有壓管道中的恒定流

1、前進(jìn)有壓管中的恒定流有壓管中的恒定流有壓管道有壓管道無壓管道無壓管道有壓流有壓流無壓流無壓流簡單管道簡單管道復(fù)雜管道復(fù)雜管道長管長管短管短管自由出流自由出流淹沒出流淹沒出流簡單管道簡單管道串聯(lián)管道串聯(lián)管道并聯(lián)管道并聯(lián)管道水頭損失以沿程水頭損失為主，局部水頭損失和流速水頭在總損失中所占比重很小，計(jì)算時可以忽略的管道局部損失及流速水頭在總損失中占有相當(dāng)?shù)谋戎兀?jì)算時不能忽略的管道前進(jìn)主要內(nèi)容：主要內(nèi)容：簡單管道水力計(jì)算的基本公式簡單管道水力計(jì)算的基本公式簡單管道水力計(jì)算的基本類型簡單管道水力計(jì)算的基本類型簡單管道水力計(jì)算特例簡單管道水力計(jì)算特例虹吸管及水泵虹吸管及水泵串聯(lián)管道的水力計(jì)算串聯(lián)管道的水

2、力計(jì)算并聯(lián)管道的水力計(jì)算并聯(lián)管道的水力計(jì)算結(jié)束簡單管道水力計(jì)算的基本公式簡單管道水力計(jì)算的基本公式自由出流自由出流1122HOO淹沒出流淹沒出流2211ZOO按短管計(jì)算時：按短管計(jì)算時：2cQAgH2cQAgZ其中其中11cld1cld按長管計(jì)算時：按長管計(jì)算時：22fl VHhdg或或222fQHhLA C R22fQHhLK若令若令KAC R則則返回 即管路中任意斷面即管路中任意斷面i i處的測壓管水頭等于總處的測壓管水頭等于總水頭水頭H H0 0減去該斷面以前的沿程水頭損失與局部減去該斷面以前的沿程水頭損失與局部水頭損失，再減去該斷面的流速水頭。把各斷水頭損失，再減去該斷面的流速水頭。把

3、各斷面的測壓管水頭連接起來，就得到整個管路的面的測壓管水頭連接起來，就得到整個管路的測壓管水頭線。測壓管水頭線。（1 1）根據(jù)能量方程，管路中任意斷面處）根據(jù)能量方程，管路中任意斷面處的測壓管水頭為的測壓管水頭為：測壓管水頭線的定性分析測壓管水頭線的定性分析（2 2）測壓管水頭線和總水頭線的繪制步驟：）測壓管水頭線和總水頭線的繪制步驟：a.a.根據(jù)各管的流量根據(jù)各管的流量 ，計(jì)算相應(yīng)的流速，計(jì)算相應(yīng)的流速 ，沿程水頭損失沿程水頭損失 和局部水頭損失和局部水頭損失b.b.自管道進(jìn)口到出口，計(jì)算每一管段兩端的自管道進(jìn)口到出口，計(jì)算每一管段兩端的總水頭值，并繪出總水頭線?？偹^值，并繪出總水頭線。c

4、.c.自總水頭線鉛直向下量取管道各個斷面的自總水頭線鉛直向下量取管道各個斷面的流速水頭值，即得測壓管水頭線。流速水頭值，即得測壓管水頭線。（3 3）繪制總水頭線和測壓管水頭線的原則）繪制總水頭線和測壓管水頭線的原則a.繪制總水頭線和測壓管水頭線時，繪制總水頭線和測壓管水頭線時， 沿管長沿管長均勻分布；均勻分布； 發(fā)生在局部的管段上，則在該斷發(fā)生在局部的管段上，則在該斷面上有兩個總水頭，一個是局部損失前的，一面上有兩個總水頭，一個是局部損失前的，一個是局部損失后的。個是局部損失后的。 b.在繪制總水頭線時，應(yīng)注意進(jìn)口的邊界條件在繪制總水頭線時，應(yīng)注意進(jìn)口的邊界條件圖圖5-3 管道的進(jìn)口邊界管道的

