中文名 | 管流 | 外文名 | pipe flow |
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定????義 | 管道內(nèi)的流體流動 | 規(guī)????律 | 處于不同狀態(tài)而有不同規(guī)律 |
應(yīng)????用 | 園林設(shè)計等 |
液體充滿管道內(nèi)部的流動。設(shè)計管道或管系時必須進行管流的水力計算。管流的主要問題是確定流量和水頭,計算沿管線各斷面的壓強。
管流按液體速度的恒定性可分為:速度隨時間變化的非恒定管流和速度不隨時間變化的恒定管流;按管道局部損失能否忽略分為:沿程損失占絕對優(yōu)勢、局部損失可以忽略不計的長管和局部損失占相當(dāng)數(shù)量不能忽略不計的短管;按管道布置分為管徑及管道類型均不變化又無分支的簡單管道,以及由兩根以上管道組合成的復(fù)雜管道,如串聯(lián)、并聯(lián)管道、枝狀或環(huán)狀管網(wǎng)。水力計算,均以恒定流為基礎(chǔ)
水從管狀物中流出稱為管流。這種人工水態(tài)主要構(gòu)思于自然鄉(xiāng)野的村落,常有以挖空中心的竹稈,引山泉之水,常年不斷地流入缸中,以作為生活用水的形式。早在唐代詩人白居易的草堂記中亦曾描寫過管流:"……以剖竹架空,引崖上泉,脈分線懸,自檐柱砌,壘壘如貫珠,霏微如雨露,滴瀝飄灑,隨風(fēng)遠(yuǎn)去。"
近代園林中則以水泥管道,大者如糟,小者如管,組成豐富多樣的管流水景。返回自然已成為當(dāng)前園林設(shè)計的一種思潮,因而在借用農(nóng)村管流形式有同時,也將農(nóng)村的水車形式引入園林,甚至在僅有1m多寬在櫥窗中也設(shè)計這種水體,極大地豐富了城市環(huán)境的水景。
1.孫成彥編:《管渠水利計算概論》,中國建筑工業(yè)出版社,北京,1978。
2.R.P. Benedict, Fundamentals of Pipe Flow, John Wiley & Sons, New York, 1980.
3.詞條作者:晏名文《中國大百科全書》74卷(第一版)力學(xué) 詞條:流體力學(xué) 中國大百科全書出版社 ,1987 :191頁
由于流動流體被固體邊界所包圍,常稱為流動的內(nèi)部問題。管道常用于輸送流體,又是構(gòu)成化工設(shè)備(如管殼式換熱器、列管式固定床反應(yīng)器等)的基本部件;加之管道幾何形狀簡單,便于理論研究,所得結(jié)果還可為了解其他流動所借鑒。因此,研究管流在實踐上和理論上都是很重要的。
管流是管道中的流體運動。兩千多年前人類已能大規(guī)模利用管道系統(tǒng)供水?,F(xiàn)代更普遍使用管道輸送各種液體、氣體和復(fù)雜的混合物。根據(jù)管中流體的流動狀態(tài),管流可分為層性管流和湍性管流。
當(dāng)雷諾數(shù)小于2000時,等截面直圓管中的液體流動是層性管流(這里ρ為液體密度;U為等截面上的平均速度;分別為液體的動力粘性系數(shù)和運動粘性系數(shù);D為圓管內(nèi)徑),流動呈層狀規(guī)則運動。
對于圓管中的液體層性管流,19世紀(jì)G.H.L.哈根和J.-L.-M.泊肅葉已從實驗歸納出流動規(guī)律,后來證實與精確解符合,故后人稱之為泊肅葉流動。圓管截面上隨(圖1)的速度分布為繞中心線的旋轉(zhuǎn)拋物面,即
式中△p為管道長度L上的壓力降(或壓力損失)。因為壓力沿管道長度降低,△p為負(fù),所以式中取負(fù)號。
流量Q以及壓力降△p的公式為
式中g(shù)為重力加速度。由流量公式可看出,在其他條件不變情況下,壓力降增大一倍,流量也增大一倍;反之亦然。
一般來說,當(dāng)雷諾數(shù)達(dá)到2000~4000(臨界區(qū))時,液體層性管流會變得不穩(wěn)定,并開始向湍性管流過渡。當(dāng)雷諾數(shù)大于4000時,一般工業(yè)管道內(nèi)的液體流動為過渡流或完全湍流。這時流動的能量損失和壁面摩擦阻力加大。由于湍性管流有相當(dāng)大的徑向動量交換,湍性管流的速度分布比層性管流均勻得多(圖1)。
