何春平 林楚霞

摘 要：本文利用Visual Basic語言編寫了一款可以進(jìn)行管系水力計(jì)算的軟件，用于校核管系流量、選取管徑和泵的參數(shù)等，輔助管系設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：Visual Basic；管系水力計(jì)算；管系設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：U664.84 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Abstract： This paper describes the development of a software for piping hydraulic calculation with Visual Basic language， which will be used to assist piping design， such as to check the flow of piping system and to choose the pipe dimensions and the pump parameters，etc.

Key words： Visual Basic； Piping hydraulic calculation； Piping design

1 前言

管系生產(chǎn)設(shè)計(jì)中，有時(shí)會(huì)遇到管路中流體實(shí)際壓力、流量不能滿足設(shè)計(jì)要求的情況。此時(shí)，傳統(tǒng)的方法只能根據(jù)粘性流體力學(xué)進(jìn)行手工計(jì)算，驗(yàn)證管系設(shè)計(jì)是否存在問題。但是，船舶管路長(zhǎng)度長(zhǎng)、形狀復(fù)雜，而用于水力計(jì)算的公式繁瑣，在校核流量時(shí)還需進(jìn)行反復(fù)的迭代，導(dǎo)致手工計(jì)算過程耗時(shí)耗力、出錯(cuò)率較高。

本文針對(duì)上述問題，利用Visual Basic語言編寫了一款管系水力計(jì)算軟件。使用者只需在軟件界面選擇其所要實(shí)現(xiàn)的功能，并輸入軟件計(jì)算時(shí)需要的已知參數(shù)，即可快速計(jì)算出結(jié)果，準(zhǔn)確高效。

2 理論基礎(chǔ)

管系水力計(jì)算的核心問題是確定沿程損失系數(shù)和局部損失系數(shù)。局部損失系數(shù)可通過查表快速得出；手工計(jì)算沿程損失系數(shù)時(shí)，一般根據(jù)流體雷諾數(shù)、管徑和管壁粗糙度查詢莫迪圖得出。

3 軟件開發(fā)

3.1 軟件結(jié)構(gòu)

本軟件結(jié)構(gòu)如圖1所示。

3.2 軟件功能

根據(jù)不同的輸入?yún)?shù)和計(jì)算結(jié)果，本軟件可實(shí)現(xiàn)下列三種功能：

（1）已知特定流體在管路中的流量，計(jì)算該流體在管路中損失的壓頭。可用于確定泵的參數(shù)；

（2）管路入口壓力一定時(shí)，計(jì)算特定流體在該管路中的流量?？尚：肆髁渴欠駶M足設(shè)備要求；

（3）多支路管系流量或阻力損失計(jì)算?？捎糜趶?fù)雜管系計(jì)算。

3.2.1 阻力損失計(jì)算

計(jì)算阻力時(shí)，讀取在阻力計(jì)算界面中輸入的流量和管路參數(shù)，計(jì)算出雷諾數(shù)Re。再根據(jù)上文公式，計(jì)算沿程阻力損失系數(shù)λ；查表得局部阻力損失系數(shù)；按下式計(jì)算出管路阻力后直接輸出計(jì)算結(jié)果，即為總阻力損失。

3.2.2 流量計(jì)算

計(jì)算流量時(shí)，讀取在流量計(jì)算界面中輸入的流量初始值和管路參數(shù)，按照上述方法計(jì)算出管路阻力Rc，并與界面中輸入的阻力值Rp進(jìn)行對(duì)比。若Rc>Rp則增加流量，每次增加的流量值為輸入的步長(zhǎng)；若Rc

3.2.3 多支路管系計(jì)算

多支路管系是船舶管系最常見的系統(tǒng)，如淡水駁運(yùn)系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)、壓載水系統(tǒng)、燃油駁運(yùn)系統(tǒng)等。計(jì)算多支路管系時(shí)，先將管系簡(jiǎn)化為計(jì)算模型（如圖2中所示）。該模型主要由n路支管和n臺(tái)用水設(shè)備組成，假定每臺(tái)用水設(shè)備皆位于該支路最高點(diǎn)，則設(shè)備之后的管路阻力可忽略不計(jì)，設(shè)備出水口水壓為零。每臺(tái)用水設(shè)備都有額定流量和阻力，設(shè)備實(shí)際流量只有不小于額定流量時(shí)，設(shè)備才能正常工作。因此，軟件以各臺(tái)設(shè)備額定流量為迭代初始值進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算過程中，根據(jù)各支路交點(diǎn)處壓力相同，使用伯努利方程迭代求解各支路流量。

計(jì)算過程中，首先計(jì)算出管系末端第n臺(tái)和第n-1臺(tái)設(shè)備所在支路阻力Rn、R n-1。若Rn>Rn-1則增大第n-1臺(tái)設(shè)備流量；若Rn

然后，將這兩臺(tái)設(shè)備組成的管路作為一路支管與第n-2臺(tái)設(shè)備所在支路進(jìn)行迭代計(jì)算，其阻力分別為C1、R n-2。當(dāng)C1與R n-2誤差大于設(shè)定的閾值時(shí)，若C1>R n-2 則增大第n-2臺(tái)設(shè)備流量；若C1

依此類推，直到第1臺(tái)設(shè)備所在支管與另外n-1臺(tái)設(shè)備組成的管路迭代計(jì)算完成之后，方可求出管路的總流量和總阻力。

3.3 計(jì)算結(jié)果顯示

計(jì)算結(jié)果在軟件界面的灰色文本框中顯示。除了提供各個(gè)計(jì)算功能的目標(biāo)值，計(jì)算中間值（如流速、雷諾數(shù)、沿程損失系數(shù)等）也將在獨(dú)立的區(qū)域顯示，方便使用者選取。

4 計(jì)算實(shí)例

由于多支路管系的手工計(jì)算過于冗長(zhǎng)，限于篇幅，下面以簡(jiǎn)單管路為例驗(yàn)證軟件計(jì)算的正確性。

一條鍍鋅管路，已知管長(zhǎng)l=120 m、管徑d=0.2 m，管路有10個(gè)90o的彎頭，彎頭彎曲半徑R=0.22 m，管路入口泵的水頭為6.5 m、出口水頭為2 m，出口與入口高差1.5 m。計(jì)算該管路中水的流量。

查表得鍍鋅管管壁絕對(duì)摩擦度為ε=0.39 mm，水的運(yùn)動(dòng)粘度ν=1×10-6 m/s，d/R=1.1的90o的彎頭局部損失系數(shù)ζ=0.355。

由于總阻力損失計(jì)算值，因此管路中流量需加大。試取Q=170 m3/h，繼續(xù)上述步驟的計(jì)算過程，直到計(jì)算值與實(shí)際值差值在可接受的范圍內(nèi)。

經(jīng)過3次迭代之后，當(dāng)Q=190 m3/h、h1=2.92 m時(shí)， h1h =0.97，誤差在允許的范圍內(nèi)，此值即為所求的流量。

5 結(jié)論

本文利用Visual Basic語言編寫的管系水力計(jì)算軟件，實(shí)現(xiàn)了參數(shù)化計(jì)算船舶管系阻力和流量等功能，減少了手工計(jì)算量，計(jì)算快捷準(zhǔn)確；對(duì)復(fù)雜的船舶管系進(jìn)行簡(jiǎn)化建模，可進(jìn)行多支路管系的流體力學(xué)計(jì)算，計(jì)算結(jié)果可用于泵的選型或管系校核。