土力學(xué)第5章管路

1、 孔口、管嘴出流和有壓管路孔口、管嘴出流和有壓管路主講人：王主講人：王 燕燕 本章重點(diǎn)介紹：本章重點(diǎn)介紹： 有壓管道中恒定流水力計(jì)算有壓管道中恒定流水力計(jì)算 （能量方程在管道中的應(yīng)用）（能量方程在管道中的應(yīng)用） 概念介紹概念介紹管流：管流：由管道及附件組成輸送流體的系統(tǒng)稱為管路由管道及附件組成輸送流體的系統(tǒng)稱為管路系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱管流。系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱管流。管流管流管中是否充滿水管中是否充滿水有壓管路有壓管路無(wú)壓管路無(wú)壓管路液液 體體管管 壁壁有壓管道有壓管道液體自由面液體自由面 管管 壁壁無(wú)壓管道無(wú)壓管道 水電站壓力引水鋼管水電站壓力引水鋼管 水庫(kù)有壓泄洪隧洞或泄水管水庫(kù)有壓泄洪隧洞或泄水管 供給的水泵

2、裝置系統(tǒng)及管網(wǎng)供給的水泵裝置系統(tǒng)及管網(wǎng) 輸送石油的管道輸送石油的管道 工程中，為輸送液體，常用各種有壓管道，如工程中，為輸送液體，常用各種有壓管道，如本章討論分析的是一般常見的恒定管流，且為紊流。為了本章討論分析的是一般常見的恒定管流，且為紊流。為了便于分析研究，對(duì)管路系統(tǒng)進(jìn)行分類。便于分析研究，對(duì)管路系統(tǒng)進(jìn)行分類。分類分類長(zhǎng)管長(zhǎng)管 短管短管 沿程水頭損失沿程水頭損失與局部水頭損與局部水頭損失的比例失的比例 沿程水頭損失水頭沿程水頭損失水頭為主，為主，局部局部損失和流速水頭損失和流速水頭在總水頭損失中所在總水頭損失中所占比重很小，計(jì)算時(shí)占比重很小，計(jì)算時(shí)可忽略?？珊雎?。局部水頭損失及流速水頭局

3、部水頭損失及流速水頭在總水在總水頭損失中占相當(dāng)比例（一般大于頭損失中占相當(dāng)比例（一般大于5%5%），計(jì)算時(shí)均），計(jì)算時(shí)均不能忽略不能忽略。 當(dāng)管道存在較大局部損失管件，例如局部開啟閘門、噴當(dāng)管道存在較大局部損失管件，例如局部開啟閘門、噴嘴、底閥等。既是管道很長(zhǎng)，局部損失也不能嘴、底閥等。既是管道很長(zhǎng)，局部損失也不能 略去，必須略去，必須按按短管計(jì)算短管計(jì)算。 注意：注意： 長(zhǎng)管和短管不按管道絕對(duì)長(zhǎng)度決定。長(zhǎng)管和短管不按管道絕對(duì)長(zhǎng)度決定。 管道按布置分為管道按布置分為 簡(jiǎn)單管道簡(jiǎn)單管道 復(fù)雜管道復(fù)雜管道 串聯(lián)管道串聯(lián)管道 并聯(lián)管道并聯(lián)管道 分叉管道分叉管道 液體經(jīng)容器壁上孔口流出的水力現(xiàn)象稱為孔

4、口流出。液體經(jīng)容器壁上孔口流出的水力現(xiàn)象稱為孔口流出。由于孔口出流的情況是多種多樣的，由于孔口出流的情況是多種多樣的，根據(jù)孔口結(jié)構(gòu)和根據(jù)孔口結(jié)構(gòu)和出流條件，有不同的分類出流條件，有不同的分類:從出流條件可分為從出流條件可分為自由出流自由出流和和淹沒(méi)出流淹沒(méi)出流。液體通過(guò)液體通過(guò)孔口流入大氣的出流稱為自由出流；流入充滿液體的空間稱孔口流入大氣的出流稱為自由出流；流入充滿液體的空間稱為淹沒(méi)出流。為淹沒(méi)出流。從孔口的作用水頭可分為從孔口的作用水頭可分為恒定流恒定流和和非恒定流非恒定流。當(dāng)當(dāng)孔口出流時(shí)，容器中的水量如能得到不斷補(bǔ)充，從而使孔孔口出流時(shí)，容器中的水量如能得到不斷補(bǔ)充，從而使孔口的作用水頭

5、不變的這種出流稱為恒定出流。反之，即為口的作用水頭不變的這種出流稱為恒定出流。反之，即為非恒定出流。非恒定出流。u大孔口出流大孔口出流 H/d10u小孔口出流小孔口出流 H/d1010，可認(rèn)為空口斷面上各點(diǎn)的可認(rèn)為空口斷面上各點(diǎn)的作用水頭相等。作用水頭相等。根據(jù)孔口形心以上的作用水頭根據(jù)孔口形心以上的作用水頭H與孔徑與孔徑d之間的比值之間的比值H/d的大小，可將孔口出流分為的大小，可將孔口出流分為小孔口出流小孔口出流和和大孔口大孔口出流出流。u薄壁孔口出流薄壁孔口出流 出流具有一定的速度能形成出流具有一定的速度能形成射流且孔口具有尖銳的邊緣，壁厚不影響出流，射流且孔口具有尖銳的邊緣，壁厚不影響

6、出流，如圖所示。如圖所示。u管嘴或厚壁孔口出流管嘴或厚壁孔口出流 在孔口接一段長(zhǎng)在孔口接一段長(zhǎng)l=(3=(34)4)d的短管，液流經(jīng)過(guò)短管并充滿出口的短管，液流經(jīng)過(guò)短管并充滿出口斷面流出的水力現(xiàn)象。相對(duì)于薄壁孔口而言，斷面流出的水力現(xiàn)象。相對(duì)于薄壁孔口而言，也稱為厚壁孔口。也稱為厚壁孔口。 從孔口邊緣形狀可分為從孔口邊緣形狀可分為薄壁孔口出流薄壁孔口出流和和管嘴或厚壁管嘴或厚壁孔口出流?？卓诔隽?。 孔口出流孔口出流管嘴出流管嘴出流u完全收縮完全收縮 如果孔口距壁面與底部大于孔徑或邊如果孔口距壁面與底部大于孔徑或邊長(zhǎng)的三倍，側(cè)壁或底部認(rèn)為不影響流股收縮，稱為完長(zhǎng)的三倍，側(cè)壁或底部認(rèn)為不影響流股收

