显式Colebrook-White摩阻系数方程

Colebrook-White方程为计算流体摩阻系数f的隐式方程,使用迭代算法计算耗时长,不方便。为了解决这一问题,采用多个数学软件求解。在使用MATLAB、Mathematica、Maple等数学软件直接求解Colebrook-White方程时,方程的一部分被表示为LambertW函数、Wright Omega函数或ProductLog函数的形式,得到的结果无法直接应用于工程计算,实际应用意义不大。为此,研究数值算法,提出新的迭代方程,推导出了新的适用于所有雷诺数的显式Colebrook-White方程。应用该方程对多个已有的显式Colebrook-White方程进行计算精度和计算时间的对比分析,新方程具有计算时间短、精度高、计算简便的优点。

给排水常用标准中水头损失计算公式比较分析

通过采用不动点迭代法解柯尔勃洛克-怀特公式,对现行给排水常用标准规定的三种水损计算公式进行分析比较后发现:在旧钢管的计算中,海澄-威廉系数在不同的流速范围内采用海澄-威廉系数修正公式修正后,可减小与柯尔勃洛克-怀特公式计算结果的误差。然而,当采用除旧钢管以外的管材进行类似的修正时,误差反而更大。此外,现行常用标准存在海澄-威廉系数和当量粗糙度取值不一致的问题,也是造成海澄-威廉公式和柯尔勃洛克·怀特公式的计算结果存在较大误差的原因之一。

管输水力摩阻不分区计算与实验研究

长输管道输送一般处于紊流区,紊流区的水力摩阻计算一直采用分区计算的方法,涉及到的公式较多,使用起来不方便,并且分区附近存在数值跃变;由于混合摩擦区的计算通常采用近似公式,误差增加,最大甚至可达百分之十几.科尔布鲁克公式被公认为是计算混合摩擦区摩阻因数的准确公式,也可近似地用于水力光滑区和完全粗糙区的计算.文中给出了基于科尔布鲁克公式的水力摩阻计算公式,用该公式统一紊流区水力摩阻计算,并对不同油品在同一管道中流动的水力摩阻损失进行了实验研究,用实验数据分析了水力摩阻计算公式的误差.研究表明,紊流区的水力摩阻计算可不分区,均采用科尔布鲁克公式,以利于工程计算,同时可提高混合摩擦区的计算精度.

大型倒虹吸工程水头损失及水力计算

针对三个泉倒虹吸实际过流能力富余、小洼槽倒虹吸实际过流能力不足的问题,基于工程特点及水力设计习惯,借鉴当量糙度的取值方法,分析了不同流量下三个泉与小洼槽倒虹吸的沿程水头损失,并与实测值对比。结果表明:对于三个泉倒虹吸的PCCP管和钢管,用柯尔布鲁克公式计算所得的水头损失与实测值更接近,明显小于水力设计时采用谢才公式所得值;对于小洼槽倒虹吸的玻璃钢管,用柯尔布鲁克公式计算所得的水头损失与实测值也更接近,但明显大于水力设计时采用谢才公式所得值。在此基础上,利用计算获得的沿程水头损失反算得出糙率n值和当量糙度Δ值,发现实际过流能力出现偏差的主要原因是水力设计时采用的谢才公式不适用于大口径倒虹吸管道内的流态。

摩阻系数方程对比研究

重点介绍了GERG（Groupe Europrende Recherches Gazieres）公司提出的GERG摩阻系数方程，将该摩阻系数方程与Weymouth方程、Zegarola方程、经典的Colebrook—White摩阻系数方程应用实际运行数据计算，经过对比分析得出：Weymouth方程适用于管壁粗糙度k为20～30μm的管道；Zegarola方程适用于从光滑管道粗糙管流态剧烈变化的摩阻系数计算；在进行当量粗糙度反算时，建议使用Colebrook—White方程，避免出现不合理的数值；当GERG摩阻系数方程中的可调节参数n=l时与Colebrook—White摩阻系数方程计算结果接近；当GERG摩阻系数方程中的可调节参数n≥9时，摩阻系数计算结果趋于稳定；n值反映了流态的变化，其数值的设定与反映流态的雷诺数一致时结果准确。

