《局部损失计算》PPT课件.ppt

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1、 当流体流经各种阀门、弯头和变截面管等局部装置，流体当流体流经各种阀门、弯头和变截面管等局部装置，流体当流体流经各种阀门、弯头和变截面管等局部装置，流体当流体流经各种阀门、弯头和变截面管等局部装置，流体将发生变形，产生阻碍流体运动的力，这种力称为局部阻将发生变形，产生阻碍流体运动的力，这种力称为局部阻将发生变形，产生阻碍流体运动的力，这种力称为局部阻将发生变形，产生阻碍流体运动的力，这种力称为局部阻力，由此引起的能量损失称为局部损失力，由此引起的能量损失称为局部损失力，由此引起的能量损失称为局部损失力，由此引起的能量损失称为局部损失.局局 部部 损损 失失 的的 计计 算算局部能量损失大致可以

2、分为三类：局部能量损失大致可以分为三类：局部能量损失大致可以分为三类：局部能量损失大致可以分为三类：（1 1）由于管道断面面积的大小发生变化引起的局部能量损失。）由于管道断面面积的大小发生变化引起的局部能量损失。）由于管道断面面积的大小发生变化引起的局部能量损失。）由于管道断面面积的大小发生变化引起的局部能量损失。例如管道断面突然扩大、突然缩小、逐渐扩大和缩小等；例如管道断面突然扩大、突然缩小、逐渐扩大和缩小等；例如管道断面突然扩大、突然缩小、逐渐扩大和缩小等；例如管道断面突然扩大、突然缩小、逐渐扩大和缩小等；（2 2）由于管道的方向发生变化，引起的局部能量损失，例如）由于管道的方向发生变化，

3、引起的局部能量损失，例如）由于管道的方向发生变化，引起的局部能量损失，例如）由于管道的方向发生变化，引起的局部能量损失，例如各种圆滑弯头、直角弯头、折管、三通管道等；各种圆滑弯头、直角弯头、折管、三通管道等；各种圆滑弯头、直角弯头、折管、三通管道等；各种圆滑弯头、直角弯头、折管、三通管道等；（3 3）由于流动的速度大小和方向均发生变化而引起的局部能）由于流动的速度大小和方向均发生变化而引起的局部能）由于流动的速度大小和方向均发生变化而引起的局部能）由于流动的速度大小和方向均发生变化而引起的局部能量损失。例如各种阀门（平板阀、球形阀、锥阀、滑阀等）。量损失。例如各种阀门（平板阀、球形阀、锥阀、滑

4、阀等）。量损失。例如各种阀门（平板阀、球形阀、锥阀、滑阀等）。量损失。例如各种阀门（平板阀、球形阀、锥阀、滑阀等）。计算局部损失用下面的公式：计算局部损失用下面的公式：计算局部损失用下面的公式：计算局部损失用下面的公式：由此可知，计算归结为求局部阻力系数的问题，局部由此可知，计算归结为求局部阻力系数的问题，局部由此可知，计算归结为求局部阻力系数的问题，局部由此可知，计算归结为求局部阻力系数的问题，局部阻力产生的原因是十分复杂的，只有极少数的情形才能用阻力产生的原因是十分复杂的，只有极少数的情形才能用阻力产生的原因是十分复杂的，只有极少数的情形才能用阻力产生的原因是十分复杂的，只有极少数的情形才

5、能用理论分析方法进行计算，绝大多数都要由实验测定。理论分析方法进行计算，绝大多数都要由实验测定。理论分析方法进行计算，绝大多数都要由实验测定。理论分析方法进行计算，绝大多数都要由实验测定。流体从小截面的管道流向截面突然扩大的大截面管道是目流体从小截面的管道流向截面突然扩大的大截面管道是目流体从小截面的管道流向截面突然扩大的大截面管道是目流体从小截面的管道流向截面突然扩大的大截面管道是目前唯一可用理论分析得出其计算公式的典型情况，下面对此前唯一可用理论分析得出其计算公式的典型情况，下面对此前唯一可用理论分析得出其计算公式的典型情况，下面对此前唯一可用理论分析得出其计算公式的典型情况，下面对此进行

