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管道阻力對(duì)揚(yáng)程的影響及管損計(jì)算!

管道阻力對(duì)揚(yáng)程的影響及管損計(jì)算!
發(fā)布時(shí)間:2016/11/11 作者:中聯(lián)泵業(yè) 點(diǎn)擊次數(shù):86次

大家都知道,管道是一種固體物,水是容易流動(dòng)的物質(zhì),如果管道內(nèi)的水是流動(dòng)的,必定有一部分能量轉(zhuǎn)化為熱能而“消滅”,也就是丟失了一部分水壓(或稱揚(yáng)程),這是客觀事物的反映,是水流運(yùn)動(dòng)的必然規(guī)律。通常,我們將這種能量轉(zhuǎn)變的現(xiàn)象,稱之為能量損失(或稱水力損失、損失揚(yáng)程)。它以米為計(jì)算單位。

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原藝術(shù)論封面設(shè)計(jì)管道圖

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  管道阻力對(duì)揚(yáng)程的影響有多大?

  有些用戶經(jīng)過測量,雖然蓄水池或水塔到水源水面的垂直距離還略小于水泵揚(yáng)程,但還是提水量小或提不上水。其原因常是管道太長、水管彎道多,水流在管道中阻力損失過大。一般情況下90度彎管比120度彎管阻力大,每一90度彎管揚(yáng)程損失約0.5-1米,每20米管道的阻力可使揚(yáng)程損失約1米。此外,有部分用戶還隨意更改水泵進(jìn)、出管的管徑,這些對(duì)揚(yáng)程也有一定的影響。那,管道阻力對(duì)揚(yáng)程的影響究竟有多大呢?下面,我們來看下方表格

  你是否清楚管道水流產(chǎn)生水力損失的原因?問答一、是管壁粗糙的阻滯作用。

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  二、是水流各流層間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。三、是管件內(nèi)水流局部急劇變化形成的漩渦。管路(網(wǎng))水力損失由沿程和局部兩部分組成。在工程上,我們必須要計(jì)算知道它的數(shù)量多少,才能正確地選用水泵,確定所需要的水泵揚(yáng)程。

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  管路沿程損失是發(fā)生在水流的全部流程上的摩擦阻力,它與管壁粗糙度、管長、管徑、流速等有關(guān),根據(jù)水力學(xué)原理,可以建立它的關(guān)系式。

  沿程損失與管壁粗糙度有關(guān)的沿程摩擦系數(shù)成正比關(guān)系,不同的管材其粗糙度不同,鑄鐵管比較粗糙,沿程摩擦系數(shù)就大些;塑料管比較光滑,沿程摩擦系數(shù)就小些。與管子長度成正比關(guān)系;與管徑成反比關(guān)系,就是說,當(dāng)流量一定時(shí),管徑小、流速快,則沿程損失大;還與流速的平方值成正比關(guān)系。當(dāng)然計(jì)算比較繁瑣,簡單的方法可以估算。

  管路局部損失是水流在管道中流過底閥、閥門、彎頭、異徑管等配件過程中,由于局部裝置使流型變化;流速方向和大小都改變,而且在流動(dòng)中出現(xiàn)漩渦,使水流互相碰撞、沖擊。這種局部阻力而引起的水力損失叫做局部損失。

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  局部損失的大小與流過管道配件處的水流速度平方值成正比,同時(shí),也與配件的形狀和數(shù)量有關(guān)。配件斷面形狀變化大,數(shù)量多,則局部損失就愈大。當(dāng)管路布置方案確定以后,一般都要經(jīng)過計(jì)算方法求得管路損失揚(yáng)程,然后確定水泵站的設(shè)計(jì)揚(yáng)程,才能進(jìn)行水泵選型。但是計(jì)算程序比較復(fù)雜,為了簡便起見,計(jì)算資料可以編制成表格,以便查表求得。另外,也可以進(jìn)行粗略估算:損失揚(yáng)程相當(dāng)于實(shí)際地形揚(yáng)水高度(測量得知)30%~50%,管徑小、管路短取大值;管徑大、管路長取小值。

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  可利用現(xiàn)有軟件, 計(jì)算出管路沿程損失和管路局部損失, 如義維開發(fā)的的選型軟件系統(tǒng), 以方便計(jì)算。

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  液體在直管中流動(dòng)時(shí)的壓力損失

  液體在直管中流動(dòng)時(shí)的壓力損失是由液體流動(dòng)時(shí)的摩擦引起的,稱之為沿程壓力損失,它主要取決于管路的長度、內(nèi)徑、液體的流速和粘度等。液體的流態(tài)不同,沿程壓力損失也不同。液體在圓管中層流流動(dòng)在液壓傳動(dòng)中最為常見,因此,在設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)時(shí),常希望管道中的液流保持層流流動(dòng)的狀態(tài)。

