第六章有壓管流34

1、第三節(jié)第三節(jié) 短管水力計算短管水力計算一、有壓管流一、有壓管流有壓管道有壓管道（按水頭（按水頭損失比重?fù)p失比重不同）不同）長管：指管道中以長管：指管道中以沿程水頭損失為主沿程水頭損失為主，局部水頭損失和，局部水頭損失和流速水頭所占比重小于（流速水頭所占比重小于（5%10%）的沿程水頭損失，）的沿程水頭損失，可予以忽略的管道?？捎枰院雎缘墓艿?。短管：局部水頭損失和流速水頭不能忽略短管：局部水頭損失和流速水頭不能忽略,需要同時需要同時計算計算 的管道。的管道。gmfhh22,有壓管道有壓管道（按照管路（按照管路布置不同）布置不同）簡單管路簡單管路復(fù)雜管路復(fù)雜管路串聯(lián)管道串聯(lián)管道并聯(lián)管道并聯(lián)管道管管

2、 網(wǎng)網(wǎng)枝狀管網(wǎng)枝狀管網(wǎng)環(huán)狀管網(wǎng)環(huán)狀管網(wǎng)二、短管概述二、短管概述1 1、定義、定義 沿程損失和局部損失都占相當(dāng)比重沿程損失和局部損失都占相當(dāng)比重，兩者都不可忽，兩者都不可忽略的管道。略的管道。2 2、應(yīng)用、應(yīng)用：水泵吸水管、虹吸管、鐵路涵管、送風(fēng)管等：水泵吸水管、虹吸管、鐵路涵管、送風(fēng)管等3 3、基本公式、基本公式：取取1-11-1、2-22-2斷面，列伯諾里方程斷面，列伯諾里方程20 0 0 02lHhg 2()2lfmlhhhdgv0v1-1AH2-20-0總水頭線總水頭線測壓管水頭線測壓管水頭線2242)(8QSQgddlHHSH管路阻抗，管路阻抗，s2/m5短管自由出流短管自由出流的基本

3、公式的基本公式 gHdlv21gHAvAQc2dlc1流量流量系數(shù)系數(shù)短管淹沒出流短管淹沒出流基本公式基本公式 gHdlv21gHAvAQc2dlc1流量流量系數(shù)系數(shù)二者作用水頭二者作用水頭不同不同三、短管水力計算問題三、短管水力計算問題v校核計算：已知校核計算：已知H , l, d, 管材管材, 局部阻礙，求局部阻礙，求Qv選泵計算：已知選泵計算：已知Q, l, d, 管材管材, 局部阻礙，求局部阻礙，求Hv設(shè)計計算：已知設(shè)計計算：已知Q, H, l, 管材管材, 局部阻礙，求局部阻礙，求d1、虹吸管水力計算、虹吸管水力計算v定義：定義：管道軸線的一部分高出無壓的上游供水水面，這管道軸線的一

4、部分高出無壓的上游供水水面，這樣的管道稱為虹吸管樣的管道稱為虹吸管v形成條件形成條件 一水池高于另一水池一水池高于另一水池 虹吸管中充滿水虹吸管中充滿水 有部分管道高于上游的供水自由液面有部分管道高于上游的供水自由液面v優(yōu)點：優(yōu)點：利用虹吸管輸水可跨越高地，減少挖方，便于自利用虹吸管輸水可跨越高地，減少挖方，便于自動操作，在農(nóng)田水利和市政工程中廣為應(yīng)用。動操作，在農(nóng)田水利和市政工程中廣為應(yīng)用。 例例6-16-1：上下游水池水位差上下游水池水位差H H=2m=2m，虹吸管長，虹吸管長l lA AC C=15m=15m，l lCBCB=20m=20m，d d =200mm=200mm。入口。入口A

5、 A= =1 1，出口，出口B B= =1,1,各彎頭各彎頭b b均為均為0.20.2，=0.025=0.025，管頂最大允許真空高度，管頂最大允許真空高度h hv v=7m=7m。試求。試求 Q Q 及管道最大的允許超高及管道最大的允許超高h(yuǎn) hs s解：列解：列1-11-1、2-22-2斷面伯諾里方程斷面伯諾里方程2()2lfmlhhhdgH1-12-2hsACBlhH00000gdlHBbAAB2)3(2由由伯諾里方程整理后得管內(nèi)流速伯諾里方程整理后得管內(nèi)流速30.074m /sQA 37. 228 . 9216 . 012 . 035025. 01231gHdlvBbAABm/sv虹吸