7、縮，稱為完全收縮。全收縮。u不完全收縮不完全收縮 若孔口一邊與側(cè)壁或底部相切，則相切若孔口一邊與側(cè)壁或底部相切，則相切處流股不產(chǎn)生收縮；又若孔口據(jù)側(cè)壁或底部太近，則收縮處流股不產(chǎn)生收縮；又若孔口據(jù)側(cè)壁或底部太近，則收縮受到一定的影響，稱為不完全收縮。受到一定的影響，稱為不完全收縮。從孔口出流收縮情況可分為從孔口出流收縮情況可分為完全收縮完全收縮和和不完全收不完全收縮?？s。 孔口位置對(duì)射流收縮的影響孔口位置對(duì)射流收縮的影響孔口和管咀示意孔口和管咀示意流線型管嘴流線型管嘴外伸管嘴外伸管嘴薄壁孔口薄壁孔口內(nèi)伸管嘴內(nèi)伸管嘴收縮管嘴收縮管嘴擴(kuò)張管嘴擴(kuò)張管嘴孔口和管剖面形狀孔口和管剖面形狀 gvhhjw2

8、220gvgvHcc2)(220200000221gHgHvcc0022gHAgHAAvQcc薄壁銳緣小孔口自由出流薄壁銳緣小孔口自由出流薄壁薄壁：孔壁厚度對(duì)出孔水股沒(méi)有影響。：孔壁厚度對(duì)出孔水股沒(méi)有影響。小孔口小孔口： H/d 10自由出流自由出流：pc=pa=0 薄壁小孔口自由出流的基本公式薄壁小孔口自由出流的基本公式20002HHg 2QAgH薄壁小孔口出流的各項(xiàng)系數(shù) /cAA*流速系數(shù) *實(shí)驗(yàn)測(cè)得孔口流速系數(shù) = 0.970.98 *孔口的局部阻力系數(shù)0 ,*孔口的收縮系數(shù) *孔口的流量系數(shù) ，=。* 對(duì)薄壁小孔口= 0.600.62。 00111c06. 097. 01112200.

9、64cAA薄壁小孔口淹沒(méi)出流薄壁小孔口淹沒(méi)出流 特征：特征：液體在兩容器水頭差作用下，液體在兩容器水頭差作用下，經(jīng)孔口由一容器流入另一容器時(shí)形經(jīng)孔口由一容器流入另一容器時(shí)形成孔口收縮然后擴(kuò)大，出流阻力由成孔口收縮然后擴(kuò)大，出流阻力由孔口收縮孔口收縮和和擴(kuò)大擴(kuò)大兩部分組成。兩部分組成。 221 1221222aajppHHhgggg 12HHH120 212()2cjhg221212()(1)22ccjHHHhgg1221cgHgH22ccQAAgHAgH根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，孔口淹沒(méi)出流的流量系數(shù)根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，孔口淹沒(méi)出流的流量系數(shù) 值和自由出流值和自由出流的流量系數(shù)值非常接近，故的流量系數(shù)值非常接近

10、，故計(jì)算時(shí)常取自由出流的計(jì)算時(shí)常取自由出流的 值。值。 可見，孔口淹沒(méi)出流與孔口自由出流的可見，孔口淹沒(méi)出流與孔口自由出流的流量公式流量公式在形式上基在形式上基本相同，流量系數(shù)本相同，流量系數(shù) 值也基本相等。值也基本相等。淹沒(méi)出流的淹沒(méi)出流的H為孔口上、下游的總水頭差；為孔口上、下游的總水頭差；自由出流出流公式中的自由出流出流公式中的H為孔口形心處的上游總水頭。為孔口形心處的上游總水頭。區(qū)別區(qū)別薄壁大孔口自由出流薄壁大孔口自由出流2dQbdhgh大孔口出流的流量可認(rèn)為是各具有一大孔口出流的流量可認(rèn)為是各具有一固定水頭的孔高為固定水頭的孔高為dh的水平小孔口出的水平小孔口出流流量的總和。流流量的

11、總和。 020133220201222 ()3HHQbghdhbg HH0202eHH0102eHHAbe33322200022(1)(1)322eeQbgHHH200121() 96eQbegHH在工程計(jì)算中可忽略不計(jì)，在工程計(jì)算中可忽略不計(jì)， 2001e11.50.010.02396 HeH當(dāng)時(shí)，（）00222QebgHAgHAgH大孔口自由出流的流量公式在形式上同小孔口流量公式，僅是大孔口自由出流的流量公式在形式上同小孔口流量公式，僅是流量系數(shù)的大小不同。流量系數(shù)見表流量系數(shù)的大小不同。流量系數(shù)見表5-15-1。管嘴出流管嘴出流1、圓柱形外管嘴恒定出流、圓柱形外管嘴恒定出流 液體在管嘴內(nèi)

12、流動(dòng)時(shí)，有液體在管嘴內(nèi)流動(dòng)時(shí)，有孔口收縮孔口收縮和擴(kuò)大阻力水頭損失和擴(kuò)大阻力水頭損失，主要是擴(kuò)大，主要是擴(kuò)大阻力水頭損失。阻力水頭損失。2200022aawppHhgggg 22whg20002HHg 2220(1)222Hggg001221gHgH00222nnQAAgHAgHAgH根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)得圓柱形外伸管嘴出流時(shí)的局根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)得圓柱形外伸管嘴出流時(shí)的局部阻力系數(shù)部阻力系數(shù)=0.5，故，故管嘴流速系數(shù)管嘴流速系數(shù)為為110.821 0.51管嘴出口斷面與器壁孔口斷面相同，其收縮系數(shù)等于管嘴出口斷面與器壁孔口斷面相同，其收縮系數(shù)等于1，即即1.0n管嘴流量系數(shù)管嘴流量系數(shù)n=0.821.0=0