6、叙述。进行叙述。进行叙述。进行叙述。损失产生的原因损失产生的原因同时在流体流动过程中旋涡区的流体质点将不断被主流带走，同时在流体流动过程中旋涡区的流体质点将不断被主流带走，同时在流体流动过程中旋涡区的流体质点将不断被主流带走，同时在流体流动过程中旋涡区的流体质点将不断被主流带走，也不断有新的流体质点从主流中补充进来，即主流与旋涡之间也不断有新的流体质点从主流中补充进来，即主流与旋涡之间也不断有新的流体质点从主流中补充进来，即主流与旋涡之间也不断有新的流体质点从主流中补充进来，即主流与旋涡之间的流体质点不断地交换，发生剧烈的碰撞和摩擦，在动量交换的流体质点不断地交换，发生剧烈的碰撞和摩擦，在动量

7、交换的流体质点不断地交换，发生剧烈的碰撞和摩擦，在动量交换的流体质点不断地交换，发生剧烈的碰撞和摩擦，在动量交换中，产生较大的能量损失，这些能量损失转变为热能而消失。中，产生较大的能量损失，这些能量损失转变为热能而消失。中，产生较大的能量损失，这些能量损失转变为热能而消失。中，产生较大的能量损失，这些能量损失转变为热能而消失。流体从小截面流向突然扩大的大截面管道。流体从小截面流向突然扩大的大截面管道。由于流体质点有惯性，整个流体在离开小截面管后只能向前继由于流体质点有惯性，整个流体在离开小截面管后只能向前继续流动，逐渐扩大，在管壁拐角处流体与管壁脱离形成旋涡区。续流动，逐渐扩大，在管壁拐角处流

8、体与管壁脱离形成旋涡区。旋涡区外侧流体质点的运动方向与主流的流动方向不一致，旋涡区外侧流体质点的运动方向与主流的流动方向不一致，形成回转运动，因此流体质点之间发生碰撞和摩擦，消耗流形成回转运动，因此流体质点之间发生碰撞和摩擦，消耗流体的一部分能量。体的一部分能量。管道突然扩大的流线分布管道突然扩大的流线分布取图大管道的起始截面取图大管道的起始截面11和和流道全部扩大后流速重又均匀流道全部扩大后流速重又均匀的截面的截面22以及它们之间的管以及它们之间的管壁为控制面。壁为控制面。设截面设截面11,22中心点的压强中心点的压强为为P1和和P2，平均流速为，平均流速为V1和和V2，截面积为，截面积为A

9、1和和A2，且不可压，且不可压缩流体在管中作定常流动。缩流体在管中作定常流动。根据一维流动不可压缩流体的连续方程根据一维流动不可压缩流体的连续方程截面截面截面截面11111111和和和和22222222间管壁对流体的切向力（即总摩擦力）忽间管壁对流体的切向力（即总摩擦力）忽间管壁对流体的切向力（即总摩擦力）忽间管壁对流体的切向力（即总摩擦力）忽略不计，则根据动量方程有略不计，则根据动量方程有略不计，则根据动量方程有略不计，则根据动量方程有由于圆环面上的径向加速度非常小，实验证明圆环面上的压由于圆环面上的径向加速度非常小，实验证明圆环面上的压由于圆环面上的径向加速度非常小，实验证明圆环面上的压由

10、于圆环面上的径向加速度非常小，实验证明圆环面上的压强可按静压强规律分布，即强可按静压强规律分布，即强可按静压强规律分布，即强可按静压强规律分布，即pppppppp1 1 1 1，于是上式可写为，于是上式可写为，于是上式可写为，于是上式可写为作用于扩大管凸肩圆作用于扩大管凸肩圆环面上的总压力环面上的总压力列出截面列出截面列出截面列出截面11111111和和和和22222222的伯努利方程的伯努利方程的伯努利方程的伯努利方程式中，式中，称作局部阻力系数称作局部阻力系数用连续方程用连续方程 代入并化简得代入并化简得 但是公式中的局部阻力系数值对各种局部装置有各种不同数但是公式中的局部阻力系数值对各种

11、局部装置有各种不同数但是公式中的局部阻力系数值对各种局部装置有各种不同数但是公式中的局部阻力系数值对各种局部装置有各种不同数值，目前还很难进行理论分析和计算，多靠实验测定。值，目前还很难进行理论分析和计算，多靠实验测定。值，目前还很难进行理论分析和计算，多靠实验测定。值，目前还很难进行理论分析和计算，多靠实验测定。各种不同局部装置的局部阻力系数值可查相关的资料。各种不同局部装置的局部阻力系数值可查相关的资料。各种不同局部装置的局部阻力系数值可查相关的资料。各种不同局部装置的局部阻力系数值可查相关的资料。A1A2v1v2A1A2A112Dd弯管弯管折管折管水头损失的叠加n n原则原则：两个过水断