5、進(jìn)口邊界3）在等直徑管段中，測壓管水頭線與總水頭線）在等直徑管段中，測壓管水頭線與總水頭線是平行的。是平行的。4）在繪制總水頭線時，應(yīng)注意出口的邊界條件在繪制總水頭線時，應(yīng)注意出口的邊界條件圖圖5-4 管道出口的邊界管道出口的邊界OHV001122Vgpg前進(jìn)V00202Vg22Vg前進(jìn)2211V00V下022Vg前進(jìn)2211V00V下022Vg返回1.1.輸水能力輸水能力計(jì)算計(jì)算 當(dāng)管道布置、斷面尺寸及作用水頭已知時，當(dāng)管道布置、斷面尺寸及作用水頭已知時，要求確定管道通過得流量。對于短管和長管都可要求確定管道通過得流量。對于短管和長管都可以用公式以用公式直接求解直接求解。 簡單管道水力計(jì)算的

6、基本類型簡單管道水力計(jì)算的基本類型2.2.已知管道尺寸和輸水流量已知管道尺寸和輸水流量Q Q ，求保證輸水流量，求保證輸水流量的的作用水頭作用水頭H H。 實(shí)際是已知通過流量實(shí)際是已知通過流量Q Q 時，求管道的水頭損時，求管道的水頭損失，可以直接計(jì)算，但對于長管需要先計(jì)算管內(nèi)失，可以直接計(jì)算，但對于長管需要先計(jì)算管內(nèi)流速，以判別是否要進(jìn)行修正。流速，以判別是否要進(jìn)行修正。對于短管對于短管 對于長管對于長管 按求得的流量模數(shù)，即可按求得的流量模數(shù)，即可試算試算確定所需的管道直徑。確定所需的管道直徑。上式中上式中 與管徑與管徑 有關(guān)，所以需要試算。有關(guān)，所以需要試算。3.3.已知管線布置和輸水流

7、量，求輸水管徑已知管線布置和輸水流量，求輸水管徑d d 。 這是工程中常見的實(shí)際問題。通常是這是工程中常見的實(shí)際問題。通常是從從技術(shù)技術(shù)和和經(jīng)濟(jì)經(jīng)濟(jì)兩方面綜合考慮，確定滿足兩方面綜合考慮，確定滿足技術(shù)要求的技術(shù)要求的經(jīng)濟(jì)流速經(jīng)濟(jì)流速。有了經(jīng)濟(jì)流速就可。有了經(jīng)濟(jì)流速就可以求出管徑，這樣求水頭以求出管徑，這樣求水頭H H即轉(zhuǎn)化為第二即轉(zhuǎn)化為第二類問題。類問題。5.5.對于一個已知管道尺寸、水頭和流量的對于一個已知管道尺寸、水頭和流量的管道，要求確定管道各斷面壓強(qiáng)的大小。管道，要求確定管道各斷面壓強(qiáng)的大小。4.4.已知流量和管長，求管徑已知流量和管長，求管徑d d和水頭和水頭H H；測壓管水頭線測壓

8、管水頭線例題例題 一橫穿河道的鋼筋混凝土倒虹吸管，如圖所一橫穿河道的鋼筋混凝土倒虹吸管，如圖所示。已知通過流量示。已知通過流量Q為為3m3/s，倒虹吸管上下游渠中，倒虹吸管上下游渠中水位差水位差z為為3m，倒虹吸管長，倒虹吸管長l為為50m，其中經(jīng)過兩個，其中經(jīng)過兩個300的折角轉(zhuǎn)彎，其局部水頭損失系數(shù)的折角轉(zhuǎn)彎，其局部水頭損失系數(shù)b為為0.20；進(jìn)；進(jìn)口局部水頭損失系數(shù)口局部水頭損失系數(shù)e為為0.5，出口局部水頭損失系，出口局部水頭損失系數(shù)數(shù)0為為1.0，上下游渠中流速，上下游渠中流速v1 及及v2為為1.5m/s，管壁，管壁粗糙系數(shù)粗糙系數(shù)n0.014。試確定倒虹吸管直徑。試確定倒虹吸管直