液體湍性管流沒有嚴(yán)格的理論分析方法,工程技術(shù)中通常采用半經(jīng)驗半理論公式和圖表計算壓頭損失(能量損失)或流量。
液體湍性管流的壓頭損失由達(dá)西-魏斯巴赫方程給出:
式中為hf壓頭損失(米);L為管道長度(米);D為管道內(nèi)徑(米);U為平均速度(米/秒);g=9.81米/秒;f為摩擦系數(shù)(無量綱),它是雷諾數(shù)Re和管道內(nèi)壁相對粗糙度的函數(shù),即
由上式看出,在完全湍流情況下摩擦系數(shù)僅與粗糙度有關(guān),而同雷諾數(shù)無關(guān)。在層流區(qū),
為了便于使用,L.F.穆迪將這些函數(shù)關(guān)系繪在一張以ε/D為參數(shù),以f、Re為坐標(biāo)軸的曲線圖(稱為穆迪圖,見圖2)上。 圖中湍性管流摩擦
系數(shù)f的下限為最下面的一條光滑管曲線,虛曲線為過渡區(qū)和完全湍流區(qū)的分界線。
上述經(jīng)驗公式和穆迪圖適用于各種工業(yè)管道中的液體流動。新的工業(yè)管道內(nèi)壁的有效粗糙度見上頁表。
應(yīng)用時,如果給定管道流量求壓頭損失,可以按如下步驟進行計算。
首先通過水力試驗測定管道內(nèi)壁的有效粗糙度,算出雷諾數(shù),根據(jù)穆迪圖查出摩擦系數(shù)f,然后用
達(dá)西-魏斯巴赫方程算出壓頭損失。由于尚缺乏測量管道粗糙度的滿意方法,對粗糙
管的摩擦系數(shù)的知識也不完善,這樣的計算誤差約±10%。
管道截面的變化,閥門調(diào)節(jié),管道方向變化和分支,都會引起壓頭的局部損失。但是,這些損失。但是,這些損失是次要的。工程計算中可將等效管道長度L0加到實際管道長度中加以考慮。
實驗發(fā)現(xiàn),可溶性高分子聚合物具有很強的減阻作用。例如,在純?nèi)軇┲屑影偃f分之幾(重量)的這種聚合物,可以使液體湍性管流的摩擦阻力降到純?nèi)軇┠Σ磷枇Φ乃姆种弧R话銇碚f,任何具有線形結(jié)構(gòu)的高分子物質(zhì)(其分子量大于50 000),都可使任何流體溶劑的湍流摩擦阻力降低。高分子減阻具有廣泛的應(yīng)用前景。
對于氣體(或蒸汽)湍性管流,如果壓力降較小,氣體密度變化可以忽略,其計算方法同液體湍性管流情形完全一樣。如果氣流的壓力降大于10%初始壓力,計算中則須考慮氣體的密度變化、速度變化、密度同壓力的狀態(tài)方程或其他熱力學(xué)關(guān)系式。
在等溫情形中,根據(jù)微分形式的達(dá)西-魏斯巴赫方程,可以導(dǎo)出如下壓力公式:
式中為P1初始絕對壓力(千克力/米,1千克力=9.8牛頓);P2為最終絕對壓力(千克力/米);Q為重量流量(千克力/秒);R為氣體常數(shù);T為熱力學(xué)溫度(開);A為圓管橫截面積(米)。摩擦系數(shù)f仍根據(jù)雷諾數(shù)Re和管道內(nèi)壁相對粗糙度ε/D從穆迪圖查出。在等溫情形中,雷諾數(shù)沿管道長度不變。絕熱條件下氣體湍性管流的壓力損失計算方法有所不同。
在實際技術(shù)問題中,經(jīng)常遇到管道中的多相流動,即流動介質(zhì)包括氣體、液體或固體中二相或二相以上的混合物。這些復(fù)雜管流主要依靠經(jīng)驗公式進行計算。
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輸入已知 (已知3個)計算結(jié)果 流量 m3/h 50 43.43 流速 m/s 15 17.27 數(shù)量 1 1.15 直徑 mm 32 直徑 mm(計算) 34.3355 27.79 管道流量流速管徑計算
