(shè)e=0.046mm,試問需要管徑D。各聯(lián)結(jié)點(diǎn)（節(jié)點(diǎn)）處流量出入平衡，即進(jìn)入節(jié)點(diǎn)的各聯(lián)結(jié)點(diǎn)（節(jié)點(diǎn)）處流量出入平衡，即進(jìn)入節(jié)點(diǎn)的總流量等于流出節(jié)點(diǎn)的總流量?？偭髁康扔诹鞒龉?jié)點(diǎn)的總流量。 其中，其中，全線水頭損失為各分段水頭損失之和，即：全線水頭損失為各分段水頭損失之和，即： 它它反映了反映了。fnffffhhhhhi210iQ進(jìn)入各并聯(lián)管的總流量等于流出各并聯(lián)管的總流進(jìn)入各并聯(lián)管的總流量等于流出各并聯(lián)管的總流量之和，即量之和，即 不同并聯(lián)管段

10、不同并聯(lián)管段ABAB，單位重量液體的能量損失相單位重量液體的能量損失相同同，即：，即：Chhhhffffi21iQQ 屬于長管計(jì)算第一類問題屬于長管計(jì)算第一類問題 ：Q Q ：d d ：確定合理流速確定合理流速 V V合理合理？ 合理合理d d 屬于長管計(jì)算第二類問題屬于長管計(jì)算第二類問題 因?yàn)樗婕暗揭驗(yàn)樗婕暗搅髁糠峙鋯栴}流量分配問題，Q Q Q1 ? Q2 ? Q3 ?一輸水管路，總流量Q100L/s，各段管徑、長度及程水力摩阻系數(shù)分別標(biāo)于圖中，試確定流量Q1、Q2及AB間的水頭損失為多少？gdQdLgdQdLgdQdLhhhhBfAfff242424222233322222222211

11、111321）（即1243. 19 .1656876809 .88882560025. 025. 0300025. 03 . 03 . 0900024. 025. 025. 01000025. 02122222221422422421QQQQQQQQQ1 . 021QQQ又（2）Q10.0446m3/s44.6L/sQ20.0554 m3/s55.4L/smhBfA216. 48 . 92125. 014. 3160446. 025. 01000025. 0422一管路系統(tǒng)，CD管中的水由A、B兩水池聯(lián)合供應(yīng)。已知L1500m，L0500m，L2300m，d10.2m，d00.25m，10.0

12、29，20.026，00.025，Q0100L/s。求Q1、Q2及d2解：按長管計(jì)算smsLQ/1 . 0/10030smdQVD/038. 225. 014. 31 . 0442200mgVdLhf6 .108 . 92038. 225. 0500025. 022200000AD伯努利方程：mhhhfff4 . 46 .10520520101BD伯努利方程：mhhhfff4 . 36 .10519519202sLsmQQQsLsmQmQgdQdLhf/8 .65/0658. 00342. 01 . 0/2 .34/0342. 04 . 48 . 922 . 014. 342 . 050002

13、9. 02431023122122111111mddgdQdLhf4 . 38 . 9214. 30658. 04300026. 024222222222222d2=0.242m4、分支管路、分支管路：自一點(diǎn)分開不再匯合的管路：a、節(jié)點(diǎn)處流出與流入的流量平衡b、沿一條管線上總水頭損失為為各段水頭損失總和c、節(jié)點(diǎn)處：cpz、分支管路、分支管路1)選定主干線(以起點(diǎn)到最遠(yuǎn)點(diǎn)為主干線)2)按各終點(diǎn)流量要求,從末端前推,分配各管段流量3)根據(jù)流量及合理流速,選定各段管徑4)計(jì)算干線各段水頭損失,確定干線上各節(jié)點(diǎn)處的壓頭,推算起點(diǎn)壓頭,確定泵壓或罐塔高度5)通過節(jié)點(diǎn)壓頭確定各支管的水頭損失,再根據(jù)設(shè)定的

14、管徑校核水頭損失,不符合則重選支管徑 許多室內(nèi)管線，集油站及壓水站許多室內(nèi)管線，集油站及壓水站內(nèi)管線管件較多，屬于短管。內(nèi)管線管件較多，屬于短管。 短管計(jì)算問題，多涉及到短管計(jì)算問題，多涉及到：gVhhhcjfw22出口whgVpzgVpz2222221121gVgVgVgVdlgVdlhhhjfw22222227654322112222221111孔孔： 大直徑管段：大直徑管段：直徑直徑，長，長l1 小直徑管段：小直徑管段：直徑直徑d2，長，長l2 孔板直徑：孔板直徑：d孔孔 則則（1） 為了計(jì)算方便，一般以為了計(jì)算方便，一般以作為標(biāo)準(zhǔn)，把其它速度作為標(biāo)準(zhǔn)，把其它速度化成出口速度表示的形式，

