理论教育 并联管道的流量分配与摩阻损失分析

并联管道的流量分配与摩阻损失分析

时间:2023-06-18 理论教育 版权反馈
【摘要】:在图7.8所示的管道系统中,结点B与C之间连接两条或两条以上的管段,则BC之间的管道系统,称为并联管道。整个管道系统可视为由管段AB、并联管段BC及管段CD串联而成。图7.8并联管道一般情况下,并联各管的长度、直径及粗糙度均不同,因此,各管的流量也不相同。这个方法也适用于任何数量的并联管道。并联管段BC之间的摩阻损失为则

并联管道的流量分配与摩阻损失分析

在图7.8所示的管道系统中,结点B与C之间连接两条或两条以上的管段,则BC之间的管道系统,称为并联管道。整个管道系统可视为由管段AB、并联管段BC及管段CD串联而成。

在串联管路中,各管段的摩阻损失是相加的,而并联管段BC中,无论哪一条管道,它们的摩阻损失都彼此相等。如果在B及C点上各接一测压管,测压管中之液面高差即为并联管段BC的摩阻损失。如果各管的摩阻损失不相等,势必在C点上的测压管中有三个不同液面,这当然是不可能的。

在图7.8所示的条件下,并联管段BC的水力计算特点为

式中,zB、pB及zC、pC分别为B点及C点上的位置高程压强,式中已忽略掉了速度头之差(按长管计算)。

图7.8 并联管道

一般情况下,并联各管的长度、直径及粗糙度均不同,因此,各管的流量也不相同。它们为了满足摩阻损失相等的条件,自身必须进行流量调整和分配,直至使这管段的摩阻损失相等为止。

并联管道计算有两个典型问题:①BC间的摩阻损失已知,求通过管系的总流量Q;②总流量Q已知,求并联各管的流量和摩阻损失。管道的直径、长度、粗糙度及流体的性质假定是已知的。

实际上,对于第一个问题,它与简单管道求流量问题的解法是一样的,将求得的各管的流量相加,即为所求的总流量。第二个问题比较复杂,因为不论哪一条管道,既不知道摩阻损失,也不知道其流量。求解的步骤建议采用如下的方法:

a.假定通过管1某流量Q′1(根据d1、L1与其他管的直径、长度进行比较,按照给定的Q,适当假定该值);

b.利用假定流量Q′1算出h′w1

c.利用h′w1,求出Q′2,Q′3

d.有了这些在共同摩阻损失下的流量之后,假定Q沿各管的流量分配与Q′1、Q′2及Q′3按相同的比例分配,则

式中 ∑Q′=Q′1+Q′2+Q′3

e.用Q1、Q2、Q3计算hw1、hw2、hw3来校核这些流量是否正确。

这个方法也适用于任何数量的并联管道。通过适当选择得以估算通过管道系统总流量的百分数的流量Q′1,式(7.14)得出的数值误差仅在百分之几以内。在摩擦系数精确度范围内它是相当准确的。

例7.9 在图7.8中,设L1=1000m,d1=207mm,L2=900m,d2=309mm,L3=1000m,d3=259mm,Δ1=Δ2=Δ3=0.2mm,ρ=860kg/m3,ν=2.8×10-6m2/s,pB=1.962×105Pa,zB=80m,zC=75m,Q=0.15m3/s。试确定通过各条管的流量及C点之压强。

解 ①求各管的流量

设通过管1的流量Q′1=0.04m3/s

,得

由式(7.13),得(www.daowen.com)

h′w3=h′w2=h′w1=7.83m

对于管2

依据式(7.6),

得:

Q′2=0.1227m3/s

对于管3

依据式(7.6),

Q′3=0.0728m3/s

在假定条件下总流量为

因而得

校核摩阻损失hw1、hw2及hw3是否相等,即

管1:Re1=56107,λ1=0.0237,hw1=3.35m

管2:Re2=15080,λ2=0.0207,hw2=3.34m

管3:Re3=81465,λ3=0.0220,hw3=3.36m

从计算得的结果来看,三个管的摩阻损失最大误差只有0.02m,所以上述计算得的各管流量应非常精确了。

并联管段BC之间的摩阻损失为

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