6、管中的氣塞現(xiàn)象虹吸管中的氣塞現(xiàn)象 虹吸管有部分高出無壓的供水水面，管內(nèi)存在真虹吸管有部分高出無壓的供水水面，管內(nèi)存在真空段。隨空段。隨 p pv v溶解在水中的空氣分離出來，在虹吸管溶解在水中的空氣分離出來，在虹吸管頂部聚集，擠縮有效過流斷面阻礙水流運動，直至造頂部聚集，擠縮有效過流斷面阻礙水流運動，直至造成斷流。成斷流。v虹吸管正常工作條件虹吸管正常工作條件 為保證虹吸管正常過流，工程上限制管內(nèi)最大真為保證虹吸管正常過流，工程上限制管內(nèi)最大真空高度不超過允許值空高度不超過允許值vv2max7 8.5mH OphgH1-12-2hsACB列列1-11-1、c-cc-c斷面伯諾里方程斷面伯諾里方

7、程最大允許超高為最大允許超高為2v()2ACsACplhgdg2102acclppZZhgggvacpppggg1ZZhcsbAAC2H1-12-2hsACB 若在若在C點開洞，空氣進(jìn)入破壞了真空狀態(tài)，因此點開洞，空氣進(jìn)入破壞了真空狀態(tài)，因此虹吸管不能漏虹吸管不能漏mhs 78. 56 .1937. 222 . 012 . 015025. 01722 2、水泵吸水管的水力計算、水泵吸水管的水力計算 離心泵吸水管水力計算，主要為確定泵的安裝高度，離心泵吸水管水力計算，主要為確定泵的安裝高度，即泵軸線在吸水池水面上的高度即泵軸線在吸水池水面上的高度H Hs sv取吸水池水面取吸水池水面1-11-1

8、和水泵進(jìn)口斷面和水泵進(jìn)口斷面2-22-2，列伯諾里方程，列伯諾里方程22002aslppHhggg22()2aspplHgdg2v()2lhdg水泵安水泵安裝高度裝高度水泵進(jìn)口斷面水泵進(jìn)口斷面真空高度真空高度v泵的安裝高度泵的安裝高度v氣蝕現(xiàn)象氣蝕現(xiàn)象 當(dāng)當(dāng)2 2斷面斷面p pabsabs低于該水溫下汽化壓強，水汽化生成大量低于該水溫下汽化壓強，水汽化生成大量氣泡，氣泡隨水流進(jìn)入泵內(nèi)，受到壓縮而突然潰滅。周圍氣泡，氣泡隨水流進(jìn)入泵內(nèi)，受到壓縮而突然潰滅。周圍的水以極大的速度向潰滅點沖擊，在該點造成高達(dá)數(shù)百大的水以極大的速度向潰滅點沖擊，在該點造成高達(dá)數(shù)百大氣壓以上的壓強。這個過程發(fā)生在水泵部件

9、的表面，就會氣壓以上的壓強。這個過程發(fā)生在水泵部件的表面，就會使部件很快損壞，在葉片表面形成麻點，結(jié)構(gòu)疏松，葉片使部件很快損壞，在葉片表面形成麻點，結(jié)構(gòu)疏松，葉片損壞。損壞。 為防止氣蝕，通常在出廠前由實驗確定允許吸水真空為防止氣蝕，通常在出廠前由實驗確定允許吸水真空高度高度h hv v，寫在銘牌上做為水泵的性能指標(biāo)之一。，寫在銘牌上做為水泵的性能指標(biāo)之一。 2v()2slHhdg例例6-26-2 離心泵抽水量離心泵抽水量 Q=8.11 Q=8.11 l / /s s，吸水管長度，吸水管長度l =7.5m =7.5m，直徑直徑d=100mmd=100mm。沿程阻力系數(shù)。沿程阻力系數(shù)=0.045