15、由連續(xù)性方程：化成出口速度表示的形式，由連續(xù)性方程：22222122121,VddVVddVAAV孔孔gVgVdldddddlhcw22222276543222424121111孔孔（2）令令 稱之為稱之為。 則則 所以所以由圖由圖AB，1122斷面列能量方程：斷面列能量方程：gVgVpzgVpzc2222222211221gVgVppzzc21222212121gVppzzH222121012222202121QgAQgVHcc0211gHAQcc1102gHAQ：完全靠自然位差獲得能量來源輸送或排泄：完全靠自然位差獲得能量來源輸送或排泄液體的管路。液體的管路。 ：儲(chǔ)液罐壁或底部打開的小孔。

16、：儲(chǔ)液罐壁或底部打開的小孔。局部阻力局部阻力 ：在孔口處接出短管。：在孔口處接出短管。局部阻力局部阻力+沿程阻力沿程阻力收縮斷面收縮斷面CC的形成：流線特性，流線不能轉(zhuǎn)折的形成：流線特性，流線不能轉(zhuǎn)折 ,液流射出時(shí),將向內(nèi)部收縮形成收縮斷面cc（約在距出口d/2處）收縮斷面：收縮斷面： 收縮系數(shù)：0.620.64：液體與孔口周圍只有液體與孔口周圍只有線接觸線接觸,容器壁厚與所開孔口直容器壁厚與所開孔口直徑之比小于徑之比小于1/2,即即： 2)(ddAAccHd101 孔口有效斷面上所有的點(diǎn)都可用其中線上的點(diǎn)來代替：21d取取00 cc 列方程，列方程，則有：則有：gVgVpgVpHcca222

17、22200孔gVgVppHca2122200孔002211gHgHVc孔gVppHHa22000令令 則則（1）定水頭薄壁圓形小孔口自由出流流量計(jì)算公式定水頭薄壁圓形小孔口自由出流流量計(jì)算公式 理論流速理論流速 實(shí)驗(yàn)證明：實(shí)驗(yàn)證明： 對(duì)于理想流體：對(duì)于理想流體： 02gH理理QAVQ理QQ64.062.0,97.006.011,06.0孔6 . 0,62. 06 . 0取1, 1,1,0孔所以所以000222gHAgHAgHAAVQccc自孔口接出短管直徑與孔口直徑自孔口接出短管直徑與孔口直徑相同，相同，且且 l（34）d 流態(tài)不一樣，先收縮，再擴(kuò)大，然后封住出口，均勻流態(tài)不一樣，先收縮，再擴(kuò)

18、大，然后封住出口，均勻泄出。泄出。 孔口只有局部阻力，管嘴加上孔口只有局部阻力，管嘴加上擴(kuò)大阻力擴(kuò)大阻力和和沿程阻力沿程阻力。 據(jù)公式：據(jù)公式： 由于由于1，要知，要知，須求，須求。gHAgHAQ2253.0302.011106.0106.02224dddlAAdddlccc擴(kuò)孔64.0,3,02.0dl取81.011c實(shí)驗(yàn)修正：實(shí)驗(yàn)修正：82.0孔口和管嘴的流量公式孔口和管嘴的流量公式02gHAQ6 . 0孔口82. 0管嘴 孔口計(jì)算斷面為收縮斷面孔口計(jì)算斷面為收縮斷面CC，壓強(qiáng)為，壓強(qiáng)為 pa，而管嘴收縮，而管嘴收縮處卻不一樣，管嘴出口在收縮斷面之后，由于在處卻不一樣，管嘴出口在收縮斷面之后，由于在CC 處液流處液流帶走一部分氣體形成負(fù)壓，這就相當(dāng)于在帶走一部分氣體形成負(fù)壓，這就相當(dāng)于在1C 之間增大了一個(gè)之間增大了一個(gè)壓頭差，流量系數(shù)也就增大了。壓頭差，流量系數(shù)也就增大了。因?yàn)橐驗(yàn)?所以所以 即相當(dāng)于使壓頭增大了即相當(dāng)于使壓頭增大了0.75倍倍取取1 1C C列方程：壓力標(biāo)準(zhǔn)取列方程：壓力標(biāo)準(zhǔn)?。篻VgVpgVpHccca2222221孔HgVppcca2