13、.82v 顯然顯然n= 1.32?？梢娫谙嗤瑮l件，管嘴的?？梢娫谙嗤瑮l件，管嘴的 過(guò)流能力是孔口的過(guò)流能力是孔口的1.32倍。倍。 在相同的出流斷面面積在相同的出流斷面面積A和相同的作用水頭和相同的作用水頭H的條件下，的條件下，由于管嘴的流量系數(shù)增大，從而使得管嘴出流是薄壁孔口由于管嘴的流量系數(shù)增大，從而使得管嘴出流是薄壁孔口出流流量的出流流量的1.321.32倍，倍，即在容器孔上加一段管嘴后，有增大即在容器孔上加一段管嘴后，有增大出流流量的作用。出流流量的作用。2. 管嘴真空現(xiàn)象與工作條件管嘴真空現(xiàn)象與工作條件在孔口處接上管嘴后，管嘴的阻力要比孔口大，但管嘴的出流流量在孔口處接上管嘴后，管嘴

14、的阻力要比孔口大，但管嘴的出流流量要比孔口大，要比孔口大，這是為什么呢？這是為什么呢？這是因?yàn)楣茏斓氖湛s斷面處有真空存在，產(chǎn)生抽吸作用所致。這是因?yàn)楣茏斓氖湛s斷面處有真空存在，產(chǎn)生抽吸作用所致。抽吸的高度抽吸的高度hv0.75H 正是這個(gè)真空作用，使增加正是這個(gè)真空作用，使增加了阻力的管嘴，出流流量要了阻力的管嘴，出流流量要比孔口大比孔口大0.32倍。倍。對(duì)自由液面對(duì)自由液面11和管嘴收縮截面和管嘴收縮截面cc應(yīng)用能量方程，有應(yīng)用能量方程，有 22210222acccseppHggggg若水箱足夠大，則若水箱足夠大，則10，于是，于是2(1)2accseppHgg2222ccAA根據(jù)連續(xù)性方程

15、有根據(jù)連續(xù)性方程有22(1)acseppHHg0.75acvpphHgse=0.06 0.62=0.82 保證管嘴正常工作，必須保證保證管嘴正常工作，必須保證管嘴中真空區(qū)管嘴中真空區(qū)的存在。的存在。 若真空度過(guò)大若真空度過(guò)大，可能造成收縮斷面，可能造成收縮斷面c-cc-c處的絕對(duì)壓強(qiáng)小于液體處的絕對(duì)壓強(qiáng)小于液體的汽化壓強(qiáng)，液體汽化，從而不斷產(chǎn)生氣泡，破壞液流的連續(xù)的汽化壓強(qiáng)，液體汽化，從而不斷產(chǎn)生氣泡，破壞液流的連續(xù)性和收縮斷面處的真空區(qū)，使得管嘴出流不能充滿整個(gè)斷面，性和收縮斷面處的真空區(qū)，使得管嘴出流不能充滿整個(gè)斷面，而形成孔口出流。而形成孔口出流。 0.75acvpphHg真空度的大小與

16、作真空度的大小與作用水頭成正比用水頭成正比實(shí)驗(yàn)結(jié)果實(shí)驗(yàn)結(jié)果7vhm7/0.759.3Hmm管嘴的長(zhǎng)度需要限制管嘴的長(zhǎng)度需要限制管嘴長(zhǎng)度太短管嘴長(zhǎng)度太短真空區(qū)易被破壞，不易形成真空區(qū)易被破壞，不易形成管嘴太長(zhǎng)管嘴太長(zhǎng)損失加大，達(dá)不到增加流量的目的損失加大，達(dá)不到增加流量的目的根據(jù)實(shí)驗(yàn)，管嘴長(zhǎng)度的最佳值為根據(jù)實(shí)驗(yàn)，管嘴長(zhǎng)度的最佳值為l =（34）d因此，要使圓柱形外管嘴正常工作，需滿足兩個(gè)條件：因此，要使圓柱形外管嘴正常工作，需滿足兩個(gè)條件：作用水頭作用水頭H9.3m；管嘴長(zhǎng)度管嘴長(zhǎng)度l =（34）d。3.管嘴淹沒(méi)出流管嘴淹沒(méi)出流 圓錐形外管嘴出口在自由液面以下便形成管嘴淹沒(méi)出流。圓錐形外管嘴出口

17、在自由液面以下便形成管嘴淹沒(méi)出流。設(shè)管嘴上下游液面分別為設(shè)管嘴上下游液面分別為H1和和H2， 122nQAg HH管嘴淹沒(méi)出流時(shí)的真空度為管嘴淹沒(méi)出流時(shí)的真空度為hv0.75H1- H2管嘴淹沒(méi)出流的真空度比自由出流要小，兩者相差管嘴淹沒(méi)出流的真空度比自由出流要小，兩者相差H2 4.其他形式管嘴其他形式管嘴 工程上為了增加孔口的泄水能力或?yàn)榱嗽黾?減少)出口的速度，常采用不同的管咀形式 (1)圓錐形擴(kuò)張管嘴 （=57 ） (2)圓錐形收斂管嘴 （較大的出口流速 ） (3)流線形管嘴 （阻力系數(shù)最小 ） 孔口、管嘴的水力特性孔口、管嘴的水力特性 短管出流短管出流工程中常見的短管工程中常見的短管有

18、：有壓涵管、倒虹管、水泵的有：有壓涵管、倒虹管、水泵的吸水管等。吸水管等。短管短管：指在管道的總水頭損失中，局部損失與沿程：指在管道的總水頭損失中，局部損失與沿程損失均占一定比例，在進(jìn)行水力計(jì)算中都不能忽略損失均占一定比例，在進(jìn)行水力計(jì)算中都不能忽略的管路。的管路。自由出流自由出流 淹沒(méi)出流淹沒(méi)出流 自由出流自由出流 取取0-0為基被面，為基被面，1-1與與2-2為控制斷面，為控制斷面，列伯努利方程：列伯努利方程：221 122022aawppHhgggg 222()222wfjllhhhdggdg21 102HHg令222222220()222wlHhggdg 20212()gHld2222

