压力管路、孔口、喷嘴出流.ppt

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第七章压力管路、孔口、管嘴
§1 简单长管的水力计算
§2 复杂管路的水力计算
§3 短管的水力计算
§4 水击现象
§5 孔口与管嘴
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§7-1 简单长管的水力计算
前面两章详细介绍了流体流动的基本原理。介绍这些基本原理的目的是为了工程应用,尤其是石油工程方面的应用。
一个很重要的方面是应用于管路的水力计算,而管路水力计算的目的是设计管路及优化使用管路。
§7-1 简单长管的水力计算
液体在一定的压差作用下流动的管路,称为压力管路。压力管路水力计算时,根据沿程水头损失和局部水头损失所占比例,分为两类:
①长管:局部水头损失和流速水头在能量方程中所占的比重较小,以致在计算中可以忽略不计的压力管路;
②短管:局部水头损失和流速水头在能量方程中所占的比重较大,以致在计算中不能忽略的压力管路。
辨析①:长管和短管并不是按照几何长度来划分的,而是按照局部水头损失以及流速水头所起的作用来划分的。
辨析②:一般来说,室外管路多属于长管,如油田的地面集输管路和外输管路。室内管线多属于短管,如联合站、计量间内管件较多的管路。
简单长管是指液体从入口到出口均在同一等直径管道中流动,没有出现流体的分支或汇合的管路。复杂管路,如串联管路、并联管路、分支管路和管网等。
§7-1 简单长管的水力计算
忽略局部水头损失和速度水头,能量方程为:
①对于层流流动
②对于紊流的水力光滑
③紊流混合摩擦区、完全粗糙区
查莫迪图或其他公式
沿程水头损失的达西公式
注:
也可以把阻力系数代入,进一步写成系数, 具体取值见表7-1
§7-1 简单长管的水力计算
工程实际中,简单长管的设计计算问题可归结为以下三类:
①第一类问题:已知地形、流体性质、输送量、管路几何尺寸,计算管路的水头损失或者压降;
②第二类问题:已知地形、流体性质、管路几何尺寸和允许压降,计算管路的输送量;
③第三类问题:已知地形、流体性质、输送量、管长,(压降未知),设计计算最佳管径。
对于第一类问题,根据已知条件可以直接计算得到结果。对于后两类问题,由于输送量或者管径未知,无法求取流体流动的雷诺数,即无法判断流态也不能确定摩擦系数,需要采用试算法或迭代法求解。
§7-1 简单长管的水力计算

已知管径、管长和地形(即管路起点和终点的地面标高),根据给定的输送量,计算管路中的压降。这类问题无论是在管路初步还是正式设计的计算中,都会经常遇到。解决这类问题的计算步骤是:
①根据给定的流量,管径和液体性质,算出雷诺数,确定流动状态;
②确定沿程阻力系数,计算水头损失hf;
③由能量方程计算压降。
①
②
③
§7-1 简单长管的水力计算

已知管长、地形、流体性质和输送量,要求设计最经济的管径。在这类问题中,管径和压降都是未知数。在一定的流量下,管径的大小直接影响流速的大小和流动状态的变化,也就影响水头损失(压降)的大小。
小管径,材料省,轻便,造价低;但管径小,流速大,水头损失大,需要高位水塔或大功率输液泵,增加了设备费和养护费。大管径,管材多,重量大,运输和安装不便,保温费用多,造价高;但管径大流速小,水头损失小,设备投资和运转费较省。
管中流速过大,管子易磨损,迅速关闭阀门时,产生较大水击压力,造成管子爆裂。反之,管中流速过小,液体中的质易在管中沉淀,侵蚀管壁并增大摩擦阻力。
因此,管径的选择必须全面考虑各方面的利弊,即要保持一定的流速,又要符合经济要求,使操作管理方便,输液成本尽可能节省。
根据经验,一般油田内部管路中的液体流速以1~2米/秒左右为宜,外输管路中的流速可取1~3m/s。在进行初步设计时,可参考表7-2推荐的经济流速。
§7-1 简单长管的水力计算
第三类问题:设计管径的步骤大致如下:
①根据设计流量,在适宜的流速范围内选择几种不同的管径;
②按照选择的管径,求出相应的实际流速;
③根据实际流速、管径和油品粘度,求出雷诺数,判别流动状态,进一步求出水头损失;
④由总水头损失及压力确定泵的扬程和功率,从而算出每年动力消耗费用;
⑤计算出全部设备每年平均的折旧费;
⑥把选用不同管径时,每年所需的全
部开支一一算出;
⑦以管径为横坐标,年费用为纵坐标,
绘成曲线,如图7-3。
图7-3管径与年费用的关系曲线
d
费用
A
C
B
dm