管路中流量和壓降圖解分析
△pf =(λL/d+∑ζ)u2/ρ (1)
因為u = Q/π/4d2
所以△pf =(λL/d+∑ζ)ρ/2(4/πd2)2Q2
上式可寫成△pf =kQ 2 (2)
式(2)中k稱管路(段)阻力系數(shù)。
在工程上常見的流體流速范圍內(nèi),磨擦系數(shù)λ值變化很小,λ近似等于常數(shù)。當管路及輸送的流體一定時,L,d, ∑ζ, ρ均為定值,故k等于常數(shù),且可算出。因此,式(2)為二次拋物線方程。 因為風(fēng)管兩端均通大氣,當位差不大忽略時,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)管性能曲線或阻力曲線方程。
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(shù)分別為k1,k2。串聯(lián)管路中流量Q為常數(shù)。
因為△p1=k1Q12;△p2=k2Q22,所以
△p=△p1+△p2=( k1+ k2) Q2= k Q2 (4)
串聯(lián)管路性能曲線可由式(4)繪出:也可在Q -△p圖上將k1,k2風(fēng)管性能曲線的
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。
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)機相連時的流量和壓降。這是因為串聯(lián)后k= k1+ k2。管路的性能曲線變陡。當串聯(lián)的管段無窮多時。k= k1+ k2+……k∞=∞ , 此時串聯(lián)后的管路性能曲線與縱坐標重合,風(fēng)機性能曲線與縱坐標的交點即為工況點,管路中流量為0。當風(fēng)機出口管路閥門緊閉時,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(shù)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(shù)k小于支管的k1及k2的任何一個,故并聯(lián)管路性能曲線趨于平坦。并聯(lián)風(fēng)管性能曲線可按性能曲線方程繪制,也可按同一壓降下將k1,k2的性能曲線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,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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