流體的管內(nèi)流動與水力計(jì)算管內(nèi)流動的阻力特性曲線第1頁，共26頁。優(yōu)選流體的管內(nèi)流動與水力計(jì)算管內(nèi)流動的阻力特性曲線第2頁，共26頁。第3頁，共26頁。其中為管路阻抗。上式為管路的阻力特性曲線，表示特定管路系統(tǒng)中、恒定流動條件下，動力設(shè)備所提供的能量和管路系統(tǒng)流量之間的關(guān)系，可以看出，提供的能量隨系統(tǒng)流量的平方而變化，將此關(guān)系繪制在流量和壓頭為坐標(biāo)的直角坐標(biāo)系中，如下圖所示。它是一條在縱軸上截距為的拋物線。第4頁，共26頁。第5頁，共26頁。同一管路系統(tǒng)中，恒定操作條件下，管路阻抗為一常數(shù)。若操作條件改變，則管路阻力會發(fā)生變化，隨之變化，-也會相應(yīng)變化。例如將離心式泵的出口管路上的節(jié)流閥關(guān)小時(shí)，管路的阻力將增大，管路阻力特性曲線將變陡，如圖中的Ⅱ線。當(dāng)閥門開大時(shí)，管路阻力將減小，管路阻力特性曲線將平緩，如圖中的Ⅲ線。第6頁，共26頁。相應(yīng)的氣體管路的特性曲線方程為：當(dāng)時(shí)，上式可簡化為：第7頁，共26頁?！纠?-23】某管路系統(tǒng)風(fēng)量為時(shí)，系統(tǒng)阻力為，試?yán)L出管路阻力特性曲線。假定管路阻力特性曲線中。第8頁，共26頁?！窘狻坑捎?，風(fēng)機(jī)的全壓就等于管路系統(tǒng)的阻力，即。管路阻力特性曲線為：（1）計(jì)算氣體管路的阻抗：則該管路系統(tǒng)的阻力特性曲線為：第9頁，共26頁。描點(diǎn)法可得其管路阻力特性曲線如圖所示。管路阻力特性曲線第10頁，共26頁。（2）繪制管路阻力特性曲線流量（）50100200250750全壓（）3124875675第11頁，共26頁。第六節(jié)有壓管中的水擊第12頁，共26頁。

前面討論的都是不可壓縮性流體的穩(wěn)定流動,沒有考慮流體的壓縮性。但液體在有壓管道中發(fā)生的水擊現(xiàn)象，則必須考慮液體的壓縮性，同時(shí)還要考慮管壁材料的彈性。第13頁，共26頁。一、水擊現(xiàn)象概念當(dāng)液體在壓力管道中流動時(shí)，由于某種外界原因（如閥門的突然開啟或關(guān)閉，或者水泵的突然停車或啟動，以及其它一些特殊情況）液體流動速度突然改變，引起管道中壓力產(chǎn)生反復(fù)的、急劇的變化，這種現(xiàn)象稱為水擊（或水錘）。第14頁，共26頁。特點(diǎn)水擊現(xiàn)象發(fā)生后，引起壓力升高的數(shù)值，可能達(dá)到正常壓力的幾十倍甚至幾百倍，而且增壓和減壓交替頻率很高，其危害性很大，會使管壁材料及管道上的設(shè)備承受很大的應(yīng)力，產(chǎn)生變形，嚴(yán)重時(shí)會造成管道或附件的破裂。第15頁，共26頁。特點(diǎn)壓力的反復(fù)變化會使管壁及設(shè)備受到反復(fù)的沖擊，發(fā)出強(qiáng)烈的振動和噪音，尤如管道受到錘擊一樣，故又稱為水錘。這種反復(fù)的沖擊還會使金屬表面損壞，打出許多麻點(diǎn)，輕者增大了流動阻力，重者損壞管道及設(shè)備。第16頁，共26頁。危害水擊對各種工業(yè)管道和生活中的供水管道、水泵及其連接的有關(guān)設(shè)備的安全運(yùn)行都是有害的，特別是在大流量、高流速的長管中以及輸送水溫高、流量大的水泵中更為嚴(yán)重。第17頁，共26頁。應(yīng)用

水錘泵（又稱水錘揚(yáng)水機(jī)）就是利用水擊壓力變化反復(fù)工作的，且不需要任何其它動力設(shè)備。第18頁，共26頁。二、水擊的傳播過程1．壓縮過程如圖所示，長度為L的管道上當(dāng)閥門突然關(guān)閉后，首先在N-N斷面上液體停止了流動，同時(shí)壓力升高ph。然后相鄰的另一層液體也停止了流動，壓力也相應(yīng)升高ph。這種壓力升高以水擊波的傳播速度a由閥門處一直向管道進(jìn)口傳播，如圖（a）所示。經(jīng)時(shí)間傳到管道進(jìn)口，這時(shí)整個(gè)管道中壓力都升高到p+ph。液體受到壓縮，密度增高，管壁膨脹，這是一個(gè)減速增壓的壓縮過程。第19頁，共26頁。2．壓縮恢復(fù)過程壓縮過程結(jié)束后，管道中各處壓力都比M-M斷面的左側(cè)容器中壓力高了ph。在壓力差ph的作用下，M-M斷面右側(cè)相鄰的一層液體將以速度v由管道流回容器內(nèi)，如圖（b）所示。與此同時(shí)，這層液體的壓力由p+ph恢復(fù)到正常的壓力p，管壁的膨脹也得到恢復(fù)，這種恢復(fù)以水擊波的傳播速度a向管道末端N-N傳播。從閥門關(guān)閉時(shí)間算起，經(jīng)過時(shí)間后，由M-M傳播到N-N斷面，使整個(gè)管道都恢復(fù)到正常數(shù)值。該過程是一個(gè)增速減壓的壓縮恢復(fù)過程。第20頁，共26頁。3．膨脹過程 壓縮恢復(fù)過程結(jié)束后，液體并不能停止流動，在慣性的作用下，液體還將以速度v繼續(xù)向容器內(nèi)流動，閥門N-N處液體首先減少，使其壓力由p降低到p-ph。因而液體密度減小，體積膨脹，管壁相應(yīng)收縮，同時(shí)液體的流動速度也降為零。這一膨脹仍以水擊波速度a向M-M斷面?zhèn)鞑ト鐖D（c）所示。從閥門關(guān)閉時(shí)間算起，經(jīng)過時(shí)間后，使管道中的液體都處于膨脹狀態(tài)，壓力比正常情況下的壓力降低了ph。此過程為減速減壓的膨脹過程。第21頁，共26頁。4．膨脹恢復(fù)過程結(jié)束后，由于容器內(nèi)的壓力高于管道內(nèi)的壓力，在壓差的作用下，液體以速度v流向管內(nèi)如圖（D）所示。最先使管道進(jìn)口M-M處的壓力恢復(fù)到正常情況下的壓力，管壁也恢復(fù)到正常情況。然后壓力的恢復(fù)由M-M斷面以水擊波的傳播速度a向N-N斷面?zhèn)鞑?。從關(guān)閉閥門時(shí)算起，經(jīng)過時(shí)間，完成了增速增壓的膨脹的過程，使整個(gè)管道中液體的壓力、密度都恢復(fù)到了正常值，從而結(jié)束了一個(gè)周期的水擊變化過程。第22頁，共26頁。水擊的傳播過程

第23頁，共26頁。

斷面N處水擊壓力隨時(shí)間的變化情況第24頁，共26頁。若不考慮水擊傳