10、=0.045。有濾網(wǎng)的底閥。有濾網(wǎng)的底閥=7.0=7.0，直角彎管，直角彎管b b=0.3=0.3。允許吸水真空高度。允許吸水真空高度 h hv v=5.7m=5.7m。確定水泵的最大安裝高度確定水泵的最大安裝高度H Hs sv局部阻力系數(shù)總和 =70.3=7.3 v管中流速 v =4Q/d2=1.03m/sv允許吸水真空高度hv=5.7m代入代入2v()2slHhdg解：解：27.51.035.7(10.0457.3)5.07m0.119.6sH 3、短管直徑計算、短管直徑計算v管道直徑的計算，最后化簡為解算高次代數(shù)方程，難管道直徑的計算，最后化簡為解算高次代數(shù)方程，難以由公式直接求解，一般

11、可采用試算法，更適于編程以由公式直接求解，一般可采用試算法，更適于編程電算，見電算，見129129頁【例頁【例6-36-3】 。 v有壓涵管就可看作短管，如渠道從路基下穿過等有壓涵管就可看作短管，如渠道從路基下穿過等第四節(jié)第四節(jié) 長管水力計算長管水力計算一、概述一、概述v實質(zhì)：實質(zhì)：管道的簡化模型管道的簡化模型v定義：定義：水頭損失水頭損失以沿程損失為主以沿程損失為主，局部損失和流速水，局部損失和流速水頭的總和同沿程損失相比很小，按沿程損失的某一百分頭的總和同沿程損失相比很小，按沿程損失的某一百分?jǐn)?shù)估算、或忽略不計，仍能滿足工程要求的管道，如數(shù)估算、或忽略不計，仍能滿足工程要求的管道，如城城市

12、室外給水管道市室外給水管道 v特點特點: : 水力計算大為簡化，將有壓管道分為短管和長管的水力計算大為簡化，將有壓管道分為短管和長管的目的就在于此目的就在于此202lfmhhhg二、簡單管道二、簡單管道 沿程直徑不變，流量也不變的管道稱為簡單管道。沿程直徑不變，流量也不變的管道稱為簡單管道。簡單管道是一切復(fù)雜管道水力計算的基礎(chǔ)。簡單管道是一切復(fù)雜管道水力計算的基礎(chǔ)。1 1、計算方法：、計算方法：列伯諾里方程列伯諾里方程22200002fmHhhg flhhH 長管的全部作用水頭都消耗于沿程水頭損失，總長管的全部作用水頭都消耗于沿程水頭損失，總水頭線水頭線H H是連續(xù)下降的直線，并與測壓管水頭線

13、重合是連續(xù)下降的直線，并與測壓管水頭線重合1-12-2HH( Hp)2222mfhhg 因長管因長管 可以忽略不計，則可以忽略不計，則2、簡單管道的比阻計算方法、簡單管道的比阻計算方法 簡單管道的比阻計算公式簡單管道的比阻計算公式22flhdg258agd令2alQhHf2258fhlQgd24 /Qd比阻比阻a 取決于取決于、dv由舍維列夫舊鋼管及舊鑄鐵管公式由舍維列夫舊鋼管及舊鑄鐵管公式當(dāng)當(dāng)v1.2m/s( (過渡區(qū)過渡區(qū)) ) 0.30.30.01790.8671d3 . 0021. 0d258agd3 . 5001736. 0da 0.35.30.8670.0017360.852 1a

14、kad 當(dāng)當(dāng)v 1.2m/s（阻力平方區(qū)）（阻力平方區(qū)）0.30.8670.852 1k修正修正系數(shù)系數(shù)各種流速下的k值列于130頁6-3表中 2alQhHfv選用通用公式滿寧公式 編制出比阻計算表6-6 ，對于鑄鐵管表中n=0.013v按水力坡度計算 33. 523 .10dna 21.30.00107Jd0.321.30.8670.0009121Jd當(dāng)當(dāng)v1.2m/s 當(dāng)當(dāng)v 1.2m/s 已知v、d、J中任兩個量，便可直接由表6-7查出另一個量，使得計算工作大為簡化 gdlhlHJf212例例 6-4：水塔向車間供水，鑄鐵管：水塔向車間供水，鑄鐵管l=2500m，d=400mm，水塔地面