12、面间液流的水头损失等两个过水断面间液流的水头损失等于各段沿程水头损失及各局部水头损失之于各段沿程水头损失及各局部水头损失之和。和。即：n n hw=hf+hn n例题：例题：水从一水箱经两段水管流入另一水箱。水从一水箱经两段水管流入另一水箱。d1=150mm，l1=30m，1=0.03，H1=5m，d2=250mm，l2=50m，2=0.025，H2=3m，水，水箱尺寸很大，箱内水位恒定，计及沿程及局箱尺寸很大，箱内水位恒定，计及沿程及局部水头损失，试求通过管路的流量。部水头损失，试求通过管路的流量。n n解解：HH1 1-H-H2 2=h=hw w,n nh hw w=hhf f+h+hmm

13、=1 1(l l1 1/d/d1 1)(v)(v1 12 2/2g)+/2g)+2 2(l l2 2/d/d2 2)(v)(v2 22 2/2g)+/2g)+进口进口进口进口 v v1 12 2/2g+/2g+突大突大突大突大 v v1 12 2/2g+/2g+出口出口出口出口v v2 22 2/2g/2g；n n由连续性方程：由连续性方程：由连续性方程：由连续性方程：v v2 2=v=v1 1(1 1/2 2)=v)=v1 1(d(d1 1/d/d2 2)2 2;n n注意：注意：注意：注意：突大突大突大突大=(1-=(1-1 1/2 2)2 2=(1-d=(1-d1 12 2/d/d2 2

14、2 2)2 2 ;n n 进口进口进口进口=0.5(=0.5(直角进口直角进口直角进口直角进口););出口出口出口出口=1.0 =1.0 h hw w=7.69=7.69 v v1 12 2/2g=v/2g=v1 1=sqrt(2g=sqrt(2g h hw w/7.69)=2.77m/s;/7.69)=2.77m/s;n nQ=Q=1 1v v1 1=(3.14/4)*0.15=(3.14/4)*0.152 2*2.77=0.049m*2.77=0.049m3 3/s/sn n解毕解毕解毕解毕 水平管道流量计算 水平短管从水深水平短管从水深H=16m的水的水箱中排水至大气，管路直径箱中排水至

15、大气，管路直径d150mm，d270mm，阀门阻力系数阀门阻力系数4.0，只计局部，只计局部损失，不计沿程损失，并认损失，不计沿程损失，并认为水箱容积足够大，试求通为水箱容积足够大，试求通过此水平短管的流量。过此水平短管的流量。【解解解解】列截面列截面0000和和1111的伯努利方程的伯努利方程 查得查得 =0.5 =0.5，=0.24 =0.24，=0.30 =0.30，故，故 （m/sm/s）通过水平短管的流量通过水平短管的流量 （mm3 3/s/s）管管 道道 水水 力力 计计 算算工程上把不同联接方式联接所组成的管系称为管道。工程上把不同联接方式联接所组成的管系称为管道。工程上把不同联

16、接方式联接所组成的管系称为管道。工程上把不同联接方式联接所组成的管系称为管道。管道系统分类管道系统分类 按能量损失大小 长管：长管：凡局部阻力和出口速度水头在总的阻力损失中，凡局部阻力和出口速度水头在总的阻力损失中，其比例不足其比例不足5的管道系统，称为水力长管，也就是说只考的管道系统，称为水力长管，也就是说只考虑沿程损失。虑沿程损失。短管：短管：在水力计算中，同时考虑沿程损失和局部损失的在水力计算中，同时考虑沿程损失和局部损失的管道系统，称为短管。管道系统，称为短管。1 1 1 1）串联管道：不同管径）串联管道：不同管径）串联管道：不同管径）串联管道：不同管径或不同粗糙度的数段管子或不同粗糙

