应用流体力学应用流体力学 (55).pdf

管路与孔口出流第八章本章引言油气长距离输送管道 建筑给排水管网 城市燃气输配管网 工程中经常会遇到不同类型 管路 的水力计算问题本章引言 生产生活中也常会遇到 孔口出流 问题水力采煤 喷泉喷嘴 雾化管嘴 中国油气管道的自强之路石油大会战， 甩掉“贫油帽” “八三”管道 ，筚路蓝缕本章引言 中国油气管道的自强之路第一次建设高潮： 东北 8条原油管道 ， 2500公里第二次建设高潮： 东部 12条油气管道 ， 密闭输送 、 自动化第三次建设高潮： 兰成渝 、 西气东输等 24条跨区域长输管道 ，管道建设和运营水平跨入 世界先进 行列第四次建设高潮： 陕京 、 中俄 、 中缅等一大批国家重点管道项目 ， 构成 第五大运输体系通过不断自主创新，破解了易凝高黏原油储运等难题，形成了 国际领先 的系列技术本章引言 中国油气管道的自强之路本章引言大型油气管网覆盖 31个省市和港澳地区总里程超 16万公里“横跨东西、纵贯南北、连接海外”“西油东送、北油南运、西气东输、海油（气）登陆”油气管网与新中国同生共长正织就新的 钢铁长城本章重点与难点本章重点：管路的水力计算管网的水力计算管路与泵的特性匹配水击的产生与预防本章难点：流态校正法与流量校正法的区别联系直接水击与间接水击孔口出流作用水头的理解要解决工程中的 管路 与 孔口 出流问题，离不开计算其水力特性，这需要综合应用第 6章的 恒定总流伯努利方程 和第 7章的 沿程水头损失与局部水头损失 等重要概念。8.1 管路概述8.2 简单管路的水力计算8.3 复杂管路的水力计算8.4 管网的水力计算8.5 管路与泵的特性匹配8.6 管中水击8.7 孔口出流第八章 管路与孔口出流本节引言 管路 由 管段 和 管件 （ 管接头 、 弯管 、 阀门 等 ） 组成管段弯管阀门管接头管路的定义本节引言管路的定义 管路 水头损失包括 沿程水头损失 和 局部水头损失 。 其中 ， 局部水头损失与沿程水头损失相比可以忽略不计的管路 ， 称为 长管 ； 否则称为 短管说明： 工程实际中，管路的局部水头损失小于沿程水头损失的 5%-10%时，可当 成 长管长 管 短 管本节引言管路的分类简单 管路 复杂管路 管 网串联 并联 分支 环状 管路按结构不同 ， 通常可分为 简单管路 、 复杂管路 和 管网管 路8.1.1 简单管路8.1.2 复杂管路8.1.3 管网本节目录8.1.1 简单管路简单管路的定义与特点 定义： 等直径无分支 的管路 称为 简单管路 特点 1：各管段 流量 和 流速 均 分别 相等1212nnQ Q Q Qv v v v= = = = = = = =说明： 各管段流量和流速均分别相等 的条件是管内为 不可压缩恒定流动v1v2v3 v4Q1 Q2Q3 Q4 特点 2：管路的 总水头损失 为各管段的 沿程水头损失 和 局部水头损失 之和管段沿程水头损失i为管段编号管件局部水头损失j为管件编号说明：当管路为 简单长管 时，上式右端 第二项可以忽略不计wh 1h2h 11nmw fi jijh h h=+ 1fh 2fh 3fh8.1.1 简单管路8.1.2 复杂管路串联管路的定义 定义： 不同直径 的管段 无分支 地依次连接而成的管路 称为 串联管路8.1.2 复杂管路串联管路的特点 特点 1： 各管段的流速并不一定相等 ， 但 流量相同12 nQ Q Q Q= = = =满足连续性 方程Q Q Ql1, d1, v1 l2, d2, v2 l3, d3, v38.1.2 复杂管路串联管路的特点 1nw fiihh= 1fh 2fh 3fhw 特点 2：管路的 总水头损失 为 各管段水头损失之和8.1.2 复杂管路并联管路的定义 定义：在 两节点之间 并设 两根及以上 管段 的管路系统 称为 并联管路 ， 每根管段的管径 、 管长及流量 均不一定相等 ；A Bl1, d1, Q1l2, d2, Q2l3, d3, Q3QQ8.1.2 复杂管路 特点 1： 各分支管段的流量之和 等于 总流量 12 nQ Q Q Q= + + +A Bl1, d1, Q1l2, d2, Q2l3, d3, Q3QQ满足连续性方程并联管路的特点8.1.2 复杂管路 12f f fn fh h h h= = = = 特点 2： 各分支管段的 水头损失都相等A Bhf1hfl1, d1, hf2l2, d2, hf3l3, d3, 并联管路的特点8.1.3 管网分支管路的定义 ,l d Q1 1 1,l d Q2 2 2l d Q3 3 3,l d 定义： 管段在 某节点分出 后 ， 不再汇合 到一起的管路 称为 分支管路说明：分出之前的管段称为 干线 ，分出之后的各管段称为 支线分支管路的定义8.1.3 管网 特点 1： 节点处干线的流量 等于 各支线的流量之和 特点 2： 干线入口 到支线 i 出口的水头损失 为12 nQ Q Q Q= + + +w f fih h h=+满足连续性方程hfil1, d1, Q2l2, d2, Q3l3, d3, hfQ1hwl, d, Q8.1.3 管网环状管路的定义 定义： 由 多条管段 互相连接成 闭合形状的管路系统 称为环状管路8.1.3 管网环状管路的特点 特点 1： 流入 环路上某节点的流量 之和 等于 流出 该节点的流量 之和,11nmin i o u t jijQQ=满足连续性方程Q1Q2Q3Q8.1.3 管网2 =DGE e e3 CDe e4 BCE e e1 GBe e 特点 2： 定义环路中某一管段的终点为相邻管段的起点 ， 从任一封闭环路的某节点出发沿环路回到该点 ， 其 机械能闭合差为 0 ( ) ( )m m m10niiE e e= = =起 点 终 点环状管路的特点例 题例 8.1.1 如图所示 ， 已知某流体流过管网 ， 其中 QAB=4 L/s， QAG=1 L/s， QAF=3 L/s， QBC=3 L/s，QFE=2 L/s， 求管网中其余各段的流量 。对于 C点：有 QCD=QBC=3L/s；对于 E点：有 QED=QFE=2L/s；对于 B点：有 QAB=QBG+QBC，可得 QBG=QAB-QBC=4-3=1 L/s；对于 F点：有 QAF=QFG+QFE，可得 QFG=QAF-QFE=3-2=1 L/s；对于 G点：有 QAG+QBG+QFG=QGD，可得 QGD=1+1+1=3 L/s。41333L/s21L/s1L/s3L/s2L/s8L/s解：流入环路上某节点的总流量等于流出该节点的总流量 。例题讲解本节小结简单管路水力特性复杂管路水力特性环状管路水力特性1212= = = = = = =nnQ Q Q Qv v v v串联管路水力特性并联管路水力特性分支管路水力特性12 nQ Q Q Q= = = =12 nQ Q Q Q= + + +12f f fn fh h h h= = = =nQ Q Q Q= + + +=+w f fih h h,11nmin i o u t jijQQ=管网水力特性11nmw fi jijh h h=+ ( ) ( )m m m10n iiE e e= = = 起 点 终 点