19、00212244()cddQAgHgHld21()cld管路流量系數(shù)管路流量系數(shù)淹沒(méi)出流淹沒(méi)出流 取取n-n為基準(zhǔn)面，為基準(zhǔn)面，m-m與與n-n為控制斷面，為控制斷面，列伯努利方程：列伯努利方程：221 122022aawppHhgggg 120 2()2wlHhdg12()gHld122()cQAgH AAgHld1()cld可見，短管淹沒(méi)出流與自由出流的可見，短管淹沒(méi)出流與自由出流的流量公式流量公式在形式在形式上基本相同，流量系數(shù)上基本相同，流量系數(shù) 值也基本相等。值也基本相等。v淹沒(méi)出流的淹沒(méi)出流的H為孔口上、下游的總水頭差；為孔口上、下游的總水頭差；v自由出流出流公式中的自由出流出流公

20、式中的H為上游液面至下游出口形心處為上游液面至下游出口形心處 的高度。的高度。區(qū)別區(qū)別短管水力計(jì)算的基本類型短管水力計(jì)算的基本類型 實(shí)際工程中，短管水力計(jì)算大致可歸納為以下三類。實(shí)際工程中，短管水力計(jì)算大致可歸納為以下三類。 1已知已知Q、d、l、 ，求作用水頭，求作用水頭H；這類方程的求解主要引這類方程的求解主要引用能量方程及其阻力計(jì)用能量方程及其阻力計(jì)算公式。算公式。解：取解：取1-1為基準(zhǔn)面，為基準(zhǔn)面，列列自由液面自由液面1-1與與2-2斷面斷面的伯努利方程：的伯努利方程：221 122121222aawwppzHzhhgggg 泵120 2121212wwwwHzhhhhhh泵Z1=0

21、 211111()2wlhdg底閥彎頭222222()2wlhdg出口閥門彎頭12,QQAA12由連續(xù)性方程，12123 17 0.4 4.65 25.05mwwHhhhh 泵qV、l、d計(jì)算計(jì)算Re由由Re、 查莫迪圖得查莫迪圖得 計(jì)算計(jì)算 hf這類方程的求解主要這類方程的求解主要引用能量方程及其阻引用能量方程及其阻力計(jì)算公式。力計(jì)算公式。 2已知已知H、d、l、 ，求，求Q(或或V）；）；試算法的試算法的基本步驟：基本步驟：a.假設(shè)假設(shè)1的值；的值；b.由由1計(jì)算相應(yīng)的計(jì)算相應(yīng)的v1，Q1，Re1；c.由由/d, Re1，求出，求出2 ；d.校核。若校核。若1 =2 ，則假設(shè)正確，則假設(shè)正

22、確， 1 ，v1，Q1，Re1各項(xiàng)值均正確。各項(xiàng)值均正確。若若1 2 ，則取則取2為第二次假設(shè)值，重復(fù)為第二次假設(shè)值，重復(fù)上述計(jì)算，直至上述計(jì)算，直至1 2 例例.設(shè)有一倒虹吸管如圖所示。上下游水位設(shè)有一倒虹吸管如圖所示。上下游水位H=8m，管長(zhǎng)管長(zhǎng)l=200m，管徑，管徑d=0.5m，管壁為清潔水泥面，求，管壁為清潔水泥面，求流量流量Q .解：取解：取上、下游液面上、下游液面，列伯努利方程：列伯努利方程：120 H=z1-z2=8m 62=0.5,=0.1=1.0mm1.306 10 m /s進(jìn)口彎頭查表取：，運(yùn)動(dòng)粘滯系數(shù)28m=)2wlHhdg(hf qV l 計(jì)算計(jì)算 與與 d的函數(shù)曲線

23、的函數(shù)曲線由由Re、 查莫迪圖得查莫迪圖得 New校核校核 New = NewNY由由hf計(jì)算計(jì)算 v 、 qV 這類問(wèn)題可應(yīng)用能量方程和阻力計(jì)算方法直接進(jìn)這類問(wèn)題可應(yīng)用能量方程和阻力計(jì)算方法直接進(jìn)行計(jì)算，但需解高次代數(shù)方程，一般難于直接求解，行計(jì)算，但需解高次代數(shù)方程，一般難于直接求解，工程上常用試算法。工程上常用試算法。 課本例課本例5-4.hf qV l 計(jì)算計(jì)算 與與 d的函數(shù)曲線的函數(shù)曲線由由Re、 查莫迪圖得查莫迪圖得 New校核校核 New = NewNY由由 New得出得出d。1.虹吸管虹吸管原理：原理：利用上下游水位差利用上下游水位差頂部最大真空限制值：頂部最大真空限制值：7

24、8m，或，或7080KPa水力計(jì)算目的：水力計(jì)算目的：v確定管中流量確定管中流量v確定管頂最大真空值確定管頂最大真空值v管頂最大安裝高度管頂最大安裝高度P84，例，例5-22.水泵吸水管水泵吸水管概念：概念：取水點(diǎn)至水泵進(jìn)口的管道取水點(diǎn)至水泵進(jìn)口的管道水力計(jì)算目的：水力計(jì)算目的：v確定水泵允許安裝高度確定水泵允許安裝高度HsP85，例，例5-3 2)2svlHhdg ( +長(zhǎng)管的水力計(jì)算長(zhǎng)管的水力計(jì)算長(zhǎng)管長(zhǎng)管：指在管道的總水頭損失中，局部損失與流速：指在管道的總水頭損失中，局部損失與流速水頭之和所占比例的比例很?。ㄋ^之和所占比例的比例很?。?%），在進(jìn)行），在進(jìn)行水力計(jì)算中都可以忽略的管路。