17、度的数段管子或不同粗糙度的数段管子或不同粗糙度的数段管子串联联接所组成的管道系串联联接所组成的管道系串联联接所组成的管道系串联联接所组成的管道系统，如图统，如图统，如图统，如图(b)(b)(b)(b)。2 2 2 2）并联管道：是指数段）并联管道：是指数段）并联管道：是指数段）并联管道：是指数段管道并列联接所组成的管管道并列联接所组成的管管道并列联接所组成的管管道并列联接所组成的管道系统，如图道系统，如图道系统，如图道系统，如图(c)(c)(c)(c)所示。所示。所示。所示。简单管道：简单管道：管径和粗糙度均相同的一根或数根管子串联在管径和粗糙度均相同的一根或数根管子串联在一起的管道，如图一起

18、的管道，如图(a)所示。所示。复杂管道：复杂管道：除简单管道以外的管道系统，称为复杂管道，除简单管道以外的管道系统，称为复杂管道，又可分成：又可分成：枝状管道：枝状管道：枝状管道：枝状管道：如图如图如图如图(d)(d)所示，各不相同的出口管段所示，各不相同的出口管段所示，各不相同的出口管段所示，各不相同的出口管段在不同位置分流，形状如树枝。在不同位置分流，形状如树枝。在不同位置分流，形状如树枝。在不同位置分流，形状如树枝。网状管道：网状管道：网状管道：网状管道：如图如图如图如图(e)(e)所示，通过多路系统相互连所示，通过多路系统相互连所示，通过多路系统相互连所示，通过多路系统相互连接组成一些

19、环形回路，而节点的流量来自几个回路接组成一些环形回路，而节点的流量来自几个回路接组成一些环形回路，而节点的流量来自几个回路接组成一些环形回路，而节点的流量来自几个回路的管道。的管道。的管道。的管道。(1)根据给定的流量和允许的压强损失确定管根据给定的流量和允许的压强损失确定管道直径和管道布置；道直径和管道布置；(2)根据给定的管道直径、管道布置和流量来根据给定的管道直径、管道布置和流量来验算压强损失；验算压强损失；(3)根据给定的管道直径、管道布置和允许的根据给定的管道直径、管道布置和允许的压强损失，校核流量。压强损失，校核流量。管道水力计算的基本公式有连续性方程、伯努管道水力计算的基本公式有

20、连续性方程、伯努利方程和能量损失三个公式利方程和能量损失三个公式.连续性方程连续性方程 伯努利方程伯努利方程式中式中 E为外界（泵、风机等）加给单位重量为外界（泵、风机等）加给单位重量 能量损失能量损失 由上面管道系统分类可知，管道系统的分类类似于电路系统。由上面管道系统分类可知，管道系统的分类类似于电路系统。因此，管道水力计算类似于电路计算，管道中的流量相当于因此，管道水力计算类似于电路计算，管道中的流量相当于电路中的电流；压降相当于电压，管道阻力相当于电阻。本电路中的电流；压降相当于电压，管道阻力相当于电阻。本节只介绍串联管道和并联管道的水力计算。节只介绍串联管道和并联管道的水力计算。如果

21、各管段的管径都相同，通常称为简单管道，则各管段的平均流速也相等如果各管段的管径都相同，通常称为简单管道，则各管段的平均流速也相等如果各管段的管径都相同，通常称为简单管道，则各管段的平均流速也相等如果各管段的管径都相同，通常称为简单管道，则各管段的平均流速也相等根据连续性原理，通过串联管道各管段中的流量相等，因根据连续性原理，通过串联管道各管段中的流量相等，因而对不可压缩流体有而对不可压缩流体有 串联管道的总能量损失是各段管道中的能量损失之和，即串联管道的总能量损失是各段管道中的能量损失之和，即串联管道串联管道从能量平衡观点来看，无论对从能量平衡观点来看，无论对从能量平衡观点来看，无论对从能量平

22、衡观点来看，无论对l l、2 2、3 3中哪一个支管，联节点中哪一个支管，联节点中哪一个支管，联节点中哪一个支管，联节点a a、b b间的能量损失都应等于间的能量损失都应等于间的能量损失都应等于间的能量损失都应等于a a、b b两节点之间的压头差，也就两节点之间的压头差，也就两节点之间的压头差，也就两节点之间的压头差，也就是说在是说在是说在是说在a a、b b之间各并联支管的能量损失都相同，即之间各并联支管的能量损失都相同，即之间各并联支管的能量损失都相同，即之间各并联支管的能量损失都相同，即 对于不可压缩流体，根据对于不可压缩流体，根据连续性方程，总流量应等连续性方程，总流量应等于各支管流量之和，于各支管流量之和，即即