Excel在管路阻力计算中的应用

介绍了采用Excel工作表简单迭代求解柯尔布鲁克公式的计算过程 ,在计算方法的选择上 ,采用埃特金算法比直接求解法可以更有效地加快迭代计算收敛速度。结果表明 ,用快速收敛求法代替莫狄摩擦因数图求取摩擦因数 ,避免了读图误差 ,结果准确 ,计算方便、快捷。

流体在工业管道中流动沿程阻力计算的研究

分析了目前工业管道设计中存在沿程阻力计算不够准确这一现象的原因及由此产生的后果。对于流体力学中计算工业管道内流动沿程阻力系数的柯列勃洛克公式,给出了一种适用于计算机编程的迭代求解方法,并具体运用于空调工程水系统管道比摩阻的计算。

紊流阻力系数的柯列勃洛克公式迭代计算的收敛区间研究

计算工业管道紊流阻力系数的柯列勃洛克公式是以隐函数形式给出的,不能由此公式直接计算出阻力系数。目前这个公式的使用方法是采用图解法,但是图解法精度差而且不能用计算机进行计算。完全可以使用计算机对柯氏公式进行迭代求解,但首先必须解决迭代计算的收敛区间问题,这个问题目前尚无明确的结论。为解决此问题,研究了对柯氏公式进行迭代计算的收敛性,得出了收敛区间,并通过算例验证了所得结论的正确性。此项研究结果为用计算机进行紊流阻力系数的计算提供了可靠的理论依据。

虹吸式屋面雨水排水系统设计软件

以科列勃洛克公式和伯努利方程为基础,采用Visual Basic语言设计虹吸式屋面雨水排放系统的水力计算软件,实现了设计及校核计算的自动化,并给出该软件的一个工程算例.

管道湍流摩擦阻力研究成就与启示

对管道流动阻力的准确预测是包括水利工程在内诸多工业过程设计和运行控制中基本但关键的要求之一。文中以管道湍流摩擦因子为主要对象,详尽梳理了雷诺相似准则与勃拉修斯公式、普朗特混合长度假设与普朗特-冯·卡门-尼古拉斯公式以及科尔布鲁克公式的发现历程,强调了物理思想创新的引领和指导作用。文中特别就科尔布鲁克公式自身的经验本质展开了讨论,以便正确使用和诠释其预测结果。此外,我们简要介绍了在该领域中国的贡献,从外国人在华的工作、华人在国外的工作到中国人在国内的工作,某种意义上反映了现代科学在国内的传播和发展历程,昭示着中国科学的光明前景。

湍流区摩擦系数计算公式准确性分析与评价

Colebrook-White公式是公认的准确性最好的流体摩擦系数计算公式,然而它是关于摩擦系数的隐式公式,在进行复杂管道(网)模拟计算时耗时过多。关于湍流区摩擦系数的显式化近似公式准确度、复杂度参差不齐,只能应用于特定条件,应用限制性强。在对这些公式的准确性进行综合评价的基础上,提出了湍流区摩擦系数新显式化近似公式(新公式)。选取3 381组数据测试对比,在管道的相对粗糙度取值1×10^(-6)~7×10^(-2),雷诺数取值4×10^(3)~1×10^(8)时,新公式的最大误差仅为0.031%,均方根误差仅为0.013%。新公式形式简单,精度高,优于同类型公式,可替代Colebrook-White隐式公式作为管道工程水利模拟计算与能耗分析的标准公式。

熔炼循环回水的水力分析与优化

以西北某冶炼厂新建主厂房为例,针对熔炼主厂房循环回水在设计、运行过程中容易出现的问题,结合实际案例,用计算分析的方法,分别从工艺配置和管道布置两个方面提出了优化方案。分析认为:增加上下游高差,或者更换阻力更小的喷头可有效防止循环回水上游集水箱溢水问题。当主厂房集水箱和循环水站之间有足够的高差时,经由水力计算校验通过,可让循环回水自流进入冷却塔,可显著降低项目投资及运行维护费用。