工程流体力学水力计算编程(9页).doc

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1、-工程流体力学水力计算编程-第 10 页流体力学管路水力的计算哈工大姓名：王小亮 学号：1090230113 班号：0902301一.问题提出为了实现在已知参数（总流量、粘度、管长、管径、粗糙度、总作用水头等）的情况下，能直接算出已知管路系统的基本流动参数（流速、分流量、损失因数、雷诺数、沿裎损失因数等）的目的，为此特别编写了简单管路系统流动参数计算的程序。该程序能实现串联和并联管路系统流动参数的计算。需要指明的是，由于本人编程能力有限，且为了能计算书上例题的管路系统，故第二类问题的串联管路系统有且仅有两个串联管子，其余均为三个管子串联或并联。二.数学模型及算法1.算法首先，将已知参数的实际管

2、路系统抽象简化为理想物理模型，并根据管路系统类型进行分类；然后，对其进行理论分析，计算出流动参数的计算方程；最后，通过编程实现对所求流动参数的计算。2.数学模型（1）串联管路系统的第一类问题已知流过串联管路的流量，介质参数（），管路参数（），求所需要的总水头。如下图：设为入口损失因数，对A、B两截面列伯努力方程有根据连续性方程的又由，由公式可以计算出，从而求出h。（2）串联管路系统的第二类问题已知总水头h，介质参数（），管路参数（），求通过的流量如下图：设为入口损失因数，对A、B两截面列伯努力方程有根据连续性方程的由此可得又，由公式可以计算出。将算出的与所取得对比，若二者之差均满足所取得精度，

3、则计算结束，否则令作为新的重新计算为止。最终可得流量（3）并联管路系统的第一类问题已知两点间的压力降（即能量损失）h，介质参数（），管路参数（），求总流量如下图：先取const，（i=1，2，3，下同）;由达西公式可求得所以由公式可以计算出，将算出的与所取得对比，若二者之差均满足所取得精度，则计算结束，否则令作为新的重新计算为止。则（4）并联管路系统的第二类问题已知总流量，介质参数（），管路参数（），求各分支管路的流量及能量损失h如下图：根据经验，先取h=const;由此h值根据并联管路第一类问题计算出各分支管路的流量（i=1，2，3，下同）;则蒋总流量按如下分配用计算出的流量，结合公式、，可

4、以计算出，从而求出；若中任两个之差满足给定精度，则h为所求值，否则令h=，从头重新计算，直到满足精度为止。三.程序流程图四.程序变量说明及程序清单1.主要变量说明di（i=1,2,3）：各管道的直径（m）；li（i=1,2,3）：各管道的长度（m）；dlti（i=1,2,3）：各管道的粗糙度（m）nu：流体粘度（m2/s）;Vi（i=1,2,3）：各管道中的流速（m/s）；Rei（i=1,2,3）：各管道的雷诺数；lmdi（i=1,2,3）：实际各管道的沿裎损失因数；lmdii（i=1,2,3）：假设各管道的沿裎损失因数；qvi（i=1,2,3）：实际各管道中的流量（m3/s）；qvii（i=

5、1,2,3）：假设各管道中的流量（m3/s）；2.程序清单# include # include double CL (double dlt,double d,double Re) double lmd1,temp,lmd=0,Rec1,Rec2,Rec3; Rec1=2320; Rec2=80*d/dlt; Rec3=4160*pow(d/(2.0*dlt),0.85); if(ReRec1) lmd=64/Re; else if(ReRec2) if(Re1e5) lmd=pow(Re,0.25); else if(Re3e6) lmd=0.0032+0.221*pow(Re,-0.237

6、); else if(Re=1e-6) lmd1=lmd; temp=log(dltsqrt(lmd1)/log(10); lmd=pow(1.0/(-2.0)/temp,2); else lmd=pow(1.74+2.0*log(d/(2.0*dlt)/log(10),-2); return lmd;main() int i=0; double qv,qvt,nu,rou,h,s,ID,DK1,DK2,DK; double l1,l2,l3,d1,d2,d3,dlt1,dlt2,dlt3; double lmd1,lmd2,lmd3,lmd11=0.025,lmd22=0.03,lmd33=

7、0.023; double qv1,qv2,qv3,qv11,qv22,qv33,h1,h2,h3; double V1,V2,V3,Re1,Re2,Re3; printf(请输入管路连接类型：1（串联管路），2（并联管路）n); scanf(%d,&i); if (i=1) int j; printf(请输入管路计算第几类问题：1（第一类问题），2（第二类问题）n); scanf(%d,&j); if(j=1) printf(请输入：管路流量（m3/s）,介质粘度（m2/s）,入口损失因数n); scanf(%lf,%lf,%lf,&qv,&nu,&s); printf(请依次输入：各管路长

