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03水力学基本概念

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03 水力学基本概念

压力 : 什么是压力 ?

什么是压力?

压力单位
压力标准单位: Pascal [Pa]
1 Pa = 1 N/m2 1000 Pa = 1 kPa 10000 Pa ≈ 1 mWG (水柱) 100000 Pa = 1 bar 1 atm = 101325 Pa 1 kgf/cm2 = 1 bar 1 ftWG = 3 kPa 1 psi = 6.9 kPa

x 10

x 10

1 bar = 10 mWG = 100 kPa
/ 10 / 10

3

水的静压
静压是指水相对于大气压力的压力

例如: 如果管道中的静压是 5 bar, 就意味着水的 压力比大气压高 5 bar
(标准大气压力约为1bar)

静压本身并不能产生通过环路的循环 水的动力! 水系统中的静压由定压装置决定,某一 点的静压在系统中是一个定值

定压罐


定压罐决定了其 在系统中连接点 的静压-定压点.

受压气体

在系统中高度每升高1米,静压降低1m水柱 (10 kPa, 0.1 bar) .高度每降低1米,静压升高1m水 柱.

开式膨胀水箱
开式膨胀水箱与闭式膨胀水箱一 样,只是水表面的静压为0

h > H + 3m

A H HST

动压
动压:
流动中的流体*淞鞫较蛩难沽

pdyn

?v ? 2

2

pdyn Pa ? kg/m? v m/s

流体静止时,没有动压

7

伯努利方程
理想情况下:
即假定流体不可压缩,且忽略一切摩擦等压力损失

p ? ?gh ?

?v 2
2

? 常数

全压 = 静压 + 动压 = 常数

实质为能量守恒定律在水力学中的体现 实际情况下应考虑阻力损失Ploss

8

静压
为避免产生气蚀 ? 在水泵处 ? 在阀门处

为什么需要一个最小静压呢?

由于在阀门处水的流速 增高,造成静压降低. 如果静压低于气化压力,将 产生气蚀. 经验法则 :(预防气蚀) 阀门入口的静压至少要大于 阀门压降的两倍.

静压计算

? ?

计算系统中 A 至 F 点的静压.

假定水泵处于停止状态。

差压
?
差压是指某两点间静压之差.

在水系统中,差压是很重要的。系统中的流量只取决于差压。 水泵提升压力而其它部件(阀门、弯头等) 降低压力。

压降与流量的关系
?
在阀门、管道和末端装置中,流量和压降 的关系为(紊流状态下):

?P ? q 2
如果流量翻倍 (x2), 压降要乘四倍 (x4).

例如: q 增加 15%, ?P 增加 1.15? -1 = 0.32 ?P增加20%, 流量增加1.20.5-1= 0.1

流量单位

1 m3/s = 1000 l/s 1 m3/s = 3600 m3/h = 3 600 000 l/h
1 m3/h = 1000 l/h 1 m3/h = 0,278 l/s 1 USGPM = 0,227 m3/h 1 UKGPM = 0,273 m3/h

13

Kv 值
?
对某一开度的阀门来说,流量和压降之间的关 系为:

?P q ? Kv density

q 流量 m? /h ?P 压差 bar 对水而言, 密度density = 1

例如 : 通过阀门的压降为 30 kPa,阀门的 Kv 值为 3.2. 则流量为:
q ? 100x3.2x 30 kPa q ? 1753 l / h

?

Kv 代表的是流体通过的截面积的大小.

?P ( bar) , q (m? /h)

?P (kPa) , q (l/s)
q? Kv ?P 36
2

?P (mm WG) , q (l/h)

?P (kPa) , q (l/h)

q ? Kv ?P
? q? ?P ? ? ? ? Kv ?
Kv ? q ?P
2

q ? 10Kv ?P
? q ? ?P ? ? 01 . ? ? Kv ?
Kv ? 01 . q ?P
2

q ? 100Kv ?P
q ? ? ?P ? ? 0.01 ? ? Kv ?
Kv ? 0.01 q ?P
2

? q ? ?P ? ? 36 ? ? Kv ?
Kv ? 36 q ?P

管道压降
? ? ? ? ?
管道压降取决于:

管道内径
管壁粗糙度 水的密度和黏度-温度 流量(!) 例如 : DN80 管道, 流量为20 m? /h, 水温为20°C时, 管道压降为 140 Pa/m. 当水 温为70°C时, 压降为120 Pa/m.

