局部损失计算T培训讲义

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，这种力称为局部阻力，由此引起的能量损失称为局部损失.局部损失的计算局部能量损失大致可以分为三类：（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。例如管道断面突然扩大、突然缩小、逐渐扩大和缩小等；（2）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；（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：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，下面对此进行叙述。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，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。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。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，消耗流体的一部分能量。管道突然扩大的流线分布取图大管道的起始截面1—1和流道全部扩大后流速重又均匀的截面2—2以及它们之间的管壁为控制面。设截面1—1,2—2中心点的压强为P1和P2，平均流速为V1和V2，截面积为A1和A2，且不可压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截面1—1和2—2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强可按静压强规律分布，即p≈p1，于是上式可写为作用于扩大管凸肩圆环面上的总压力列出截面1—1和2—2的伯努利方程式中，ζ称作局部阻力系数用连续方程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。A1A2v1v2A1管路突然缩小A2A1υ1υ2θDd渐扩管弯管折管水头损失失的叠加加原则：两个过水水断面间间液流的的水头损损失等于于各段沿沿程水头头损失及及各局部部水头损损失之和和。即：hw=Σhf+Σhζ例题：水从一水水箱经两两段水管管流入另另一水箱箱。d1=150mm，l1=30m，λ1=0.03，H1=5m，d2=250mm，l2=50m，λ2=0.025，H2=3m，水水箱箱尺尺寸寸很很大大，，箱箱内内水水位位恒恒定定，，计计及及沿沿程程及及局局部部水水头头损损失失，，试试求求通通过过管管路路的的流流量量。。解：H1-H2=hw,hw=Σhf+Σhm=λλ1(l1/d1)(v12/2g)+λλ2(l2/d2)(v22/2g)+ζζ进口口v12/2g+ζζ突大大v12/2g+ζζ出口口v22/2g；由连连续续性性方方程程：：v2=v1(ωω1/ωω2)=v1(d1/d2)2;注意意：：ζ突大大=(1-ωω1/ωω2)2=(1-d12/d22)2;ζ进口口=0.5(直角角进进口口);ζζ出口口=1.0hw=7.69v12/2g=>v1=sqrt(2ghw/7.69)=2.77m/s;Q=ωω1v1=(3.14/4)*0.152*2.77=0.049m3/s解毕毕水平平管管道道流流量量计计算算水平平短短管管从从水水深深H=16m的水水箱箱中中排排水水至至大大气气，，管管路路直直径径d1＝50mm，d2＝70mm，阀阀门门阻阻力力系系数数4.0，只只计计局局部部损损失失，，不不计计沿沿程程损损失失，，并并认认为为水水箱箱容容积积足足够够大大，，试试求求通通过过此此水水平平短短管管的的流流量量。。【解】列截截面面0——0和1——1的伯伯努努利利方方程程查得得=0.5，=0.24，=0.30，故（m/s）通过水水平短短管的的流量量（m3/s）管道道水水力力计计算算工程上上把不不同联联接方方式联联接所所组成成的管管系称称为管管道。。管道系系统分分类按能量量损失失大小小长管：：凡局部部阻力力和出出口速速度水水头在在总的的阻力力损失失中，，其比比例不不足5％的管管道系系统，，称为为水力力长管管，也也就是是说只只考虑虑沿程程损失失。短管：：在水力力计算算中，，同时时考虑虑沿程程损失失和局局部损损失的的管道道系统统，称称为短短管。。1）串联联管道道：不不同管管径或或不同同粗糙糙度的的数段段管子子串联联联接接所组组成的的管道道系统统，如如图(b)。2）并联联管道道：是是指数数段管管道并并列联联接所所组成成的管管道系系统，，如图图(c)所示。。按管道道系统统结构构分简单管管道：：管径和和粗糙糙度均均相同同的一一根或或数根根管子子串联联在一一起的的管道道，如如图(a)所示。。复杂管管道：：除简单单管道道以外外的管管道系系统，，称为为复杂杂管道道，又又可分分成：：枝状管管道：：如图(d)所示，，各不不相同同的出出口管管段在在不同同位置置分流流，形形状如如树枝枝。网状管管道：：如图(e)所示，，通过过多路路系统统相互互连接接组成成一些些环形形回路路，而而节点点的流流量来来自几几个回回路的的管道道。管道水水力计计算主主要任任务(1)根据给给定的的流量量和允允许的的压强强损失失确定定管道道直径径和管管道布布置；；(2)根据给给定的的管道道直径径、管管道布布置和和流量量来验验算压压强损损失；；(3)根据给给定的的管道道直径径、管管道布布置和和允许许的压压强损损失，，校核核流量量。管道水水力计计算主主要任任务管道水水力计计算的的基本本公式式有连连续性性方程程、伯伯努利利方程程和能能量损损失三三个公公式.连续性性方程程伯努利利方程程式中E为外界界（泵泵、风风机等等）加加给单单位重重量能量损损失由上面面管道道系统统分类类可知知，管管道系系统的的分类类类似似于电电路系系统。。因此此，管管道水水力计计算类类似于于电路路计算算，管管道中中的流流量相相当于于电路路中的的电流流；压压降相相当于于电压压，管管道阻阻力相相当于于电阻阻。本本节只只介绍绍串联联管道道和并并联管管道的的水力力计算算。串联管管道如果各各管段段的管管径都都相同同，通通常称称为简简单管管道，，则各各管段段的平平均流流速也也相等等根据连连续性性原理理，通通过串串联管管道各各管段段中的的流量量相等等，因因而对对不可可压缩缩流体体有串联管管道的的总能能量损损失是是各段段管道道中的的能量量损失失之和和，即即串联管管道串联管管道并联管管道从能量量平衡衡观点点来看看，无无论