压力管路、孔口、喷嘴出流

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1、1/15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2/15§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

2、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

3、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

4、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1.第一类问题已知管径、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

5、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。①②③§7-1简单长管的水力计算2.第二类问题已知管径、管长和地形，在一定压降限制下，确定当某种液体通过时最大输送量。由于流量是未知数，无法先判别流动状态，可用试算法。计算步骤为：①利用能量方程求出水头损失hf值；②然后假设流动状态，沿程阻力系数，求出输送量Q；③验算流态，如果假设正确则所求得的输送量为正确值，否则重新假设。①②③§7-1简单长管的水力计算对前两类问题，也可以先做出图7－2所示的管路特性曲线，然后由管路

6、特性曲线求解。下面以第二类问题为例，给出如下的求解步骤：①先设定几个不同的流体和输送量，按照第一类问题的算法，求出相应的水头损失hf；②绘制管路特性曲线；③由给定的压降，依据能量方程求出水头损失hf；④再由求得的hf值，从管路特性曲线上查出相应的流量。Qhf0①②③§7-1简单长管的水力计算3.第三类问题已知管长、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

7、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

8、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