9、徑d。 gzQdc24dlc1 因?yàn)檠爻套枇ο禂?shù)因?yàn)檠爻套枇ο禂?shù)或謝才系數(shù)或謝才系數(shù)C C都是都是d d的復(fù)的復(fù)雜函數(shù)，因此需用試算法。雜函數(shù)，因此需用試算法。解：倒虹吸管一般作短管計(jì)算。本題管道出口淹沒在解：倒虹吸管一般作短管計(jì)算。本題管道出口淹沒在水下；而且上下游渠道中流速相同，流速水頭消去。水下；而且上下游渠道中流速相同，流速水頭消去。gzdgzAQcc2422,/62.54)48 . 0(014. 011216161smRnC0263. 062.548 . 98822Cg0121500.02630.52 0.2 10.8cebld 先假設(shè)先假設(shè)d d0.8m0.8m，計(jì)算沿程阻力系數(shù)：

10、，計(jì)算沿程阻力系數(shù)：10.5313.54cmd97. 038 . 9214. 3531. 034與假設(shè)不符與假設(shè)不符故再假設(shè)故再假設(shè)d=0.95md=0.95m，重新計(jì)算，重新計(jì)算smC/21.56)495. 0(014. 0121610248. 021.568 . 9820.558cmd945. 038 . 9214. 3558. 034則采用管徑則采用管徑d d為為0.950.95米米簡單管道水力計(jì)算特例簡單管道水力計(jì)算特例虹吸管及水泵虹吸管及水泵ZZs 虹吸管是一種壓力管，頂部彎曲虹吸管是一種壓力管，頂部彎曲且其高程高于上游供水水面。其頂部且其高程高于上游供水水面。其頂部的真空值一般不大

11、于的真空值一般不大于78m水柱高。水柱高。虹吸管虹吸管安裝高度安裝高度Zs越大，頂部真空值越大，頂部真空值越大。越大。 虹吸管的優(yōu)點(diǎn)在于能跨越高地，虹吸管的優(yōu)點(diǎn)在于能跨越高地，減少挖方。減少挖方。 虹吸管長度一般不長，故按短管虹吸管長度一般不長，故按短管計(jì)算。計(jì)算。1122 通過水泵轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動的作用，通過水泵轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動的作用，在水泵進(jìn)口端形成真空，使水在水泵進(jìn)口端形成真空，使水流在池面大氣壓作用下沿吸水流在池面大氣壓作用下沿吸水管上升，流經(jīng)水泵時從水泵獲管上升，流經(jīng)水泵時從水泵獲得新的能量，從而輸入壓力管，得新的能量，從而輸入壓力管，再流入水塔。再流入水塔。安裝高度安裝高度提水高度提水高度安裝高度

12、安裝高度ZZs吸水管吸水管壓水管壓水管水泵向單位重量液體所提供的機(jī)械能，稱為水泵的揚(yáng)程twwHZhh吸水管壓水管返回簡單管道水力計(jì)算應(yīng)用舉例簡單管道水力計(jì)算應(yīng)用舉例 虹吸管是一種虹吸管是一種壓力輸水管道壓力輸水管道，（如圖），（如圖）頂頂部彎曲部彎曲且其且其高程高于高程高于上游供水水面。若在虹吸上游供水水面。若在虹吸管內(nèi)造成管內(nèi)造成真空真空，使作用在上游水面的大氣壓強(qiáng)，使作用在上游水面的大氣壓強(qiáng)和虹吸管內(nèi)壓強(qiáng)之間產(chǎn)生壓差，水流即能超過和虹吸管內(nèi)壓強(qiáng)之間產(chǎn)生壓差，水流即能超過虹吸管最高處流向低處。虹吸管頂部的真空理虹吸管最高處流向低處。虹吸管頂部的真空理論上不能大于最大真空值，即論上不能大于最大