8、度（m）（只有三个）n); scanf(%lf,%lf,%lf,&l1,&l2,&l3); printf(请依次输入：各管路直径（m）（只有三个）n); scanf(%lf,%lf,%lf,&d1,&d2,&d3); printf(请依次输入：各管路粗糙度（m）（只有三个）n); scanf(%lf,%lf,%lf,&dlt1,&dlt2,&dlt3); V1=4*qv/(pi*d1*d1); V2=4*qv/(pi*d2*d2); V3=4*qv/(pi*d3*d3); Re1=V1*d1/nu; Re2=V2*d2/nu; Re3=V3*d3/nu; lmd1=CL(dlt1,d1,Re1

9、); lmd2=CL(dlt2,d2,Re2); lmd3=CL(dlt3,d3,Re3); h=(s*V1*V1+lmd1*l1*V1*V1/d1+pow(V1-V2,2)+lmd2*l2*V2*V2/d2+pow(V2-V3,2)+lmd3*l3*V3*V3/d3+pow(V3,2)/(2*g); printf(所需总水头h（m）：%lfn,h); printf(V1=%lf m/stV2=%lf m/stV3=%lf m/sn,V1,V2,V3); printf(Re1=%lftRe2=%lftRe3=%lfn,Re1,Re2,Re3); printf(lmd1=%lftlmd2=%lf

10、tlmd3=%lfn,lmd1,lmd2,lmd3); if(j=2) printf(请输入：总水头h（m）,介质粘度（m2/s）,入口损失因数n); scanf(%lf,%lf,%lf,&h,&nu,&s); printf(请依次输入：各管路长度（m）（只有两个）n); scanf(%lf,%lf,&l1,&l2); printf(请依次输入：各管路直径（m）（只有两个）n); scanf(%lf,%lf,&d1,&d2); printf(请依次输入：各管路粗糙度（m）（只有两个）n); scanf(%lf,%lf,&dlt1,&dlt2); DK1=pow(d1/d2,2); do DK=

11、s+lmd11*l1/d1+lmd22*l2*DK1*DK1/d2+pow(1-DK1,2)+DK1*DK1; V1=pow(2*g*h/DK,0.5); V2=DK1*V1; Re1=V1*d1/nu; Re2=V2*d2/nu; lmd1=CL(dlt1,d1,Re1); lmd2=CL(dlt2,d2,Re2); lmd11=lmd1; lmd22=lmd2; while (fabs(lmd1-lmd11)=1e-6)|(fabs(lmd2-lmd22)=1e-6); qv=pi*d1*d1*V1/4; printf(管路流量qv（m3/s）：%lfn,qv); printf(V1=%l

12、f m/stV2=%lf m/sn,V1,V2); printf(Re1=%lftRe2=%lfn,Re1,Re2); printf(lmd1=%lftlmd2=%lfn,lmd1,lmd2); if(i=2) int k=0; printf(请输入管路计算第几类问题：1（第一类问题），2（第二类问题）n); scanf(%d,&k); if(k=1) printf(请输入：总作用水头h（m）,介质粘度（m2/s）n); scanf(%lf,%lf,&h,&nu); printf(请依次输入：各管路长度（m）（只有三个）n); scanf(%lf,%lf,%lf,&l1,&l2,&l3); p

13、rintf(请依次输入：各管路直径（m）（只有三个）n); scanf(%lf,%lf,%lf,&d1,&d2,&d3); printf(请依次输入：各管路粗糙度（m）（只有三个）n); scanf(%lf,%lf,%lf,&dlt1,&dlt2,&dlt3); do V1=pow(2*g*d1*h)/(lmd11*l1),0.5); V2=pow(2*g*d2*h)/(lmd22*l2),0.5); V3=pow(2*g*d3*h)/(lmd33*l3),0.5); Re1=V1*d1/nu; Re2=V2*d2/nu; Re3=V3*d3/nu; lmd1=CL(dlt1,d1,Re1);

14、 lmd2=CL(dlt2,d2,Re2); lmd3=CL(dlt3,d3,Re3); lmd11=lmd1; lmd22=lmd2; lmd33=lmd3; while (fabs(lmd1-lmd11)=1e-5)|(fabs(lmd2-lmd22)=1e-5)|(fabs(lmd3-lmd33)=1e-5); qv1=pi*d1*d1*V1/4; qv2=pi*d2*d2*V2/4; qv3=pi*d3*d3*V3/4; qv=qv1+qv2+qv3; printf(总流量qv（m3/s）：%lfn,qv); printf(V1=%lf m/stV2=%lf m/stV3=%lf m/