25、水力計(jì)算中都可以忽略的管路。優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：計(jì)算大為簡(jiǎn)化，對(duì)精度影響較小。：計(jì)算大為簡(jiǎn)化，對(duì)精度影響較小。1.簡(jiǎn)單管路簡(jiǎn)單管路 概念：概念：流量及管徑沿程不變的管路為簡(jiǎn)單管路。流量及管徑沿程不變的管路為簡(jiǎn)單管路。特點(diǎn)：特點(diǎn)：不計(jì)局部水頭損失及流速水頭，測(cè)壓管不計(jì)局部水頭損失及流速水頭，測(cè)壓管 水頭線與總水頭線相重合。水頭線與總水頭線相重合。取取2-2為基準(zhǔn)面，列為基準(zhǔn)面，列1、2兩斷面的伯努利方程：兩斷面的伯努利方程：221 122022aafjppHhhgg 22flHhdg24QQAd222482Qggd2258 Q lHgd0258Sgd令20HS Q l比阻比阻S 0概念：概念：是單位流量通

26、過(guò)單位長(zhǎng)度管道所需的水頭，是單位流量通過(guò)單位長(zhǎng)度管道所需的水頭， 它取決于沿程阻力系數(shù)它取決于沿程阻力系數(shù)和管徑和管徑d。計(jì)算方法：計(jì)算方法：謝才公式；舍維列夫公式。謝才公式；舍維列夫公式。2228g,JC RC0258Sgd謝才公式謝才公式0.012n 分別當(dāng)0.013n 0.014n 舍維列夫公式舍維列夫公式對(duì)于舊鋼管、舊鑄鐵管，常采用舍維列夫公式。對(duì)于舊鋼管、舊鑄鐵管，常采用舍維列夫公式。0.30670.17360.17360.852(1)jjSKdd（1）當(dāng)當(dāng) 1.2m/s（過(guò)渡區(qū)）（過(guò)渡區(qū)）（2）當(dāng)當(dāng)1.2m/s（粗糙區(qū)）（粗糙區(qū)）05.30.001736jSdK值

27、見課本值見課本p88。計(jì)算：計(jì)算：例題例題5-5、5-62.串聯(lián)管路串聯(lián)管路 定義：定義：串聯(lián)管路是由許多簡(jiǎn)單管路首尾相接組合而串聯(lián)管路是由許多簡(jiǎn)單管路首尾相接組合而 成的管路。成的管路。管段相接之點(diǎn)稱為節(jié)點(diǎn)。管段相接之點(diǎn)稱為節(jié)點(diǎn)。意義：意義：當(dāng)供水點(diǎn)不止當(dāng)供水點(diǎn)不止一處，且沿途需要放一處，且沿途需要放出流量管徑減少時(shí)；出流量管徑減少時(shí)；或供水點(diǎn)為一處，沿或供水點(diǎn)為一處，沿程損失增加而管徑減程損失增加而管徑減小時(shí)，可節(jié)約管材。小時(shí)，可節(jié)約管材。根據(jù)在每一個(gè)節(jié)點(diǎn)上都遵循質(zhì)量平衡原理，即流入根據(jù)在每一個(gè)節(jié)點(diǎn)上都遵循質(zhì)量平衡原理，即流入的質(zhì)量流量與流出的質(zhì)量流量相等，當(dāng)?shù)馁|(zhì)量流量與流出的質(zhì)量流量相等

28、，當(dāng)=常數(shù)時(shí)，常數(shù)時(shí)，流入的體積流量等于流出的體積流量。取流入流量流入的體積流量等于流出的體積流量。取流入流量為正，流出流量為負(fù)，則對(duì)于每一個(gè)節(jié)點(diǎn)可以寫出為正，流出流量為負(fù)，則對(duì)于每一個(gè)節(jié)點(diǎn)可以寫出流量增量為流量增量為0。因此對(duì)串聯(lián)管路因此對(duì)串聯(lián)管路(無(wú)中途分流或合流無(wú)中途分流或合流)則有則有222(1 3)123011 1022 2033 3ffffHhhhhS Q lS Q lS Q l 結(jié)論：結(jié)論：無(wú)中途分流或合流，則流量相等，阻力疊加，無(wú)中途分流或合流，則流量相等，阻力疊加，總管路總管路的比阻的比阻S S等于各管段的比阻疊加；總管路的水頭損失等于各管段的比阻疊加；總管路的水頭損失等于各

29、管段水頭損失之和。等于各管段水頭損失之和。 這就是串聯(lián)管路的計(jì)算原則。這就是串聯(lián)管路的計(jì)算原則。2200ifiiiii iHhS Q lQS l 當(dāng)有流量分出時(shí)，當(dāng)有流量分出時(shí)，對(duì)每個(gè)節(jié)點(diǎn)，流量應(yīng)滿足連續(xù)性對(duì)每個(gè)節(jié)點(diǎn)，流量應(yīng)滿足連續(xù)性方程，即方程，即流向節(jié)點(diǎn)的流量等于流出節(jié)點(diǎn)的流量。流向節(jié)點(diǎn)的流量等于流出節(jié)點(diǎn)的流量。1iiiQqQ3.并聯(lián)管路并聯(lián)管路 定義：定義：流體從總管路節(jié)點(diǎn)流體從總管路節(jié)點(diǎn)a上分出兩根以上的管段，上分出兩根以上的管段，而這些管段同時(shí)又匯集到另一節(jié)點(diǎn)而這些管段同時(shí)又匯集到另一節(jié)點(diǎn)b上，在節(jié)點(diǎn)上，在節(jié)點(diǎn)a和和b之間的各管段稱為并聯(lián)管路。之間的各管段稱為并聯(lián)管路。優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：增

30、加管道供水能力，提高供水可靠性。增加管道供水能力，提高供水可靠性。特點(diǎn)：特點(diǎn)：所有并聯(lián)管段的所有并聯(lián)管段的水頭損失相等。水頭損失相等。22220011 1022 2033 3S Q lS Q lS Q lS Q l4.沿程均勻泄流管路沿程均勻泄流管路 前面討論的都是在一個(gè)管段間通過(guò)固定不變的流量，這種流前面討論的都是在一個(gè)管段間通過(guò)固定不變的流量，這種流量稱為量稱為通過(guò)流量通過(guò)流量。在工礦企業(yè)的管路系統(tǒng)中，如給水工程中。在工礦企業(yè)的管路系統(tǒng)中，如給水工程中的濾池沖洗管，除通過(guò)流量外，有時(shí)還要沿管長(zhǎng)連續(xù)不斷地的濾池沖洗管，除通過(guò)流量外，有時(shí)還要沿管長(zhǎng)連續(xù)不斷地向外泄出流量，這種管路叫做向外泄出流

