管道阻力對(duì)揚(yáng)程的影響及管損計(jì)算！

大家都知道，管道是一種固體物，水是容易流動(dòng)的物質(zhì)，如果管道內(nèi)的水是流動(dòng)的，必定有一部分能量轉(zhuǎn)化為熱能而“消滅”，也就是丟失了一部分水壓（或稱揚(yáng)程），這是客觀事物的反映，是水流運(yùn)動(dòng)的必然規(guī)律。通常，我們將這種能量轉(zhuǎn)變的現(xiàn)象，稱之為能量損失（或稱水力損失、損失揚(yáng)程）。它以米為計(jì)算單位

原藝術(shù)論封面設(shè)計(jì)管道圖

管道阻力對(duì)揚(yáng)程的影響有多大？ 有些用戶經(jīng)過測(cè)量，雖然蓄水池或水塔到水源水面的垂直距離還略小于水泵揚(yáng)程，但還是提水量小或提不上水。其原因常是管道太長(zhǎng)、水管彎道多，水流在管道中阻力損失過大。一般情況下90度彎管比120度彎管阻力大，每一90度彎管揚(yáng)程損失約0.5-1米，每20米管道的阻力可使揚(yáng)程損失約1米。此外，有部分用戶還隨意更改水泵進(jìn)、出管的管徑，這些對(duì)揚(yáng)程也有一定的影響。那，管道阻力對(duì)揚(yáng)程的影響究竟有多大呢？

下面，我們來看下方表格

你是否清楚管道水流產(chǎn)生水力損失的原因？

問 答

一、是管壁粗糙的阻滯作用。 二、是水流各流層間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。三、是管件內(nèi)水流局部急劇變化形成的漩渦。管路（網(wǎng)）水力損失由沿程和局部?jī)刹糠纸M成。在工程上，我們必須要計(jì)算知道它的數(shù)量多少，才能正確地選用水泵，確定所需要的水泵揚(yáng)程。

