热工与流体力学.pptx
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1、会计学1热工与流体力学热工与流体力学2023/5/7学习要求学习要求 本章的本章的本章的本章的重点重点重点重点是是是是简单管路和串、并联管路的管路计算简单管路和串、并联管路的管路计算简单管路和串、并联管路的管路计算简单管路和串、并联管路的管路计算,通过学习应,通过学习应,通过学习应,通过学习应达到以下要求:达到以下要求:达到以下要求:达到以下要求:1.1.理解各种管路的结构特点,能正确划分不同形式的管路。理解各种管路的结构特点,能正确划分不同形式的管路。理解各种管路的结构特点,能正确划分不同形式的管路。理解各种管路的结构特点,能正确划分不同形式的管路。2.2.理解长管和短管的含义,掌握判断方法
2、。理解长管和短管的含义,掌握判断方法。理解长管和短管的含义,掌握判断方法。理解长管和短管的含义,掌握判断方法。3.3.充分理解管路阻抗的概念和意义,掌握管路阻抗的计算方法。充分理解管路阻抗的概念和意义,掌握管路阻抗的计算方法。充分理解管路阻抗的概念和意义,掌握管路阻抗的计算方法。充分理解管路阻抗的概念和意义,掌握管路阻抗的计算方法。4.4.掌握简单管路的流动规律,并能熟练应用于求解工程实际问题。掌握简单管路的流动规律,并能熟练应用于求解工程实际问题。掌握简单管路的流动规律,并能熟练应用于求解工程实际问题。掌握简单管路的流动规律,并能熟练应用于求解工程实际问题。5.5.熟悉串联和并联管路的特点,
3、掌握其流动规律,能对串联和并联管熟悉串联和并联管路的特点,掌握其流动规律,能对串联和并联管熟悉串联和并联管路的特点,掌握其流动规律,能对串联和并联管熟悉串联和并联管路的特点,掌握其流动规律,能对串联和并联管 路进行计算。路进行计算。路进行计算。路进行计算。6.6.了解枝状管网和环状管网的特点及流动规律,初步掌握枝状管网的了解枝状管网和环状管网的特点及流动规律,初步掌握枝状管网的了解枝状管网和环状管网的特点及流动规律,初步掌握枝状管网的了解枝状管网和环状管网的特点及流动规律,初步掌握枝状管网的 计算方法。计算方法。计算方法。计算方法。第1页/共36页2023/5/7本章难点本章难点本章难点本章难
4、点1.1.管路阻抗是为简化管路能量损失而引入的一个参数,它管路阻抗是为简化管路能量损失而引入的一个参数,它管路阻抗是为简化管路能量损失而引入的一个参数,它管路阻抗是为简化管路能量损失而引入的一个参数,它综合反映了管路沿程阻力与局部阻力情况,管路阻抗综合反映了管路沿程阻力与局部阻力情况,管路阻抗综合反映了管路沿程阻力与局部阻力情况,管路阻抗综合反映了管路沿程阻力与局部阻力情况,管路阻抗的应用是为管路系统设计打下基础,是工程计算的需的应用是为管路系统设计打下基础,是工程计算的需的应用是为管路系统设计打下基础,是工程计算的需的应用是为管路系统设计打下基础,是工程计算的需要。充分理解管路阻抗的概念和意
5、义,掌握管路阻抗要。充分理解管路阻抗的概念和意义,掌握管路阻抗要。充分理解管路阻抗的概念和意义,掌握管路阻抗要。充分理解管路阻抗的概念和意义,掌握管路阻抗的计算方法有一定难度,应结合例题与习题加强练习。的计算方法有一定难度,应结合例题与习题加强练习。的计算方法有一定难度,应结合例题与习题加强练习。的计算方法有一定难度,应结合例题与习题加强练习。2.2.实际工程中,对串、并联管路和枝状管网进行分析和计实际工程中,对串、并联管路和枝状管网进行分析和计实际工程中,对串、并联管路和枝状管网进行分析和计实际工程中,对串、并联管路和枝状管网进行分析和计算需要一定的技巧,会有一定的难度,应结合例题与算需要一
6、定的技巧,会有一定的难度,应结合例题与算需要一定的技巧,会有一定的难度,应结合例题与算需要一定的技巧,会有一定的难度,应结合例题与习题加强练习。习题加强练习。习题加强练习。习题加强练习。第2页/共36页2023/5/7 第一节第一节 简单管路计算简单管路计算复杂管路复杂管路复杂管路复杂管路串联管路串联管路串联管路串联管路、并联管路并联管路并联管路并联管路和和和和管网管网管网管网 管路计算管路计算是工程上确定流量、阻力损失及管道几何是工程上确定流量、阻力损失及管道几何尺尺寸之间关系的水力计算。寸之间关系的水力计算。根据管路的沿程损失与局部损失的大小将管路分为根据管路的沿程损失与局部损失的大小将管