31、量，這種管路叫做連續(xù)出流管路連續(xù)出流管路。其中最簡(jiǎn)單的。其中最簡(jiǎn)單的情況就是管段單位長(zhǎng)度上泄出的流量均相等，這種管路稱為情況就是管段單位長(zhǎng)度上泄出的流量均相等，這種管路稱為連續(xù)均勻出流管路連續(xù)均勻出流管路。x設(shè)管路設(shè)管路AB長(zhǎng)為長(zhǎng)為l，水頭為，水頭為H，管，管路末端通過(guò)流量為路末端通過(guò)流量為QT，沿程泄，沿程泄出的流量為出的流量為Qp在距管道出口在距管道出口x處的處的M斷面上，斷面上，其流量為：其流量為：MTPQQQ x20MfdhS Q dx22000000()(2)MlllfTPTTPPHhSQ dxSQQ xdxSQQ Q xQ x dx22 201()3TPfTPHhS l QQ Q

32、lQ l220(0.55)TfPHhS l QQ l0.55cTpQQQ l令20fcHhS lQ0TQ 當(dāng)時(shí)20013fHhS lQ0pQQ l令表明當(dāng)管路在沿程有均勻泄流時(shí)，其表明當(dāng)管路在沿程有均勻泄流時(shí)，其水頭損失僅為通過(guò)流量的水頭損失僅為通過(guò)流量的1/3.1/3.5.給水管網(wǎng)的水力計(jì)算給水管網(wǎng)的水力計(jì)算 為了向更多的用戶供水，在工程上往往將許多管路組成管網(wǎng)。為了向更多的用戶供水，在工程上往往將許多管路組成管網(wǎng)。多條管道連接組成不規(guī)則網(wǎng)狀管路系統(tǒng)，多條管道連接組成不規(guī)則網(wǎng)狀管路系統(tǒng)，按其布置情況可分為按其布置情況可分為枝狀管網(wǎng)枝狀管網(wǎng)和和環(huán)狀管網(wǎng)環(huán)狀管網(wǎng)。 枝狀管網(wǎng)的特點(diǎn)是管線于某點(diǎn)分開

33、枝狀管網(wǎng)的特點(diǎn)是管線于某點(diǎn)分開后不再匯合到一起，呈一樹枝形狀。后不再匯合到一起，呈一樹枝形狀。一般地說(shuō)，枝狀管網(wǎng)的總長(zhǎng)度較短，一般地說(shuō)，枝狀管網(wǎng)的總長(zhǎng)度較短，建筑費(fèi)用較低，但當(dāng)某處發(fā)生事故切建筑費(fèi)用較低，但當(dāng)某處發(fā)生事故切斷管路時(shí)，就要影響到一些用戶用水，斷管路時(shí)，就要影響到一些用戶用水，因而影響生活或生產(chǎn)。因而影響生活或生產(chǎn)。環(huán)狀管網(wǎng)的特點(diǎn)是管線在一共同節(jié)點(diǎn)匯合形成一閉合環(huán)狀管網(wǎng)的特點(diǎn)是管線在一共同節(jié)點(diǎn)匯合形成一閉合狀的管路。這種管網(wǎng)的供水可靠性較高，當(dāng)某段管線狀的管路。這種管網(wǎng)的供水可靠性較高，當(dāng)某段管線發(fā)生故障切斷管路時(shí)，不會(huì)影響其余管線的供水。因發(fā)生故障切斷管路時(shí)，不會(huì)影響其余管線的供

34、水。因此，一般比較大的、重要的用水單位通常采用環(huán)狀管此，一般比較大的、重要的用水單位通常采用環(huán)狀管網(wǎng)供水。但這種管網(wǎng)需要管材較多、造價(jià)高。網(wǎng)供水。但這種管網(wǎng)需要管材較多、造價(jià)高。v (1)(1)新建給水系統(tǒng)的管網(wǎng)設(shè)計(jì)，新建給水系統(tǒng)的管網(wǎng)設(shè)計(jì)，在這種情況下通在這種情況下通常是已知管網(wǎng)地區(qū)的地形資料、各管段長(zhǎng)度與端常是已知管網(wǎng)地區(qū)的地形資料、各管段長(zhǎng)度與端點(diǎn)要求的自由水頭和各節(jié)點(diǎn)的流量分配要求設(shè)計(jì)點(diǎn)要求的自由水頭和各節(jié)點(diǎn)的流量分配要求設(shè)計(jì)管路各段直徑及水塔的高度；管路各段直徑及水塔的高度；v(2)(2)擴(kuò)建已有給水系統(tǒng)的管網(wǎng)設(shè)計(jì)擴(kuò)建已有給水系統(tǒng)的管網(wǎng)設(shè)計(jì)，這類問(wèn)題通，這類問(wèn)題通常是已知水塔高度，各

35、管段長(zhǎng)度，管段端點(diǎn)的自常是已知水塔高度，各管段長(zhǎng)度，管段端點(diǎn)的自由水頭和流量分配，要求確定管徑。由水頭和流量分配，要求確定管徑。管網(wǎng)計(jì)算的兩種類型：管網(wǎng)計(jì)算的兩種類型：管網(wǎng)中各區(qū)段的管網(wǎng)中各區(qū)段的管徑是根據(jù)流量及平均流速來(lái)決定的。管徑是根據(jù)流量及平均流速來(lái)決定的。在一定在一定的流量條件下管徑的大小隨著所選取平均速度大小而不同。的流量條件下管徑的大小隨著所選取平均速度大小而不同。經(jīng)濟(jì)流速經(jīng)濟(jì)流速如果管徑選擇較小時(shí)，管路造價(jià)較低，由于流速大如果管徑選擇較小時(shí)，管路造價(jià)較低，由于流速大而管路的水頭損失大，這樣就增加水泵的電耗即增而管路的水頭損失大，這樣就增加水泵的電耗即增加了經(jīng)常運(yùn)營(yíng)費(fèi)用；加了經(jīng)常運(yùn)