管路沿程損失是發(fā)生在水流的全部流程上的摩擦阻力，它與管壁粗糙度、管長(zhǎng)、管徑、流速等有關(guān)，根據(jù)水力學(xué)原理，可以建立它的關(guān)系式。 沿程損失與管壁粗糙度有關(guān)的沿程摩擦系數(shù)成正比關(guān)系，不同的管材其粗糙度不同，鑄鐵管比較粗糙，沿程摩擦系數(shù)就大些；塑料管比較光滑，沿程摩擦系數(shù)就小些。與管子長(zhǎng)度成正比關(guān)系；與管徑成反比關(guān)系，就是說，當(dāng)流量一定時(shí)，管徑小、流速快，則沿程損失大；還與流速的平方值成正比關(guān)系。當(dāng)然計(jì)算比較繁瑣，簡(jiǎn)單的方法可以估算。 管路局部損失是水流在管道中流過底閥、閥門、彎頭、異徑管等配件過程中，由于局部裝置使流型變化；流速方向和大小都改變，而且在流動(dòng)中出現(xiàn)漩渦，使水流互相碰撞、沖擊。這種局部阻力而引起的水力損失叫做局部損失。 局部損失的大小與流過管道配件處的水流速度平方值成正比，同時(shí)，也與配件的形狀和數(shù)量有關(guān)。配件斷面形狀變化大，數(shù)量多，則局部損失就愈大。當(dāng)管路布置方案確定以后，一般都要經(jīng)過計(jì)算方法求得管路損失揚(yáng)程，然后確定水泵站的設(shè)計(jì)揚(yáng)程，才能進(jìn)行水泵選型。但是計(jì)算程序比較復(fù)雜，為了簡(jiǎn)便起見，計(jì)算資料可以編制成表格，以便查表求得。另外，也可以進(jìn)行粗略估算:損失揚(yáng)程相當(dāng)于實(shí)際地形揚(yáng)水高度（測(cè)量得知）30%~50%，管徑小、管路短取大值;管徑大、管路長(zhǎng)取小值。 可利用現(xiàn)有軟件, 計(jì)算出管路沿程損失和管路局部損失, 如義維開發(fā)的的選型軟件系統(tǒng), 以方便計(jì)算。 液體在直管中流動(dòng)時(shí)的壓力損失 液體在直管中流動(dòng)時(shí)的壓力損失是由液體流動(dòng)時(shí)的摩擦引起的，稱之為沿程壓力損失，它主要取決于管路的長(zhǎng)度、內(nèi)徑、液體的流速和粘度等。液體的流態(tài)不同，沿程壓力損失也不同。液體在圓管中層流流動(dòng)在液壓傳動(dòng)中最為常見，因此，在設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)時(shí)，常希望管道中的液流保持層流流動(dòng)的狀態(tài)。 流體在管道內(nèi)流動(dòng)的沿程 壓力損失一.層流 層流時(shí)的壓力損失在液壓傳動(dòng)中，液體的流動(dòng)狀態(tài)多數(shù)是層流流動(dòng)，在這種狀態(tài)下液體流經(jīng)直管的壓力損失可以通過理論計(jì)算求得。 圓管中的層流(1)液體在流通截面上的速度分布規(guī)律。如上圖所示，液體在直徑d的圓管中作層流運(yùn)動(dòng)，圓管水平放置，在管內(nèi)取一段與管軸線重合的小圓柱體，設(shè)其半徑為r，長(zhǎng)度為l。在這一小圓柱體上沿管軸方向的作用力有：左端壓力p1，右端壓力p2，圓柱面上的摩擦力為Ff。則其受力平衡方程式為： 由式(2-6)可知： 式中：μ為動(dòng)力粘度。因?yàn)樗俣仍隽縟u與半徑增量dr符號(hào)相反，則在式中加一負(fù)號(hào)。另外，Δp＝p1- p2把Δp、式(2-45)代入式(2-44)，則得: 對(duì)式積分得： 當(dāng)r＝R時(shí)，u＝0，代入(2-47)式得： 則 由式可知管內(nèi)流速u沿半徑方向按拋物線規(guī)律分布，最大流速在軸線上，其值為： (2) 管路中的流量。 圖(b)所示拋物體體積，是液體單位時(shí)間內(nèi)流過通流截面的體積即流量。為計(jì)算其體積，可在半徑為r處取一層厚度為dr的微小圓環(huán)面積，通過此環(huán)形面積的流量為： 對(duì)式積分，即可得流量q：（3）平均流速。設(shè)管內(nèi)平均流速為υ對(duì)比可得平均流速與最大流速的關(guān)系： (4)沿程壓力損失。層流狀態(tài)時(shí)，液體流經(jīng)直管的沿程壓力損失可從式求得：由式可看出，層流狀態(tài)時(shí)，液體流經(jīng)直管的壓力損失與動(dòng)力粘度、管長(zhǎng)、流速成正比，與管徑平方成反比。在實(shí)際計(jì)算壓力損失時(shí)，為了簡(jiǎn)化計(jì)算，得μ=υdρ/Re，并把μ=υdρ/Re代入，且分子分母同乘以2g得:式中：λ為沿程阻力系數(shù)。它的理論值為λ＝64/Re，而實(shí)際由于各種因素的影響，對(duì)光滑金屬管取λ＝75/Re，對(duì)橡膠管取λ＝80/Re。紊流時(shí)的壓力損失層流流動(dòng)中各質(zhì)點(diǎn)有沿軸向的規(guī)則運(yùn)動(dòng)。而無橫向運(yùn)動(dòng)。 紊流的重要特性之一是液體各質(zhì)點(diǎn)不再是有規(guī)則的軸向運(yùn)動(dòng)，而是在運(yùn)動(dòng)過程中互相滲混和脈動(dòng)。這種極不規(guī)則的運(yùn)動(dòng)，引起質(zhì)點(diǎn)間的碰撞，并形成旋渦，使紊流能量損失比層流大得多。 由于紊流流動(dòng)現(xiàn)象的復(fù)雜性，完全用理論方法加以研究至今，尚未獲得令人滿意的成果，故仍用實(shí)驗(yàn)的方法加以研究，再輔以理論解釋，因而紊流狀態(tài)下液體流動(dòng)的壓力損失仍用式來計(jì)算，式中的λ值不僅與雷諾數(shù)Re有關(guān)，而且與管壁表面粗糙度有關(guān)。 二.局部 2.局部壓力損失局部壓力損失是液體流經(jīng)閥口、彎管、通流截面變化等所引起的壓力損失。液流通過這些地方時(shí)，由于液流方向和速度均發(fā)生變化，形成旋渦，使液體的質(zhì)點(diǎn)間相互撞擊，從而產(chǎn)生較大的能量損耗。 突然擴(kuò)大處的局部損失局部壓力損失的計(jì)算式可以表達(dá)成如下算式： 式中：為局部阻力系數(shù)，其值僅在液流流經(jīng)突然擴(kuò)大的截面時(shí)可以用理論推導(dǎo)方法求得，其他情況均須通過實(shí)驗(yàn)來確定；為液體的平均流速，一般情況下指局部阻力下游處的流速。 管路系統(tǒng)的總壓力損失等于所有沿程壓力損失和所有局部壓力損失之和，即：