15、標(biāo)高，水塔地面標(biāo)高1=6lm，水塔水面距地，水塔水面距地面的高度面的高度H1=18m，車間地面標(biāo)高，車間地面標(biāo)高 2=45m，供水，供水點需要的自由水頭點需要的自由水頭H2=25m，求供水量，求供水量Q解：解：作用水頭作用水頭 H=(1+ H1)- (2+ H2) = (61+18)- (45+ 25) = 9m v法一：法一：由表由表6-4查得查得 400mm鑄鐵管比阻為鑄鐵管比阻為 a=0.2232s2m6 390.127m /s0.2232 2500HQal驗算阻力區(qū) 屬于過渡區(qū)，比阻需修正，由表6-3查得v=1m/s時，k =1.03。修正后流量為 2244 0.127=1.01m/s

16、1.2m/s，比阻不需修正，比阻不需修正,直接查表直接查表6-4得得a=0.2232s2m6 220.2232 2500 (0.152)12.89mfHhalQH=(1+ H1)- (2+ H2) 水塔高水塔高 H1 = H-1+ (2+ H2) =12.89-61+45+25 = 21.89m例例6-6：由水塔向車間供水，鑄鐵管由水塔向車間供水，鑄鐵管l= 2500m，水塔地面，水塔地面標(biāo)高標(biāo)高1=6lm，水塔水面距地面的高度，水塔水面距地面的高度H1=18m，車間地面，車間地面標(biāo)高標(biāo)高2=45m，供水點需要的自由水頭，供水點需要的自由水頭H2=25m，要求供，要求供水量水量Q = 0.15

17、2 m3/s，計算所需管徑。，計算所需管徑。解解: H=(1+H1)- (2+H2) = (61+18) - (45+25) = 9m2 fHhalQ229 0.15582500(0.152)HalQ由表由表6-4查得查得d 450mm ， a0.1195s2/m6 d 400mm ， a 0.2232s2/m6 大管：浪費管材大管：浪費管材 小管：流量不足小管：流量不足兩管道串聯(lián)兩管道串聯(lián)三、串聯(lián)管道三、串聯(lián)管道 （Pipes in Series）v定義：定義： 由直徑不同的管段順序聯(lián)接起來的管道由直徑不同的管段順序聯(lián)接起來的管道 幾根簡單管道首尾相連組成串聯(lián)管道幾根簡單管道首尾相連組成串聯(lián)

18、管道v應(yīng)用：應(yīng)用： 串聯(lián)管道常用于沿程向幾處輸水，經(jīng)過一段距離便串聯(lián)管道常用于沿程向幾處輸水，經(jīng)過一段距離便有流量分出，隨著沿程流量減少，所采用的管徑也相應(yīng)減有流量分出，隨著沿程流量減少，所采用的管徑也相應(yīng)減小的情況。小的情況。v節(jié)點：兩管段的聯(lián)結(jié)點 1、質(zhì)量守恒（連續(xù)性方程）、質(zhì)量守恒（連續(xù)性方程）123123fffHHHHhhh2221 112 223 33222112233al Qa l Qa l QS QS QS QSi 管段的阻抗管段的阻抗s2/m5iiilaS 若節(jié)點處若節(jié)點處 q1= q2 = = 0，則，則Q1= Q2= Q3= =Q2、能量守恒能量守恒1iiiQqQ若有流量分

19、出，若有流量分出，3、串聯(lián)管道計算公式、串聯(lián)管道計算公式222112233HS QS QS Q123 QQQQ2121QSQShHniiinifi串nniiSSSSS211串v當(dāng)串聯(lián)管道節(jié)點無流量分出，通過各管段的流量相等，此時總管路的阻抗等于各管段的阻抗疊加 v串聯(lián)管道總壓頭為各段壓頭之和串聯(lián)管道總壓頭為各段壓頭之和v串聯(lián)管道的總水頭線是一條折線，這是因為各管段的水力坡度不等之故 四、并聯(lián)管道四、并聯(lián)管道 （Pipes in ParallelPipes in Parallel）v定義：定義：在兩節(jié)點之間，并聯(lián)兩根以上管段的管道在兩節(jié)點之間，并聯(lián)兩根以上管段的管道 ；或；或幾根具有相同起點、終

