第6章有壓管流ppt課件

1、 第第 6 章章 有壓管流有壓管流 有壓管流指液體在管道中的滿管流動。除特殊點外，有壓管流指液體在管道中的滿管流動。除特殊點外，管中液體的相對壓強一般不為零，故名。管中液體的相對壓強一般不為零，故名。 根據(jù)沿程水頭損失與局部水頭損失的比例，有壓管根據(jù)沿程水頭損失與局部水頭損失的比例，有壓管流分為短管出流與長管出流。流分為短管出流與長管出流。 短管出流指水頭損失中沿程水頭損失與局部水頭損短管出流指水頭損失中沿程水頭損失與局部水頭損比例相當、均不可以忽略的有壓管流；如虹吸管或建筑比例相當、均不可以忽略的有壓管流；如虹吸管或建筑給水管等。給水管等。 長管出流則是與沿程水頭損失相比，局部水頭損失長管出

2、流則是與沿程水頭損失相比，局部水頭損失可以忽略或按比例折算成沿程水頭損失的有壓管流；按可以忽略或按比例折算成沿程水頭損失的有壓管流；按連接方式，長管又有簡單管路與復雜管路之分連接方式，長管又有簡單管路與復雜管路之分,如市政如市政給水管道等。給水管道等。 6.1 短管的水力計算短管的水力計算 6.1.1 基本公式基本公式 短管水力計算可直接應(yīng)用伯努利方程求解，也可短管水力計算可直接應(yīng)用伯努利方程求解，也可將伯努利將伯努利方程改寫成工程應(yīng)用的一般形式，然后對短管進行求方程改寫成工程應(yīng)用的一般形式，然后對短管進行求解。解。 短管出流有自由出流和淹沒出流之分。短管出流有自由出流和淹沒出流之分。 液體經(jīng)

3、短管流入大氣為自由出流。液體經(jīng)短管流入大氣為自由出流。 設(shè)一短管，列設(shè)一短管，列1-2斷面伯努利方程，得斷面伯努利方程，得112200vHlhgH22v式中水頭損失可表示為式中水頭損失可表示為解出流速解出流速gdlhhhl22mfvgHDl21v流量為流量為gHAAQ2s v令令為短管管系流量系數(shù)為短管管系流量系數(shù)Dl1s管系流量系數(shù)為管系流量系數(shù)為流量計算與自由出流相同，即流量計算與自由出流相同，即gHAQ2sDl1s00Hv1122直徑與流量沿程不變的管道為簡單管道。直徑與流量沿程不變的管道為簡單管道。fhH 損失包括流速水頭可忽略損失包括流速水頭可忽略1122H不計，于是有不計，于是有式

4、中式中 s = al 稱為管道的阻抗，稱為管道的阻抗，a 則稱為比阻。于是則稱為比阻。于是222522f82sQalQlQDggDlhv22SQalQH為簡單管道按比阻計算的基本公式。為簡單管道按比阻計算的基本公式?？砂绰鼘幑接嬎惚茸??？砂绰鼘幑接嬎惚茸?。33. 523 .10Dna 上式計算結(jié)果也可通過查表上式計算結(jié)果也可通過查表6-1求得。求得?！窘狻俊窘狻?首先計算作用水頭首先計算作用水頭m9)2545()1861(H【例【例1】采用鑄鐵管由水塔向車間供水。已知水管長】采用鑄鐵管由水塔向車間供水。已知水管長2500m，管徑管徑400mm，水塔地面標高，水塔地面標高61m，水塔高，水塔

5、高18m，車間地面，車間地面標高標高45m，供水點要求最小服務(wù)水頭，供水點要求最小服務(wù)水頭25m，求供水量。，求供水量。62m/s23. 0a求得流量為求得流量為s/m125. 0250023. 093alHQ求得比阻求得比阻查表查表6-1，求管徑，求管徑【例【例2】其他條件同【例】其他條件同【例1】，供水量增至】，供水量增至 0.152 m3/s，求管徑。，求管徑。6222m/s156. 0152. 025009lQHam9)2545()1861(H1iiiQqQ每一段均為簡單管道，按比阻計算水頭損失為每一段均為簡單管道，按比阻計算水頭損失為在節(jié)點處滿足節(jié)點流在節(jié)點處滿足節(jié)點流量平衡，即量平

6、衡，即22fiiiiiiQsQlah2ffiiiQshhH6.2.2 串聯(lián)管道串聯(lián)管道 直徑不同的管段順序連接起來的管道稱串聯(lián)管道。直徑不同的管段順序連接起來的管道稱串聯(lián)管道。 設(shè)串聯(lián)管道系統(tǒng)。各管段長分別為設(shè)串聯(lián)管道系統(tǒng)。各管段長分別為 l1、l2，管徑分，管徑分別為別為D1、D2，通過的流量分別為，通過的流量分別為 Q1、Q2，兩管，兩管段段的連接點即節(jié)點處的流量分別為的連接點即節(jié)點處的流量分別為 q1、q2。 當節(jié)點無分流時，通過各管段的流量相等，管道系統(tǒng)的當節(jié)點無分流時，通過各管段的流量相等，管道系統(tǒng)的總阻抗總阻抗 s 等于各管段阻抗之和，即等于各管段阻抗之和，即故故niiss1【例【

