一种柔性软管的流动压力损失计算方法

技术特征：
1.一种柔性软管的流动压力损失计算方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)基于材料力学确定软管管壁拉应力与内压的关系；(2)基于列宾宗水头损失理论、迭代计算方法与材料、流体耦合关系，并结合步骤(1)确定考虑软管发生变形下的沿程压力损失；(3)基于软管变形特点并结合步骤(2)确定软管发生变形下的局部压力损失；(4)基于流体动量定理并结合步骤(2)预测投入使用时的软管最低点位置，避免软管发生碰触；(5)在避免软管发生碰触的基础上，结合步骤(2)和步骤(3)计算软管总压力损失。2.如权利要求1所述的一种柔性软管的流动压力损失计算方法，其特征在于，步骤(1)中确定的拉应力与内压关系由以下公式联立确定：中确定的拉应力与内压关系由以下公式联立确定：2π(r
i
dr
i
)＝(s
i
ds
i
)式中：i表示第i个微元环，表示沿微元环周长方向的应变，s表示微元环的周长，表示沿微元环周长方向的应力，e为软管弹性模量，ds
i
为沿微元环周长方向的变形，s
i
为第i个微元环的周长，p
i
为微元环所受压力，θ为积分所用角度参数，r
i
为第i个微元环半径，dl为所取微元环的轴向长度，表示软管总长度，δ表示软管管壁厚度，dr
i
表示微元环沿径向的变形大小；公式联立后确定的dr
i
与p
i
的关系如下：3.如权利要求1所述的一种柔性软管的流动压力损失计算方法，其特征在于，步骤(2)中基于列宾宗水头损失理论、迭代计算方法与材料、流体耦合关系，确定考虑软管发生变形下的沿程压力损失具体包括：(21)确定适用于第i各微元环的列宾宗水头损失理论如下：δp
ia
＝ρgh
ia
式中：i表示第i个微元环，h
ia
表示沿程水头损失，δp
ia
表示沿程压力损失，q为速度流量，υ为流体运动粘度，d
i
为微元环直径；β、m为列宾宗参数，由如下方法确定：
d
i
＝d
i-1-2dr
i
式中表示微元环沿径向的变形大小；(22)结合d
i
、β、m公式得到修正后的列宾宗水头损失理论为：其中，δl
i
为所取微元环的轴向长度dl的迭代参数；式中，n为预设的迭代步数。4.如权利要求1所述的一种柔性软管的流动压力损失计算方法，其特征在于，步骤(3)中基于软管变形特点确定软管发生变形下的局部压力损失具体包括：(31)确定在流体作用下的软管最低点的管间夹角α为：其中，h
max
为软管最低点与软管端部的垂直距离；(32)由流体力学有压管流转角的局部压力损失计算公式可知：δp
y
＝ρgh
y
式中，δp
y
为管道内局部压力损失，h
y
为局部水头损失，为局部损失系数，v为流体在发生转角前的速度，g为重力加速度。5.如权利要求1所述的一种柔性软管的流动压力损失计算方法，其特征在于，步骤(4)基于流体动量定理预测投入使用时的软管最低点位置具体包括：(41)采用以下公式求解l1，l2，θ，η：l＝l1 l2l1sinθ l2sinη＝bθ η＝αl1cosθ＝l2cosη式中：l1表示最低点左侧软管长度，l2表示最低点右侧软管长度，θ表示最低点左侧软管与竖直方向的夹角，η表示最低点右侧软管与竖直方向的夹角，b表示软管两端的水平距离；(42)建立坐标系，通过流体力学动量定理确定管道所受冲击力如下：ρq(v
2x-v
1x
)＝f
x
[p1a
1-p2a2·
cos(π-α)]其中：v
2x
＝v2cosθv
1x
＝v1式中：ρ为流体密度，v1为入口速度，v2为出口速度，v
1x
为v1在x方向的投影大小，v
2x
为v2在x方向的投影大小，f
x
为管道在x方向所受外力，p1为流体入口端压强，a1为流体入口端截面面积，p2为流体出口端压强，a2为流体出口端截面面积；(43)由步骤(42)的公式判断不同位置处软管所受冲击力的大小，计算冲击力的极值，并根据冲击力的极值确定选用软管的抗冲击力强度，确保软管在安全、无损的前提下工作；利用以下公式计算在冲击力的极值的作用下，软管最低点距固定点的垂直距离：(dl2 l2)
·
cosη＝h
av
式中：h
av
表示在冲击力的极值的作用下，软管最低点距固定点的垂直距离。6.如权利要求1所述的一种柔性软管的流动压力损失计算方法，其特征在于，步骤(5)中采用以下公式计算软管总压力损失：式中，δp
all
为软管两端之间的压差，即软管在流体流动下的总压力损失。

技术总结
本发明公开了一种柔性软管的流动压力损失计算方法，包括以下步骤：(1)基于材料力学确定软管管壁拉应力与内压的关系；(2)基于列宾宗水头损失理论、迭代计算方法与材料、流体耦合关系，确定考虑软管发生变形下的沿程压力损失；(3)基于软管变形特点确定软管发生变形下的局部压力损失；(4)基于流体动量定理预测投入使用时的软管最低点位置，避免软管发生碰触；(5)计算软管总压力损失，本发明具有预测结果精确且全面的优点。果精确且全面的优点。果精确且全面的优点。


技术研发人员：王勇 古傲林 刘伟鑫 王姗姗 黄帆 高亮 田浩宇
受保护的技术使用者：中国矿业大学
技术研发日：2022.08.22
技术公布日：2022/11/8