15、sn,V1,V2,V3); printf(Re1=%lftRe2=%lftRe3=%lfn,Re1,Re2,Re3); printf(lmd1=%lftlmd2=%lftlmd3=%lfn,lmd1,lmd2,lmd3); if(k=2) printf(请输入：总流量qv（m3/s）,介质粘度（m2/s）n); scanf(%lf,%lf,&qv,&nu); printf(请依次输入：各管路长度（m）（只有三个）n); scanf(%lf,%lf,%lf,&l1,&l2,&l3); printf(请依次输入：各管路直径（m）（只有三个）n); scanf(%lf,%lf,%lf,&d1,&d2

16、,&d3); printf(请依次输入：各管路粗糙度（m）（只有三个）n); scanf(%lf,%lf,%lf,&dlt1,&dlt2,&dlt3); h=10.0; do loop: V1=pow(2*g*d1*h)/(lmd11*l1),0.5); V2=pow(2*g*d2*h)/(lmd22*l2),0.5); V3=pow(2*g*d3*h)/(lmd33*l3),0.5); Re1=V1*d1/nu; Re2=V2*d2/nu; Re3=V3*d3/nu; lmd1=CL(dlt1,d1,Re1); lmd2=CL(dlt2,d2,Re2); lmd3=CL(dlt3,d3,Re

17、3); if(fabs(lmd1-lmd11)=1e-6&fabs(lmd2-lmd22)=1e-6&fabs(lmd3-lmd33)=0.0001)|(fabs(h1-h3)=0.0001)|(fabs(h2-h3)=0.0001); printf(总作用水头h（m）：%lfn,h); printf(qv1=%lftqv2=%lftqv3=%lfn,qv1,qv2,qv3); printf(V1=%lf m/stV2=%lf m/stV3=%lf m/stn,V1,V2,V3); printf(Re1=%lftRe2=%lftRe3=%lfn,Re1,Re2,Re3); printf(lmd

18、1=%lftlmd2=%lftlmd3=%lfn,lmd1,lmd2,lmd3); printf(h1=%lfth2=%lfth3=%lfn,h1,h2,h3);五.典型算例1.如下图所示串联管路的，。求：该管路的总作用水头h。解：请输入管路连接类型：1（串联管路），2（并联管路）1请输入管路计算第几类问题：1（第一类问题），2（第二类问题）1请输入：管路流量（m3/s）,介质粘度（m2/s）,入口损失因数请依次输入：各管路长度（m）（只有三个）200,180,250请依次输入：各管路直径（m）（只有三个）请依次输入：各管路粗糙度（m）（只有三个）所需总水头h（m）：V1=12.732396

19、m/s V2=4.973592 m/s V3=2.630660 m/s2.如下图所示串联管路的，。求：该管路的流量。解：请输入管路连接类型：1（串联管路），2（并联管路）1请输入管路计算第几类问题：1（第一类问题），2（第二类问题）2请输入：总水头h（m）,介质粘度（m2/s）,入口损失因数6请依次输入：各管路长度（m）（只有两个）300,240请依次输入：各管路直径（m）（只有两个）请依次输入：各管路粗糙度（m）（只有两个）管路流量qv（m3/s）：V1=2.871860 m/s V2=1.276382 m/s3. 如下图所示三管路并联，。求：该管路的总流量。解：请输入管路连接类型：1（串联

20、管路），2（并联管路）2请输入管路计算第几类问题：1（第一类问题），2（第二类问题）1请输入：总作用水头h（m）,介质粘度（m2/s）10-6请依次输入：各管路长度（m）（只有三个）600,400,500请依次输入：各管路直径（m）（只有三个）请依次输入：各管路粗糙度（m）（只有三个）总流量qv（m3/s）：V1=2.801428 m/s V2=3.836014 m/s V3=4.524715 m/s4.如下图所示三管路并联的，。求：该管路的总作用水头h及各分支流量。解：请输入管路连接类型：1（串联管路），2（并联管路）2请输入管路计算第几类问题：1（第一类问题），2（第二类问题）2请输入：总

21、流量qv（m3/s）,介质粘度（m2/s）-6请依次输入：各管路长度（m）（只有三个）900,600,1200请依次输入：各管路直径（m）（只有三个）请依次输入：各管路粗糙度（m）（只有三个）总作用V1=1.473930 m/s V2=1.782993 m/s V3=1.908265 m/sh1=6.746427 六.结论根据流动参数与给定参数之间大致的关系，通过对比编程计算出的流动参数可以确定该程序是可行的，即程序编写正确。此外，需要说明的是，本人所用的程序编写语言是C语言。由于本人对C语言的掌握能力有限，最终没能实现对任意管路系统任意管道个数水力损失的计算，且由于书上的例题是二或三管路的，为了和书本一致，因此只编写了串并联管路系统且只有两个或三个管道系统的水力损失计算的程序。通过这次的程序编写过程，不仅使自己对简单管路水力损失有了更深一层的认识，更重要的是，这次过程培养了我对问题的思考与动手能力，希望今后有更多类似的机会锻炼自己。