7、例3】【例】【例2】中，為充分利用水頭和節(jié)省管材，采用】中，為充分利用水頭和節(jié)省管材，采用2sQH 450mm和和400mm兩種直徑管段串聯(lián)，求每段管長度。兩種直徑管段串聯(lián)，求每段管長度。2121122211)2500()(QlalaQlalaH段所共有，段所共有， A、B兩點的兩點的水水A、B 兩點滿足節(jié)點流量平衡兩點滿足節(jié)點流量平衡432A1QQQqQ頭差也就為各管段所共有，而且頭差也就為各管段所共有，而且A、B兩點之間又為全部并聯(lián)系兩點之間又為全部并聯(lián)系統(tǒng)，說明并聯(lián)管道系統(tǒng)各管段水頭損失相等且等于系統(tǒng)總損失。統(tǒng)，說明并聯(lián)管道系統(tǒng)各管段水頭損失相等且等于系統(tǒng)總損失。或者或者f4f3f2fh

8、hhh5B432QqQQQ2244233222sQQsQsQs由于由于及及432QQQQiiishQf得并聯(lián)管道系統(tǒng)的總阻抗為得并聯(lián)管道系統(tǒng)的總阻抗為4321111ssssijjissQQ或或iissQQ【例【例4】三根并聯(lián)鑄鐵輸水管道，總流量】三根并聯(lián)鑄鐵輸水管道，總流量 Q = 0.28m3/s；各；各支管管長分別為支管管長分別為 l1 = 500m，l2= 800m，l3= 1000m；直徑分；直徑分別為別為D1 = 300mm， D2 = 250mm， D3 = 200mm 。試求各支。試求各支管流量及管流量及 AB 間的水頭損失。間的水頭損失。m07.140389. 0100030.

9、 922333fABQlahD1= 300mm，a1= 1.07s2/m6根據(jù)各管段水頭損失的關(guān)系：根據(jù)各管段水頭損失的關(guān)系：D2= 250mm，a2= 2.83s2/m6233322222111QlaQlaQla或或232221930022645352QQQ再與流量關(guān)系再與流量關(guān)系321QQQQ聯(lián)立解得：聯(lián)立解得：s/m0389. 033Qs/m0789. 032QAB 間水頭損失：間水頭損失：s/m1622. 031QD3= 200mm，a3= 9.30s2/m66.2.4 沿程均勻泄流管道沿程均勻泄流管道流量或沿線流量。流量或沿線流量。長度長度 l ，直徑，直徑 D，通過流，通過流xlQ

10、QQQsspx前面的管道流動中，通過管道沿程不變的流量稱為通過前面的管道流動中，通過管道沿程不變的流量稱為通過 流量或轉(zhuǎn)輸流量。流量或轉(zhuǎn)輸流量。 工程中有些設(shè)備裝有穿孔管，即當水流通過這種管道時，工程中有些設(shè)備裝有穿孔管，即當水流通過這種管道時， 除有部分流量轉(zhuǎn)輸流量通過該管道以外，另一部分流量除有部分流量轉(zhuǎn)輸流量通過該管道以外，另一部分流量隨水流的流動由管道壁面的開孔沿途泄出，該流量稱為途泄隨水流的流動由管道壁面的開孔沿途泄出，該流量稱為途泄量量 Qp ，總途泄流量，總途泄流量 Qs 。距開始泄流斷面距開始泄流斷面 x 處取微處取微元長度元長度 dx，該處流量為：，該處流量為：2ssp2p0

11、ff31dQQQQalhhl此式還可近似寫成此式還可近似寫成其中其中2c2spf55. 0alQQQalh若管段無通過流量，全部為途泄流量，那么若管段無通過流量，全部為途泄流量，那么spc55. 0QQQ稱為折算流量。稱為折算流量。2sf31alQh 該段的水頭損失則為該段的水頭損失則為 ： xxlQQQaxQahddd2ssp2xf【例【例5】水塔供水的輸水管道，由三段鑄鐵管串聯(lián)而成，】水塔供水的輸水管道，由三段鑄鐵管串聯(lián)而成，BC 為沿程均勻泄流段。管長分別為為沿程均勻泄流段。管長分別為 l1 = 500m， l2= 150m ， l3= 200m；管徑；管徑 D1 = 200mm ，D2

