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管路中流量和壓降圖解分析
作者：
時(shí)間：2013-08-05
來(lái)源：網(wǎng)絡(luò )
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在管路設計中，需要進(jìn)行管路中流體流量和壓降分析與計算。眾所周知，管路中流量和壓降，既與管路自身的性能曲線(xiàn)有關(guān)，又與流體輸送機械（泵、風(fēng)機）的性能曲線(xiàn)有關(guān)。兩條性能曲線(xiàn)的交點(diǎn)，是管路系統運行的工況點(diǎn)，而工況點(diǎn)參數：流量、壓頭（或風(fēng)壓），便是管路中流體的流量和壓降。當管路或輸送機械進(jìn)行并聯(lián)、串聯(lián)或并串聯(lián)組合時(shí)，管路中流量和壓降都會(huì )發(fā)生變化。如果在流量-壓降坐標圖上同時(shí)標繪出輸送機械性能曲線(xiàn)和并聯(lián)、串聯(lián)及并串聯(lián)管路的性能曲線(xiàn)，與解析法相比，能更清楚地反映出管路中流量和壓降的變化情況。即在這種圖上，不但可進(jìn)行流量、壓降的圖解計算，而且便于圖示分析。由此可加深我們對管路中流量、壓降之間相互關(guān)系的認識和理解，本文以風(fēng)管為研究對象，通過(guò)幾個(gè)曲型的風(fēng)機風(fēng)管的組合系統，來(lái)闡述管路中流量和壓降圖解分析模式。 
管路中流量與阻力關(guān)系，當不考慮流體密度變化時(shí)，可由范寧（Fanning ）公式求得：
△pf =(λL/d+∑ζ)u2/ρ (1)
因為u = Q/π/4d2
所以△pf =(λL/d+∑ζ)ρ/2(4/πd2)2Q2
上式可寫(xiě)成△pf =kQ 2 (2)
式（2）中k稱(chēng)管路（段）阻力系數。
在工程上常見(jiàn)的流體流速范圍內，磨擦系數λ值變化很小，λ近似等于常數。當管路及輸送的流體一定時(shí)，L，d, ∑ζ, ρ均為定值，故k等于常數，且可算出。因此，式（2）為二次拋物線(xiàn)方程。 
因為風(fēng)管兩端均通大氣，當位差不大忽略時(shí)，風(fēng)管的阻力即為風(fēng)管的壓降，也等于風(fēng)機的風(fēng)壓，所以式（2）為
△p=kQ 2 (3)
式（3）為風(fēng)管性能曲線(xiàn)或阻力曲線(xiàn)方程。
1、串聯(lián)風(fēng)管
圖1為兩管段串聯(lián)風(fēng)管，每段風(fēng)管阻力系數分別為k1，k2。串聯(lián)管路中流量Q為常數。
因為△p1=k1Q12；△p2=k2Q22，所以
△p=△p1+△p2=( k1+ k2) Q2= k Q2 (4)
串聯(lián)管路性能曲線(xiàn)可由式（4）繪出：也可在Q －△p圖上將k1，k2風(fēng)管性能曲線(xiàn)的
縱坐標在同一Q下相加作圖獲得。圖2繪出了風(fēng)機、每段風(fēng)管及串聯(lián)風(fēng)管性能曲線(xiàn)。
由圖2可看出，若k1，k2段風(fēng)管單獨與風(fēng)機相連組成管路體系，則其流量和壓降分別為Qs1, △ps1和Qs2,，△ps2。
串聯(lián)后各段風(fēng)管流量和壓降：k1段風(fēng)管為Q，△p1；k2段風(fēng)管為Q, △p2。
由圖2可知，△p1△ps1，Q Qs1；△p2 △ps1，Q Qs1。故串聯(lián)風(fēng)管中各風(fēng)管的流量和壓降小于該風(fēng)管單獨與風(fēng)機相連時(shí)的流量和壓降。這是因為串聯(lián)后k= k1+ k2。管路的性能曲線(xiàn)變陡。當串聯(lián)的管段無(wú)窮多時(shí)。k= k1+ k2+……k∞=∞ , 此時(shí)串聯(lián)后的管路性能曲線(xiàn)與縱坐標重合，風(fēng)機性能曲線(xiàn)與縱坐標的交點(diǎn)即為工況點(diǎn)，管路中流量為0。當風(fēng)機出口管路閥門(mén)緊閉時(shí)，相當于這種情況。
2、并聯(lián)風(fēng)管 
圖3為兩管段并聯(lián)風(fēng)管，各并聯(lián)支管段阻力系數分別為k1，k2。因為并聯(lián)后的管路支管壓降相等，總管流量為各支管流量這和，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，并聯(lián)管路阻力系數k小于支管的k1及k2的任何一個(gè)，故并聯(lián)管路性能曲線(xiàn)趨于平坦。并聯(lián)風(fēng)管性能曲線(xiàn)可按性能曲線(xiàn)方程繪制，也可按同一壓降下將k1，k2的性能曲線(xiàn)橫坐標相加作圖獲得(圖4)。由圖4看出，各支管單獨與風(fēng)機相連組成管路體系時(shí)，流量和壓降分別為Qs1，△ps1和Qs2，△ps2。并聯(lián)后各支管的流量和壓降分別為Q1，△p和Q2，△p。
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