36、營(yíng)費(fèi)用；如果管徑選擇過(guò)大，由于流速小，雖減小了水頭損如果管徑選擇過(guò)大，由于流速小，雖減小了水頭損失，減少了水泵經(jīng)常運(yùn)營(yíng)費(fèi)用，但卻提高了管路造失，減少了水泵經(jīng)常運(yùn)營(yíng)費(fèi)用，但卻提高了管路造價(jià)。價(jià)。解決這個(gè)矛盾只有選擇適當(dāng)?shù)钠骄魉?，使得解決這個(gè)矛盾只有選擇適當(dāng)?shù)钠骄魉伲沟霉┧目偝杀緸樽钚?，這種流速稱為經(jīng)濟(jì)流速。供水的總成本為最小，這種流速稱為經(jīng)濟(jì)流速。所所以應(yīng)以經(jīng)濟(jì)流速確定管徑。以應(yīng)以經(jīng)濟(jì)流速確定管徑。一、枝狀管網(wǎng)一、枝狀管網(wǎng) (1)新建給水系統(tǒng)的管網(wǎng)設(shè)計(jì)。新建給水系統(tǒng)的管網(wǎng)設(shè)計(jì)。在計(jì)算時(shí)先按平均經(jīng)濟(jì)在計(jì)算時(shí)先按平均經(jīng)濟(jì)流速在已知流量條件下選擇管徑然后利用管路計(jì)算的基本流速在已知流量條件下選

37、擇管徑然后利用管路計(jì)算的基本公式公式20f nn nnhS l Q算出各段的水頭損失，再計(jì)算從水塔建筑物到管網(wǎng)最算出各段的水頭損失，再計(jì)算從水塔建筑物到管網(wǎng)最不利的控制點(diǎn)的總水頭損失不利的控制點(diǎn)的總水頭損失( (即管網(wǎng)上距離水塔最遠(yuǎn)、要即管網(wǎng)上距離水塔最遠(yuǎn)、要求自由水頭滿足或稍富余某點(diǎn)供水需要的壓力及流量的水頭求自由水頭滿足或稍富余某點(diǎn)供水需要的壓力及流量的水頭) )以及地形標(biāo)高最高之點(diǎn)與水塔處地形標(biāo)高之差。于是以及地形標(biāo)高最高之點(diǎn)與水塔處地形標(biāo)高之差。于是水塔高度按下式計(jì)算水塔高度按下式計(jì)算0tfztHhHzzHzhfztHzJ0ttzHzzHJl2002JJS QSdQ在求出水力坡度后，可

38、依此求出管段的流量特性和管道直徑在求出水力坡度后，可依此求出管段的流量特性和管道直徑例例5-12二、環(huán)狀管網(wǎng)二、環(huán)狀管網(wǎng) 環(huán)狀管網(wǎng)的計(jì)算比較復(fù)雜。在計(jì)算環(huán)狀管網(wǎng)時(shí)，首先根據(jù)環(huán)狀管網(wǎng)的計(jì)算比較復(fù)雜。在計(jì)算環(huán)狀管網(wǎng)時(shí)，首先根據(jù)地形圖確定管網(wǎng)的布置及確定各管段的長(zhǎng)度，根據(jù)需要確定地形圖確定管網(wǎng)的布置及確定各管段的長(zhǎng)度，根據(jù)需要確定節(jié)點(diǎn)的流量。按照經(jīng)濟(jì)流速?zèng)Q定各管段的通過(guò)流量，并確定節(jié)點(diǎn)的流量。按照經(jīng)濟(jì)流速?zèng)Q定各管段的通過(guò)流量，并確定各管段管徑及計(jì)算水頭損失。各管段管徑及計(jì)算水頭損失。 (1)在各個(gè)節(jié)點(diǎn)上流入的流量等于流出的流量。在各個(gè)節(jié)點(diǎn)上流入的流量等于流出的流量。如以如以流入節(jié)點(diǎn)的流量為正，流出節(jié)

39、點(diǎn)的流量為負(fù)，則二者的總和流入節(jié)點(diǎn)的流量為正，流出節(jié)點(diǎn)的流量為負(fù)，則二者的總和應(yīng)為零。即應(yīng)為零。即 (2)在任一封閉環(huán)內(nèi)，水流由某一節(jié)點(diǎn)沿兩個(gè)方向在任一封閉環(huán)內(nèi)，水流由某一節(jié)點(diǎn)沿兩個(gè)方向流向另一節(jié)點(diǎn)時(shí)，兩方向的水頭損失應(yīng)相等。流向另一節(jié)點(diǎn)時(shí)，兩方向的水頭損失應(yīng)相等。如以如以水流順時(shí)針?lè)较虻乃珦p失為正，逆時(shí)針?lè)较虻乃^損失水流順時(shí)針?lè)较虻乃珦p失為正，逆時(shí)針?lè)较虻乃^損失為負(fù)，則二者的總和應(yīng)為零。即為負(fù)，則二者的總和應(yīng)為零。即有關(guān)管道中非恒定流在工程中會(huì)經(jīng)常碰到，例如有關(guān)管道中非恒定流在工程中會(huì)經(jīng)常碰到，例如 l 水泵在突然停電時(shí)迅速停止運(yùn)行水泵在突然停電時(shí)迅速停止運(yùn)行l(wèi) 有壓管出口閘門突然關(guān)