13、真空值，即1010米高水柱。實(shí)米高水柱。實(shí)際上當(dāng)虹吸管內(nèi)壓強(qiáng)接近該溫度下的汽化壓強(qiáng)際上當(dāng)虹吸管內(nèi)壓強(qiáng)接近該溫度下的汽化壓強(qiáng)時，液體將產(chǎn)生汽化，破壞水流的連續(xù)性。時，液體將產(chǎn)生汽化，破壞水流的連續(xù)性。1.1.虹吸管的水力計(jì)算虹吸管的水力計(jì)算 故一般不使虹吸管中的真空值大于故一般不使虹吸管中的真空值大于7 78 8米。米。虹吸管的長度一般不大，故應(yīng)按短管計(jì)算。虹吸管的長度一般不大，故應(yīng)按短管計(jì)算。 圖圖5-5虹吸管的工作原理虹吸管的工作原理求：（求：（1）通過虹吸管）通過虹吸管的流量。的流量。 （2）當(dāng)虹吸管內(nèi)最大）當(dāng)虹吸管內(nèi)最大允許真空值允許真空值hv =7.0m時，時，虹吸管的最大安裝高虹吸管

14、的最大安裝高度。度。 圖圖5-6l2h sl3l16060z河道渠道例題例題1 圖示用直徑圖示用直徑d = 0.4m的鋼筋混凝土虹吸管從河道的鋼筋混凝土虹吸管從河道向灌溉渠道引水，河道水位為向灌溉渠道引水，河道水位為120m，灌溉渠道水位，灌溉渠道水位118m，虹吸管各段長度為，虹吸管各段長度為l1 = 10m，l2 =5m， l3 =12m，虹吸管進(jìn)口安裝無底閥的濾網(wǎng)（虹吸管進(jìn)口安裝無底閥的濾網(wǎng)（= 2.5）,管道有兩個管道有兩個60o的折角彎管（的折角彎管（=0.55）。）。033. 066.484 .78822Cg383.00 .155.025 .24 .027033.011dLc232

15、0.3830.7850.429.820.30cQAgzmssmRnC21616166.4844 . 0014. 011解：（解：（1）計(jì)算通過虹吸管的流量）計(jì)算通過虹吸管的流量 （2 2）計(jì)算虹吸管的最大安裝高度）計(jì)算虹吸管的最大安裝高度列河道水面和虹吸管下游轉(zhuǎn)彎前過水?dāng)嗝娴牧泻拥浪婧秃缥芟掠无D(zhuǎn)彎前過水?dāng)嗝娴哪芰糠匠棠芰糠匠蘷shgph20002220.302.390.785 0.4Qm sA所以所以210 52.397.9 (1 0.0332.5 0.55)0.419.65.46shm（1 1）吸水管的水力計(jì)算。吸水管的）吸水管的水力計(jì)算。吸水管的計(jì)算在于確定吸水管的管徑及水泵計(jì)算在于確

16、定吸水管的管徑及水泵的最大允許安裝高程。的最大允許安裝高程。（2 2）壓力水管的水力計(jì)算。壓力水）壓力水管的水力計(jì)算。壓力水管的計(jì)算在于決定必需的管徑及水管的計(jì)算在于決定必需的管徑及水泵的裝機(jī)容量泵的裝機(jī)容量2.2.水泵裝置的水力計(jì)算水泵裝置的水力計(jì)算 例題例題2 流量流量Q，吸水管長吸水管長l1，壓水管長，壓水管長l2，管徑，管徑d，提水高度提水高度z ，各局部水頭損失系數(shù)，沿程水頭損，各局部水頭損失系數(shù)，沿程水頭損失失系數(shù)要求水泵最大真空度不超過要求水泵最大真空度不超過6m，確定確定水泵水泵允許安裝高度，計(jì)算水泵的揚(yáng)程。允許安裝高度，計(jì)算水泵的揚(yáng)程。23145zz2112233圖圖 5-7 水泵揚(yáng)程水泵揚(yáng)程 = = 提水高度提水高度 + + 全部水頭損失全部水頭損失串聯(lián)管道的水力計(jì)算串聯(lián)管道的水力計(jì)算各管段的聯(lián)接點(diǎn)水流符合連續(xù)性方程：各管段的聯(lián)接點(diǎn)水流符合連續(xù)性方程：0iQ 水流滿足能量方程