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  • 层流运动 管道阻力对扬程的影响:解析90度与120度弯管的水力损失差异

    层流运动_层流运动学特性_层流的运动方式

    弯管阻力差异

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    在管道系统中,弯管的曲率大小对流动遇到的阻力有着显著的影响。一般来说,90度弯管相较于120度弯管,其阻力会更大。90度弯管所引起的扬程损失大概在0.5到1米这个范围内。以工厂输送水的管道为例,若采用90度弯管,水泵在输送水时需要付出更多的压力。这主要是因为90度的弯曲使得水流方向发生急剧转变,进而导致更多的能量损耗。

    另外,存在一个常被忽略的情况,即有些用户会自行改变水泵进出口管道的粗细。这种变更同样会影响水泵的扬程。如果管道粗细不合适,水流的速度和压力也会相应变化,最终使得整个管道系统的运行效率明显降低。

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    管路沿程损失

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    管道内水流运动过程中,摩擦力会导致能量损耗。这种损耗受多方面因素制约,比如管道内壁的平整度、管道的长度、横截面积以及水流流速等。以不同材料的管道为例,铸铁管道表面较粗糙,导致其摩擦系数较高,从而使得沿管道流动的能量损失相对较多。

    水力学原理指出,管道在运行过程中产生的损耗与管壁的表面状况紧密相连,这种损耗与管道的摩擦系数成正比关系。以同样长度和直径的管道为例,若其表面较为粗糙,水流在流动过程中就如同人在凹凸不平的地面上行走,需要付出更多的力量,导致水流流动更加吃力,能量损失也随之增加。另外,这种损耗还与管道的直径成反比关系,在流量不变的情况下,管道直径越小,水流速度越快,沿程损耗也会相应增大。

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    局部损失特性

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    管道配件处的液体流动会引起能量消耗,这种消耗与水流速度的平方关系密切,并且受到配件形状及数量的制约。以建筑中的水管为例,若弯头、三通等配件使用过多,水流方向和速度会不断改变,产生许多旋涡,进而导致局部损失较大。

    使用时,我们大致估算损失扬程。这个估算值通常在实测地形扬水高度(测量得到)的30%至50%之间。若管径较小、管路较短,我们采用这个范围的最高值;若管径较大、管路较长,则选用最低值。这样操作,我们能快速把握局部损失的大致情况。

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    软件辅助计算

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    科技进步使得我们能够使用现有软件来估算管道压力损耗。以义维开发的选型软件为例,它能够简便地计算出管道全段和局部的损耗。借助这样的工具,工程师和技师在规划管道系统时,可以精确掌握压力损耗,从而提高设计质量。

    运用软件进行运算,不仅提高了计算的精确性,还大幅缩短了所需的时间和精力。以往依赖人工计算,错误频发,耗时也长。借助专业软件,我们能够更高效地完成管道设计工作。

    直管沿程压力损失

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    当液体在直管中流动时,流动过程中会出现压力的减少,这种现象被称作沿程压力损失。这种损失的大小主要受到管道的长度、管径大小、液体的流速以及液体的粘度等因素的影响。在液压系统中,液体通常是在圆形管道中以层流的方式流动,我们希望管道中的液体能够保持这种层流状态,这样做有助于更好地控制压力损失。

    层流中,液体流速在管内半径方向上形成抛物线状分布,中心轴流速最高。通过研究流动特性并运用公式计算,我们了解到,在层流条件下,液体流经直管时的压力损耗与动力粘度、管道长度和流速成正比,但与管道直径的平方成反比。

    局部压力损失计算

    液体流过阀门、弯道或截面变化的地方,会出现局部压力降低的现象。在这些地方,水流速度和方向的改变会引起漩涡的产生,随之液体颗粒会频繁碰撞,导致能量的大量损失。以阀门为例,水流在此处遇到阻碍并转向时,能明显感觉到局部压力有所下降。

    局部压力损失的算法有特定的表达方式。在这个算法里,局部阻力系数的值,仅在流体经过截面急剧扩张的部位,才能通过理论计算获得。在其他情形下,该系数需借助实验方法来测定。至于管道系统的整体压力损耗,等于所有沿途压力损耗与所有局部压力损耗的总和。

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