12、 = 150mm，D3 = 100mm ， 節(jié)點節(jié)點B分出流量分出流量q = 0.07m3/s ，通過流量，通過流量 Qp = 0.02m3/s，途泄，途泄 流量流量Qs = 0.015m3/s，試求所需作用水頭，試求所需作用水頭H。s /m045. 03ps1QQqQs /m028. 055. 03ps2QQQs/m02. 03p3 QQ作用水頭為各段損失之和，即作用水頭為各段損失之和，即m51.232333222111fQlaQlaQlahHi6.3 管網(wǎng)水力計算基礎(chǔ)管網(wǎng)水力計算基礎(chǔ) 點而且通過的流量為最大的管道部分。對水點而且通過的流量為最大的管道部分。對水 t0sfzzHhH6.3.1

13、 枝狀管網(wǎng)枝狀管網(wǎng) 主要為以干管為主確主要為以干管為主確定作用水頭與管徑。定作用水頭與管徑。干管指從水源到最遠干管指從水源到最遠水源水源頭要求最高、通過流量最大的點稱為控制點頭要求最高、通過流量最大的點稱為控制點 。 于是，從水源到控制點的總水頭可為：于是，從水源到控制點的總水頭可為： 式中式中 H 為水源的總水頭水塔高度），為水源的總水頭水塔高度），Hs 為控制點的最小為控制點的最小服務(wù)水頭，服務(wù)水頭，hf 為干管各段水頭損失，為干管各段水頭損失，z0 為控制點地形標高，為控制點地形標高，zt 為水塔處地形標高。為水塔處地形標高。 對于新建管網(wǎng)，按經(jīng)濟流速對于新建管網(wǎng)，按經(jīng)濟流速 ve 確定

14、管徑確定管徑e4vQD ilHzzHJs0tt于是由于是由2fiiiQlah 得得22fiiiiQJQlha再通過查表求得管徑。再通過查表求得管徑。算，因此采用平均水力坡度來計算管徑，即算，因此采用平均水力坡度來計算管徑，即 然后按上式計算水源的作用水頭。然后按上式計算水源的作用水頭。D = 100 - 400mm， ve = 0.6 1.0 m/sD400mm， ve = 1.0 1.4 m/s【例【例6】枝狀管網(wǎng)如圖所示。設(shè)水塔與管網(wǎng)端點】枝狀管網(wǎng)如圖所示。設(shè)水塔與管網(wǎng)端點4、7地形標地形標 高相同，兩點的最小服務(wù)水頭均為高相同，兩點的最小服務(wù)水頭均為 Hs = 12m，各管段均為，各管段

15、均為 鑄鐵管其他已知條件見表，試求各管段的直徑、水頭鑄鐵管其他已知條件見表，試求各管段的直徑、水頭 損失及水塔高度。損失及水塔高度。e4vQD 水塔水塔0123456735L/s20L/s25L/s9L/s10L/s13L/s【解】先按經(jīng)濟流速計算管徑【解】先按經(jīng)濟流速計算管徑然后對照規(guī)格選取管徑并確定在經(jīng)濟流速范圍之內(nèi)。然后對照規(guī)格選取管徑并確定在經(jīng)濟流速范圍之內(nèi)。根據(jù)所取管徑查表求得各段比阻，計算水頭損失。根據(jù)所取管徑查表求得各段比阻，計算水頭損失。其他管段計算見下表其他管段計算見下表水頭損失：水頭損失：管段管段管長管長流量流量管徑管徑流速流速比阻比阻水頭損失水頭損失3-43500.025

16、2000.809.302.032-33500.0452500.922.832.011-22000.0803500.831.071.376-75000.0131500.7443.03.635-62000.0232000.739.300.981-53000.0322500.652.830.870-14000.1124000.890.231.15hf0-4= 2.03 + 2.01 + 1.37 + 1.15 = 6.56 mhf0-7= 3.63 + 0.98 + 0.87 + 1.15 = 6.63 m點點7為控制點，水塔高度應(yīng)為為控制點，水塔高度應(yīng)為 H = 6.63 + 12 = 18.63

17、 m。共有未知數(shù)共有未知數(shù) 2 np = 2 ( nl+ nj-1) 個。個。水源水源ABCDEFGH在著如下關(guān)系：在著如下關(guān)系： np = nl+ nj-1 。點沿兩個方向至另一個節(jié)點的水頭損失相等。在一個環(huán)內(nèi)，點沿兩個方向至另一個節(jié)點的水頭損失相等。在一個環(huán)內(nèi)，0iQ若設(shè)順時針水流引起的水頭損失為正，逆時針水流引起的水若設(shè)順時針水流引起的水頭損失為正，逆時針水流引起的水頭損失為負，對于該環(huán)則有頭損失為負，對于該環(huán)則有02fiiiQlah流速確定各管段直徑，未知數(shù)等于方程數(shù)，方程可解。流速確定各管段直徑，未知數(shù)等于方程數(shù)，方程可解。管水頭損失相等的原則，對于任何一個閉合環(huán)，由某一個節(jié)管水頭損