7、路分为:长管长管 根据管路敷设方式可将管路分为根据管路敷设方式可将管路分为:简单管路简单管路 一、基本概念一、基本概念短管短管 第3页/共36页2023/5/71.简单管路简单管路 所所谓谓简简单单管管路路就就是是具具有有相相同同管管径径d、相相同同流流量量qV和和相相同同管壁粗糙度管壁粗糙度的管段,它是组成各种管路系统的的管段,它是组成各种管路系统的基本单元基本单元。图图11-1 简单管路简单管路 第4页/共36页2023/5/72.长管和短管长管和短管 管管路路中中的的流流体体能能量量损损失失以以沿沿程程损损失失为为主主,局局部部损损失失占占流流体体总总能能量量损损失失的的比比重重很很小小
8、,可可以以忽忽略略不不计计,或或可可按按沿沿程损失的程损失的510进行估算进行估算,这样的管路称为,这样的管路称为长管长管。管路中管路中局部损失局部损失具有相当的数值,可具有相当的数值,可达到或超过沿程损失达到或超过沿程损失的的10,局部损失不能忽略不计局部损失不能忽略不计的管路。的管路。(1)长管长管 (2)短管短管如城市集中供热干线、给水如城市集中供热干线、给水干线、远距离输油管路等干线、远距离输油管路等如室内供热管、如室内供热管、通风空调管等通风空调管等 工程上常将工程上常将L/d1000的管路按的管路按短管短管处理。处理。工程上常将工程上常将L/d1000的管路按的管路按长管长管处理。
9、处理。第5页/共36页2023/5/73.标准管径与限定流速标准管径与限定流速 各各种种工工业业管管道道的的管管径径均均按按统统一一标标准准制制造造,因因此此都都有有一一定定的的规规格格。在在进进行行管管路路计计算算时时,管管道道的的管管径径应应按按规规格格选选取取,即应,即应标准化标准化。(1)标准管径标准管径表表11-1列出了流体输送常用钢管的规格尺寸。列出了流体输送常用钢管的规格尺寸。各种工业管道的规格可在有关各种工业管道的规格可在有关手册中查得手册中查得。第6页/共36页2023/5/7 所谓限定流速,是工程中所谓限定流速,是工程中根据技术经济要求所规定的合适流速根据技术经济要求所规定
10、的合适流速,也即管道造价和运行费用之和相对较低的流速。,也即管道造价和运行费用之和相对较低的流速。(2)限定流速限定流速表表11-2列出了一些流体在管路中的常用流速范围。列出了一些流体在管路中的常用流速范围。在管路计算时,应使管道内流体的流速在限定流速范围内在管路计算时,应使管道内流体的流速在限定流速范围内。第7页/共36页2023/5/7对于简单管路,对于简单管路,v 沿程不变沿程不变 故故管路的压头损失管路的压头损失Hw为为 令令 d、qV 不变不变(s2/m5)(m)二、简单管路计算的基本公式二、简单管路计算的基本公式第8页/共36页2023/5/7管路的能量损失为管路的能量损失为管路的
11、压力损失为管路的压力损失为(Pa)多用于不可压缩的气体多用于不可压缩的气体管路计算中,如空调、管路计算中,如空调、通风管道算通风管道算(J/kg)简单管路的计算简单管路的计算简单管路的计算简单管路的计算第9页/共36页2023/5/7从式从式 可以看出,可以看出,对于给定的流体(即对于给定的流体(即 一定)和管道(即一定)和管道(即L、d一定),在一定),在各种局部管件已定,即各种局部管件已定,即 已定的情况下,已定的情况下,S仅随仅随 变化,变化,而而 值与流动状态有关,当流体流动处于湍流粗糙区时,值与流动状态有关,当流体流动处于湍流粗糙区时,仅与相对粗糙度仅与相对粗糙度K/d有关。在工程实