T
Temperature

?
Kinematic viscosity

?p
Pressure drop

阀门特性曲线
Kvs ? 不同开度的Kv值是不同的. ? 表达Kv与阀门开度之间关系的曲线叫 做阀门 的特性曲线. ? Kv的最大值定义为Kvs (对应全开的阀门).

Kv

STAD 15/14
3

Opening/Lift

Max

Kv2.5
2 1.5 1 0.5 0 0 1 2 3 4

Opening [turns]
16

管道压降

例如 : 管径为 DN80 ,流量为 20 m? /h 查图得到:管道中压降为140 Pa/m 水流速为 1 m/s

压降计算

50 m? /h, DN100, 20 m

A
计算 A 和 B之间的压降 :
? 计算管道的压降(按200Pa/m). ? 加上末端的压降 ?计算并加上*衡阀的压降
?P=30 kPa

B
STAF 80 (Kvs=120)

如果 A 和 B间资用压头增加 20%,流量将有何变化 ?

压降计算
50 m? /h, DN100, 20 m

A
?P=30 kPa

管道压降 200 Pa/m. 对 40m长管道, 压降为 8.0 kPa 阀门压降
50000? ? ?P ? ? 0.01 ? ? 17.4 kPa ? 120 ?
2

B
STAF 80 (Kvs=120)

总压降 8.0+30+17.4 = 55.4 kPa 压差增加 20% 则流量增加 1.20.5-1 = 0.1 =10% 即 55 m? /h

局部阻力
?p ? ?

?v 2
2

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水泵压头
?
当通过水泵的流量增加时,压头降低

注意:

水泵是提供 压头的, 而非提供流量!!!

水泵并联
?
扬程相同, 则流量叠加.

水泵串联
?
流量相同, 扬程叠加.

系统特性曲线
? ?
水泵提供压头. 流量是由系统的特性曲线决定的!
注意!!

系统并联和串联的特性曲线

泵与系统特性曲线
1- 画第一台泵的特性曲线 2-画两台泵并联后的特性曲线 3- 画第一个末端的系统特性曲线 4-画两个末端并联后的系统特性曲线 5- 工作点在哪里? 6- 当一个末端关闭后,工作点在哪里?
150 125 100 75

150,00

125,00

50 25
0 0 25 50 75 100 125 150

100,00

75,00

150 125 100 75

50,00

25,00

50 25
0 0 25 50 75 100 125 150

0,00 0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250

泵与系统特性曲线

当一个末端关闭后, 总流量减半 !

kPa
150,00

125,00

1//2
100,00

75,00

1
50,00

1 1//2
0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250

25,00

0,00

m3/h

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水系统回路计算
计算*衡阀1 至 6的压降. 压力单位为 kPa. 当给定管长时, 比摩阻按 300 Pa/m (30 mm/m) 考虑.

1- 从输配侧开始计算. 计算每 一点的压力。 假定水泵入口压 力为 0 (参考值) 。 无论参考 值设定多少,结果都是一样的 。

2- 按同样过程计算生产侧。

水系统回路计算
? ? ? ?
*衡阀 1 : 压降为 5 kPa. 电动开关阀的压降为 (45 m? /h / 160)?= 0.08 bar = 8 kPa 5 m 长管道压降为: 5 x 0.3 kPa = 1.5 kPa 30 m长管道压降为:30 x 0.3 kPa = 9 kPa

H=80 77 78.5 0

4 ?P=21

21

30

39

69

70.5

3 60

2 41

1 42

9 6 3

10.5 5 0 1.5 H=100 100 91 82




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