20、點的簡單管道組成，頭頭相連、幾根具有相同起點、終點的簡單管道組成，頭頭相連、尾尾相連尾尾相連v特點特點：并聯(lián)管道能提高輸送流體的可靠性。并聯(lián)管道能提高輸送流體的可靠性。 v計算公式計算公式432HHHHAB4321QQQqQA能量守恒能量守恒質(zhì)量守恒質(zhì)量守恒v一般計算公式一般計算公式設(shè)設(shè)S為并聯(lián)管道的總阻抗，為并聯(lián)管道的總阻抗，Q為總流量為總流量 321HHHHAB321QQQQ2332222112QSQSQSQSHAB并SHQ2SQH AB段總阻抗為段總阻抗為S并并3211111SSSS并332211SHSHSHSHAB并v串、并聯(lián)管道分析串、并聯(lián)管道分析水頭水頭H不變時不變時v串聯(lián)：加長一

21、段管道串聯(lián)：加長一段管道 阻力變大阻力變大Q管道延長管道延長v并聯(lián)：并聯(lián)一段管道并聯(lián)：并聯(lián)一段管道 橫截面變大橫截面變大Q 提高管道輸送流體的可靠性提高管道輸送流體的可靠性 管網(wǎng)管網(wǎng)例6-7：在例6-6中，為了充分利用水頭和節(jié)省管材，采用450mm和400mm兩種直徑管段串聯(lián)。求每段長度解：設(shè)d1= 450mm的管段長l1 ，a10.1195s2/m6 d2= 400mm的管段長l2，a2 0.2232s2/m6 v1=0.96m/s1.2 m/s， a2 不需修正 2221 12 2()HSQalQala l Q212232. 01237. 025001558. 0ll250021 ll聯(lián)立

22、求解上兩式得 l11693.5m l2 806.5m 例例6-8：三根并聯(lián)鑄鐵輸水管道由節(jié)點分出，并在節(jié)點重：三根并聯(lián)鑄鐵輸水管道由節(jié)點分出，并在節(jié)點重新會合。新會合。Q0.28m3/s，管長，管長l1=500m，l2=800m，l3=1000m；直徑；直徑d1=300mm，d2=250mm，d3=200mm。試。試求各并聯(lián)管段的流量及求各并聯(lián)管段的流量及AB間的水頭損失（書間的水頭損失（書P136） 解：解：d1=300mm ， d2= 250mm , d3= 200mm a1=1.025s2/m6 ,a2= 2.752s2/m6 ,a3= 9.029s2/m6 由能量方程得 2221 11

23、2 223 33ABHalQa l Qa l Q2322211000029. 9800752. 2500025. 1QQQ13234.1972.025QQQQQQQQ321Q3=38.77l/s， Q2 =78.51l/s ， Q1 =162.72l/sv1=2.30m/s, v2 =1.60m/s, v3 =1.23m/s1.2m/s223 339.029 1000 0.03877 =13.57mfABhalQ五五、沿程均勻泄流管道 v通過流量（轉(zhuǎn)輸流量）通過流量（轉(zhuǎn)輸流量）Qz在每根管段間通過的流量在每根管段間通過的流量lxMdxQzHQtAv途泄流量（沿線流量）途泄流量（沿線流量） Qt

24、沿著管長從側(cè)面不斷連續(xù)向外泄出的流量。沿著管長從側(cè)面不斷連續(xù)向外泄出的流量。如水處理設(shè)備中的穿孔管和灌溉用人工降雨管道等。如水處理設(shè)備中的穿孔管和灌溉用人工降雨管道等。v沿程均勻泄流管道沿程均勻泄流管道管段單位長度上泄出的流量管段單位長度上泄出的流量q q相等相等lqQtv計算公式計算公式距開始泄流斷面x處，取長度dx管段，認(rèn)為通過該管段的流量Qx不變。其水頭損失按簡單管道計算xlQQQQttzxdxxlQQQadxaQdhttzxf22)(lxMdxQzHQtA當(dāng)管段的粗糙情況和直徑不變，且流動處于阻力平方區(qū)時當(dāng)管段的粗糙情況和直徑不變，且流動處于阻力平方區(qū)時比阻比阻a是常數(shù)是常數(shù)22130()lffzztt