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小管出流系統(tǒng) 一、小管出流灌溉系統(tǒng)的布置 小管出流灌溉系統(tǒng)的水源工程、首部樞紐和系統(tǒng)管網(wǎng)的布置與滴灌相同。 小管 出流灌溉的毛管和灌水器的布置應(yīng)依據(jù)作物的行距和 株距的大小而定。較窄行 距作 物毛管采用雙向灌水的形式布置,較寬行距的毛管可采用單向灌水形式布 置。株距窄的作物一根小 管可灌兩株或多株, 株距寬的一 根小管可灌一株。 滴 灌系統(tǒng)的管道一般分干管、支管和毛管等三級,布置時要求干、支、毛三級管道 盡量相互垂直, 以使管道長度和水頭損失最小。 通常情況下, 保護地內(nèi)一般要求 出水毛管平行于種植方向,支管垂直于種植方向。 毛管、滴灌帶、微噴帶均 有鋪設(shè)長度的限度,需要考慮。 二、對小管出流系統(tǒng)的工作壓力和流量的要求 小管出流灌溉系統(tǒng)的工作壓力, 應(yīng)能保證灌水小區(qū)的各小管都能正常出水。 小區(qū) 內(nèi)一條支管所 控制的灌水小管的最大工作水頭與最小工作水頭的差值 ,不超過 小管 設(shè)計工作水頭的
輸送流體管執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn):GB/T8163-2008(輸送流體用無縫鋼管)
物流管-柔性管-防靜電復(fù)合管產(chǎn)品的特點:
1、簡易性:物流管使用的是最簡單的生產(chǎn)概念,物流管工位器具除了負(fù)載方面的說明外,不用去考慮其他的精確數(shù)據(jù)和結(jié)構(gòu)規(guī)劃,工人可以根據(jù)自己的工位狀況自行設(shè)計和制造線棒產(chǎn)品。
2、柔性化:物流管工位柔性系統(tǒng)具有良好的工作彈性,通過簡單的設(shè)計,允許你跟據(jù)自己的特殊需要、加上自己的構(gòu)思和創(chuàng)意來設(shè)計、搭建和調(diào)整。
3、靈活多變:由于現(xiàn)代生產(chǎn)產(chǎn)品的多樣化,需要不斷的改變工位器具,并在生產(chǎn)過程中不斷調(diào)整。物流管工位柔性系統(tǒng)由標(biāo)準(zhǔn)式組件構(gòu)成,拆裝非常方便,使得物流管組成的工位器具的修改變得十分容易,可適應(yīng)現(xiàn)場不斷變化的工藝。
4、符合JIT生產(chǎn)方式:物流管制成的工位柔性系統(tǒng)可以幫助你提高工作效率,有效節(jié)省空間,減少操作步驟,符合精益生產(chǎn)中的先進先出的原則。
5、改善工作環(huán)境:物流管工位柔性系統(tǒng)除了方便取放零件和工具外,還可以幫助你降低在工作場所受傷的風(fēng)險,因為最外層是塑料樹脂層。
6、可擴展性:物流管工位柔性系統(tǒng)可針對不同產(chǎn)品的生產(chǎn)需要,設(shè)計出新的結(jié)構(gòu),與原有的工位器具配合、增加不同的生產(chǎn)方式和不同工位的用途。
7、可重復(fù)使用:物流管的配件是可重復(fù)循環(huán)使用的,當(dāng)一個產(chǎn)品或者一道工序的生命周期結(jié)束時,可重新設(shè)計線棒產(chǎn)品的結(jié)構(gòu),用原有的配件重新組裝去適應(yīng)新的要求。
8、符合人體工程學(xué):由于柔性系統(tǒng)的簡單可調(diào)性,可方便調(diào)整工位器具的取放高度,使每一個操作者處于最佳的工作位置上。
9、持續(xù)改進:物流管柔性系統(tǒng)的設(shè)計、制作與改進,能夠引發(fā)廣大員工的革新和創(chuàng)新意識,其最好的結(jié)果是使產(chǎn)品和工序得到持續(xù)的改善。
10、可隨意組裝;精益管表層為覆塑層,不易損傷零部件表面。
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水力學(xué)定義:水沿管道滿管流動的水力現(xiàn)象稱為有壓管流。一般表現(xiàn)為壓強高于大氣壓。2100433B