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流體在管道內(nèi)流動(dòng)的沿程 壓力損失一.層流層流時(shí)的壓力損失在液壓傳動(dòng)中,液體的流動(dòng)狀態(tài)多數(shù)是層流流動(dòng),在這種狀態(tài)下液體流經(jīng)直管的壓力損失可以通過理論計(jì)算求得。

圓管中的層流(1)液體在流通截面上的速度分布規(guī)律。如上圖所示,液體在直徑d的圓管中作層流運(yùn)動(dòng),圓管水平放置,在管內(nèi)取一段與管軸線重合的小圓柱體,設(shè)其半徑為r,長度為l。在這一小圓柱體上沿管軸方向的作用力有:左端壓力p1,右端壓力p2,圓柱面上的摩擦力為Ff。則其受力平衡方程式為:

由式(2-6)可知:

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式中:μ為動(dòng)力粘度。因?yàn)樗俣仍隽縟u與半徑增量dr符號(hào)相反,則在式中加一負(fù)號(hào)。另外,Δp=p1- p2把Δp、式(2-45)代入式(2-44),則得:

對(duì)式積分得:

當(dāng)r=R時(shí),u=0,代入(2-47)式得:

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  由式可知管內(nèi)流速u沿半徑方向按拋物線規(guī)律分布,最大流速在軸線上,其值為:

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  (2) 管路中的流量。

圖(b)所示拋物體體積,是液體單位時(shí)間內(nèi)流過通流截面的體積即流量。為計(jì)算其體積,可在半徑為r處取一層厚度為dr的微小圓環(huán)面積,通過此環(huán)形面積的流量為:

對(duì)式積分,即可得流量q:

(3)平均流速。設(shè)管內(nèi)平均流速為υ

對(duì)比可得平均流速與最大流速的關(guān)系:

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(4)沿程壓力損失。層流狀態(tài)時(shí),液體流經(jīng)直管的沿程壓力損失可從式求得:

由式可看出,層流狀態(tài)時(shí),液體流經(jīng)直管的壓力損失與動(dòng)力粘度、管長、流速成正比,與管徑平方成反比。在實(shí)際計(jì)算壓力損失時(shí),為了簡化計(jì)算,得μ=υdρ/Re,并把μ=υdρ/Re代入,且分子分母同乘以2g得:

式中:λ為沿程阻力系數(shù)。它的理論值為λ=64/Re,而實(shí)際由于各種因素的影響,對(duì)光滑金屬管取λ=75/Re,對(duì)橡膠管取λ=80/Re。紊流時(shí)的壓力損失層流流動(dòng)中各質(zhì)點(diǎn)有沿軸向的規(guī)則運(yùn)動(dòng)。而無橫向運(yùn)動(dòng)。 紊流的重要特性之一是液體各質(zhì)點(diǎn)不再是有規(guī)則的軸向運(yùn)動(dòng),而是在運(yùn)動(dòng)過程中互相滲混和脈動(dòng)。這種極不規(guī)則的運(yùn)動(dòng),引起質(zhì)點(diǎn)間的碰撞,并形成旋渦,使紊流能量損失比層流大得多。 由于紊流流動(dòng)現(xiàn)象的復(fù)雜性,完全用理論方法加以研究至今,尚未獲得令人滿意的成果,故仍用實(shí)驗(yàn)的方法加以研究,再輔以理論解釋,因而紊流狀態(tài)下液體流動(dòng)的壓力損失仍用式來計(jì)算,式中的λ值不僅與雷諾數(shù)Re有關(guān),而且與管壁表面粗糙度有關(guān)。

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  二.局部2.局部壓力損失局部壓力損失是液體流經(jīng)閥口、彎管、通流截面變化等所引起的壓力損失。液流通過這些地方時(shí),由于液流方向和速度均發(fā)生變化,形成旋渦,使液體的質(zhì)點(diǎn)間相互撞擊,從而產(chǎn)生較大的能量損耗。

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突然擴(kuò)大處的局部損失局部壓力損失的計(jì)算式可以表達(dá)成如下算式:

式中:為局部阻力系數(shù),其值僅在液流流經(jīng)突然擴(kuò)大的截面時(shí)可以用理論推導(dǎo)方法求得,其他情況均須通過實(shí)驗(yàn)來確定;為液體的平均流速,一般情況下指局部阻力下游處的流速。 管路系統(tǒng)的總壓力損失等于所有沿程壓力損失和所有局部壓力損失之和,即:

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