12、际中,大多数流动有关。在工程实际中,大多数流动处于湍流粗糙区,所以在管材已定的情况下,处于湍流粗糙区,所以在管材已定的情况下,可视为常可视为常数。因此,数。因此,S对于给定的管路是一个定数,它综合反映了对于给定的管路是一个定数,它综合反映了管路沿程阻力与局部阻力情况,故称为管路沿程阻力与局部阻力情况,故称为管路阻抗管路阻抗。式。式(11-2)至()至(11-4)表明,在简单管路中,)表明,在简单管路中,总能量损失与总能量损失与体积流量的平方成正比体积流量的平方成正比。这一规律在管路计算中广为应。这一规律在管路计算中广为应用。用。第10页/共36页2023/5/7三、简单管路计算示例三、简单管路
13、计算示例(1)已知管径、管长、管件和阀门的设置及允许的能量)已知管径、管长、管件和阀门的设置及允许的能量损失,求流体的损失,求流体的流速或流量流速或流量。例例11-1如图如图11-1(b)所示,水从的水箱)所示,水从的水箱A中经管路中经管路排入大气中。已知:水箱液面至管路出口的高度差保持不排入大气中。已知:水箱液面至管路出口的高度差保持不变,变,H 5m,管路的总长度,管路的总长度L 50m,直径,直径d 100mm,沿程,沿程阻力系数阻力系数 0.038,管路上装,管路上装90 的标准弯头的标准弯头3个,闸板阀个,闸板阀1个,试求管路流量。个,试求管路流量。第11页/共36页2023/5/7
14、解:解:取水箱液面为取水箱液面为11截面,管路出口外侧为截面,管路出口外侧为22截面,取水平基准面通过截面,取水平基准面通过22截面。在截面。在11与与22截面间列伯努利方程截面间列伯努利方程 由题意知:由题意知:z1 H,v1 v2 0,p1 p2 0(表压),(表压),He 0,z2 0,因为因为,故按短管计算,根据式(,故按短管计算,根据式(11-1)第12页/共36页2023/5/7查附表查附表13,当,当d 100mm时,时,90 弯头的局部弯头的局部阻力系数阻力系数 1 1,闸板阀,闸板阀的局部阻力系数的局部阻力系数 2 0.1,管道进口,管道进口局部阻力系数局部阻力系数 3 0.
15、5,管道出口局,管道出口局部阻力系数部阻力系数 4 1,代入上式,代入上式(s2/m5)将上述所有值代入伯努利方程,得将上述所有值代入伯努利方程,得 所以所以(m3/s)第13页/共36页2023/5/7(2)已知管径、管长、管件和阀门的设置及流体的输送量,)已知管径、管长、管件和阀门的设置及流体的输送量,求流体通过该管路系统的求流体通过该管路系统的能量损失能量损失,以便进一步确定设备内,以便进一步确定设备内的压力、设备之间的相对位置或输送设备的压力、设备之间的相对位置或输送设备所加入的外功所加入的外功。例例11-2有一钢板制的风道,管径有一钢板制的风道,管径d 300mm,管长,管长L 60
16、m,送风量,送风量qV 1.5m3/s,空气温度,空气温度20时密度时密度 1.205kg/m3,运动黏度运动黏度 15.7 10-6m2/s,风道局部阻力系数总和,风道局部阻力系数总和 3.5,试求压力损失。试求压力损失。解:解:,按短管计算,按短管计算 风道流速风道流速(m/s)第14页/共36页2023/5/7雷诺数雷诺数,为湍流流动,为湍流流动 查表查表10-1管道绝对粗糙度管道绝对粗糙度K 0.15mm,相对粗糙度为,相对粗糙度为 查莫迪图得:查莫迪图得:0.0175 管路阻抗为管路阻抗为(s2/m5)风道的压力损失为风道的压力损失为(Pa)第15页/共36页2023/5/7 例例1
17、1-3图图11-2为一水泵向有压水箱送水的简单管路。为一水泵向有压水箱送水的简单管路。已知流量已知流量qV 20m3/h,水池水面为大气压力,有压水箱的,水池水面为大气压力,有压水箱的表压为表压为p2 44 105Pa,两液面的高度差,两液面的高度差H 4m,水泵吸水,水泵吸水管和排水管的长度分别为管和排水管的长度分别为L1=5m,L2=10m,其管径为,其管径为 57mm 3.5mm,沿程阻力系数为,沿程阻力系数为 0.02,管路进口装有,管路进口装有一个带底阀的滤水网,两个闸板阀,三个一个带底阀的滤水网,两个闸板阀,三个90 弯头,试求弯头,试求水泵的扬程及有效功率水泵的扬程及有效功率P。
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