18、失相等的原則，對于任何一個閉合環(huán)，由某一個節(jié)近似解法，即首先根據(jù)節(jié)點流量平衡初步分配各管段流量，并近似解法，即首先根據(jù)節(jié)點流量平衡初步分配各管段流量，并222ff1iiiiiiiiiQQQlaQQlahh 克羅斯克羅斯H. Cross法：法：按分配的流量計算管段的水頭損失。然后驗算每一環(huán)的水頭損按分配的流量計算管段的水頭損失。然后驗算每一環(huán)的水頭損失是否滿足條件失是否滿足條件2）如不滿足，調(diào)整流量重新分配，直至滿足，或如不滿足，調(diào)整流量重新分配，直至滿足，或0fhffhh小于規(guī)定值。式中小于規(guī)定值。式中hf 稱為該環(huán)的閉合差，因此環(huán)狀管網(wǎng)的水稱為該環(huán)的閉合差，因此環(huán)狀管網(wǎng)的水力計算又稱力計算又

19、稱“管網(wǎng)平差管網(wǎng)平差”。將上式展開，取前兩項，得將上式展開，取前兩項，得022ffffQQlahQQlahhhiiiiiiiiiiQQlaQlaQQQlahhiiiiiiiiiiii22122ff因此有因此有iiiiiiiiiiiiQhhQQlahQlahQff2ff222量加入第一次分配的流量中進行第二次流量分配，然后重復上量加入第一次分配的流量中進行第二次流量分配，然后重復上 述步驟，直至閉合差滿足所要求精度。述步驟，直至閉合差滿足所要求精度。 【例【例7】水平兩環(huán)管網(wǎng)。各管段均為鑄鐵管，尺寸詳見下表?！克絻森h(huán)管網(wǎng)。各管段均為鑄鐵管，尺寸詳見下表。 已知兩用水點流量分別為已知兩用水點流量

20、分別為 Q4= 0.032 m3/s 和和 Q5= 0.054 m3/s，試求各管段通過的流量閉合差小于試求各管段通過的流量閉合差小于0.5m）。）。水塔水塔0環(huán)號環(huán)號管段管段管長管長管徑管徑比阻比阻I2-52202009.305-32102009.303-29015043.0II1-22702009.302-39015043.03-4802009.304-12602502.8312345IIIQ4Q5【解】【解】 （1初擬流向，分配流量；初擬流向，分配流量；（2按分配流量，根據(jù)按分配流量，根據(jù) hfi= ailiQi2 計算各段水頭損失；計算各段水頭損失；（3計算環(huán)路閉合差；計算環(huán)路閉合差；

21、（4調(diào)整分配流量，重新計算水頭損失。調(diào)整分配流量，重新計算水頭損失。環(huán)環(huán)號號管管 段段初分初分流量流量 hfihfi/QiQ校正流量校正流量二分二分流量流量hfiI2-5+0.030+1.8461.3-0.002-0.002+0.028+1.605-3-0.024-1.1246.7-0.002-0.026-1.323-2-0.006-0.1423.3+0.004-0.002-0.004-0.06和和+0.58131.3+0.22II1-2+0.036+3.2590.3-0.004-0.004+0.032+2.572-3+0.006+0.1423.3-0.004+0.002+0.004+0.06

22、3-4-0.018-0.2413.3-0.004-0.022-0.364-1-0.050-1.8436.8-0.004-0.054-2.15和和+1.31163.7+0.12當水流以流速當水流以流速 v0 在管道中流動時，在管道中流動時，Hgp0閥門突然關(guān)閉時，最靠近閥門處的水速度由閥門突然關(guān)閉時，最靠近閥門處的水速度由v0 變成變成 0 ，突然停，突然停忽略流速水頭與水頭損失，管道忽略流速水頭與水頭損失，管道各斷面的壓強水頭均為各斷面的壓強水頭均為 ，止。根據(jù)質(zhì)點系動量定理，動量變化等于外力閥門作用力）止。根據(jù)質(zhì)點系動量定理，動量變化等于外力閥門作用力）的沖量。因外力作用，水流的壓強增至的沖量。因外力作用，水流的壓強增至 p0 +p。p稱為水擊稱為水擊壓強。壓強。入口傳播過程。閥門關(guān)閉后，水擊壓入口傳播過程。閥門關(guān)閉后，水擊壓強強p以速度為以速度為c 的波向上游，管內(nèi)為的波向上游，管內(nèi)為增壓狀態(tài)，直至增壓狀態(tài)，直至 t = L / c，L 為管長。為管長。閥門傳播過程。由于管