管路中流量和压降图解分析

2013-08-05 13:24:25来源: 21ic
在管路设计中,需要进行管路中流体流量和压降分析与计算。众所周知,管路中流量和压降,既与管路自身的性能曲线有关,又与流体输送机械(泵、风机)的性能曲线有关。两条性能曲线的交点,是管路系统运行的工况点,而工况点参数:流量、压头(或风压),便是管路中流体的流量和压降。当管路或输送机械进行并联、串联或并串联组合时,管路中流量和压降都会发生变化。如果在流量-压降坐标图上同时标绘出输送机械性能曲线和并联、串联及并串联管路的性能曲线,与解析法相比,能更清楚地反映出管路中流量和压降的变化情况。即在这种图上,不但可进行流量、压降的图解计算,而且便于图示分析。由此可加深我们对管路中流量、压降之间相互关系的认识和理解,本文以风管为研究对象,通过几个曲型的风机风管的组合系统,来阐述管路中流量和压降图解分析模式。

管路中流量与阻力关系,当不考虑流体密度变化时,可由范宁(Fanning )公式求得:

△pf =(λL/d+∑ζ)u2/ρ (1)

因为u = Q/π/4d2

所以△pf =(λL/d+∑ζ)ρ/2(4/πd2)2Q2

上式可写成△pf =kQ 2 (2)

式(2)中k称管路(段)阻力系数。

在工程上常见的流体流速范围内,磨擦系数λ值变化很小,λ近似等于常数。当管路及输送的流体一定时,L,d, ∑ζ, ρ均为定值,故k等于常数,且可算出。因此,式(2)为二次抛物线方程。

因为风管两端均通大气,当位差不大忽略时,风管的阻力即为风管的压降,也等于风机的风压,所以式(2)为

△p=kQ 2 (3)

式(3)为风管性能曲线或阻力曲线方程。

1、串联风管

图1为两管段串联风管,每段风管阻力系数分别为k1,k2。串联管路中流量Q为常数。

因为△p1=k1Q12;△p2=k2Q22,所以

△p=△p1+△p2=( k1+ k2) Q2= k Q2 (4)

串联管路性能曲线可由式(4)绘出:也可在Q -△p图上将k1,k2风管性能曲线的

纵坐标在同一Q下相加作图获得。图2绘出了风机、每段风管及串联风管性能曲线。

由图2可看出,若k1,k2段风管单独与风机相连组成管路体系,则其流量和压降分别为Qs1, △ps1和Qs2,,△ps2。

串联后各段风管流量和压降:k1段风管为Q,△p1;k2段风管为Q, △p2。

由图2可知,△p1<△ps1,Q< Qs1;△p2 <△ps1,Q< Qs1。故串联风管中各风管的流量和压降小于该风管单独与风机相连时的流量和压降。这是因为串联后k= k1+ k2。管路的性能曲线变陡。当串联的管段无穷多时。k= k1+ k2+……k∞=∞ , 此时串联后的管路性能曲线与纵坐标重合,风机性能曲线与纵坐标的交点即为工况点,管路中流量为0。当风机出口管路阀门紧闭时,相当于这种情况。

2、并联风管

图3为两管段并联风管,各并联支管段阻力系数分别为k1,k2。因为并联后的管路支管压降相等,总管流量为各支管流量这和,故有

△p=△p1=△p2
△p1= k1 Q12
△p2= k2 Q22
△p= k Q2 Q = Q1+ Q2

由上可得1/√k=1/√k1+1/√k2

因此,并联管路阻力系数k小于支管的k1及k2的任何一个,故并联管路性能曲线趋于平坦。并联风管性能曲线可按性能曲线方程绘制,也可按同一压降下将k1,k2的性能曲线横坐标相加作图获得(图4)。由图4看出,各支管单独与风机相连组成管路体系时,流量和压降分别为Qs1,△ps1和Qs2,△ps2。并联后各支管的流量和压降分别为Q1,△p和Q2,△p。
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关键字:管路流量  管路压降  管路性能

编辑:什么鱼 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/2013/0805/article_7653.html
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