40、閉有壓管出口閘門突然關(guān)閉l 水輪機(jī)電力系統(tǒng)負(fù)荷改變需迅速調(diào)節(jié)導(dǎo)水葉水輪機(jī)電力系統(tǒng)負(fù)荷改變需迅速調(diào)節(jié)導(dǎo)水葉或閥門，使水電站引水管中流量迅速改變或閥門，使水電站引水管中流量迅速改變5.6.1 5.6.1 概述概述當(dāng)有壓管中的流速因某種外界原因而發(fā)生急劇變化時(shí)，當(dāng)有壓管中的流速因某種外界原因而發(fā)生急劇變化時(shí)，將引起液體內(nèi)部壓強(qiáng)產(chǎn)生迅速交替升降的現(xiàn)象，這種將引起液體內(nèi)部壓強(qiáng)產(chǎn)生迅速交替升降的現(xiàn)象，這種交替升降的壓強(qiáng)作用在管壁、閥門或其它管路元件上交替升降的壓強(qiáng)作用在管壁、閥門或其它管路元件上好像錘擊一樣，故稱為水擊（或水錘）。好像錘擊一樣，故稱為水擊（或水錘）。pgV00pgH0ABLpg 因此，有壓

41、管道設(shè)計(jì)中必須進(jìn)行水擊計(jì)算，以因此，有壓管道設(shè)計(jì)中必須進(jìn)行水擊計(jì)算，以確定最大和最小水擊壓強(qiáng)，確定最大和最小水擊壓強(qiáng)， 并采取防止或消弱水擊的并采取防止或消弱水擊的工程措施。工程措施。 常采用的工程措施之一就是在管道系統(tǒng)中修建調(diào)常采用的工程措施之一就是在管道系統(tǒng)中修建調(diào)壓、井（室）壓、井（室）.V00pgH0ABLpgc0Lttc V=0V00pgH0ABLpg2LLttcc V0cV023LLttcc V00pgH0ABLpgV0V0=0pgcV=034LLttcc V00pgH0ABLpgV0V0=0pgV0cV0流速由流速由V00，壓強(qiáng)增加壓強(qiáng)增加p，管壁膨脹管壁膨脹流速由流速由0 -V

42、0 ，壓強(qiáng)減小，恢復(fù)原狀，壓強(qiáng)減小，恢復(fù)原狀，管壁恢復(fù)原狀管壁恢復(fù)原狀流速由流速由-V00，壓強(qiáng)降低壓強(qiáng)降低p，管壁收縮管壁收縮流速由流速由0 V0 ，壓強(qiáng)增加，恢復(fù)原狀壓強(qiáng)增加，恢復(fù)原狀，管壁恢復(fù)原狀管壁恢復(fù)原狀 4階段末液體階段末液體和管壁狀態(tài)和管壁狀態(tài) 壓強(qiáng)壓強(qiáng) 流速變化流速變化 水擊波水擊波 傳播方向傳播方向 流流 向向 時(shí)時(shí) 程程 階段階段 恢復(fù)正常恢復(fù)正常34LLtcc ABAB 00p)pp( 00v液體膨脹液體膨脹管壁收縮管壁收縮 3階段末液體階段末液體和管壁狀態(tài)和管壁狀態(tài) 壓強(qiáng)壓強(qiáng) 流速變化流速變化 水擊波水擊波 傳播方向傳播方向 流流 向向 時(shí)時(shí) 程程 階段階段 23LLt

43、cc )(ppp 0000 vAB AB 恢復(fù)正常恢復(fù)正常 2LLtac ABAB00p)pp( 00v 2階段末液體階段末液體和管壁狀態(tài)和管壁狀態(tài) 壓強(qiáng)壓強(qiáng) 流速變化流速變化 水擊波水擊波 傳播方向傳播方向 流流 向向 時(shí)時(shí) 程程 階段階段 階段末液體階段末液體和管壁狀態(tài)和管壁狀態(tài) 壓強(qiáng)壓強(qiáng) 流速變化流速變化 水擊波水擊波 傳播方向傳播方向 時(shí)時(shí) 程程 階段階段 液體壓縮液體壓縮 管壁膨脹管壁膨脹ABAB)pp(p 0000v 1階段末液體階段末液體和管壁狀態(tài)和管壁狀態(tài) 壓強(qiáng)壓強(qiáng) 流速變化流速變化 水擊波水擊波 傳播方向傳播方向 流流 向向 時(shí)時(shí) 程程 階段階段 0Ltc Lco2 Lc3

44、Lc4 Lc5 Lc6 Lcp0p0+pp0-pLco2 Lc3 Lc4 Lc5 Lc6 Lcp0p0+pp0-pLco2 Lc3 Lc4 Lc5 Lc6 Lcp0p0+pp0-plc2()Llc2lc2()Llclc依動(dòng)量定理可推得：依動(dòng)量定理可推得：0()pc VV 或或0()pcHVVgg當(dāng)閥門突然完全關(guān)閉時(shí)，當(dāng)閥門突然完全關(guān)閉時(shí)，V V=0=0，則有，則有0pcV 或或0pcHVgg脫離體脫離體cv0H0 p0 pAB從發(fā)生水擊的有壓管流中取出長(zhǎng)為從發(fā)生水擊的有壓管流中取出長(zhǎng)為 的控制體研究的控制體研究l 直接水擊壓強(qiáng)的計(jì)算直接水擊壓強(qiáng)的計(jì)算控制體控制體l 當(dāng)閥門部分關(guān)閉而發(fā)生水擊時(shí)，

45、水擊波向上游傳播，則當(dāng)閥門部分關(guān)閉而發(fā)生水擊時(shí)，水擊波向上游傳播，則 過(guò)流斷面由過(guò)流斷面由 A 增加為增加為 A A+ + A 液體壓強(qiáng)由液體壓強(qiáng)由p0 增加為增加為 p0 + p 液體密度由液體密度由增加為增加為 + p0lcnnmmav0vp0+pp0p0lcnnmmav0vp0+pp0 x 則沿管軸方向動(dòng)量變化為則沿管軸方向動(dòng)量變化為 0lvAlvAA v0 v A A + A p0 p0 + p + ApApAppApAAApppA 沿管軸方向作用力的變化為沿管軸方向作用力的變化為考慮到考慮到 ，展開后并略去二階微量，則，展開后并略去二階微量，則lct 00AAlvA lvA ctvv

46、 tpA 作用在作用在m.nm.n 段上外力段上外力 ( (若不計(jì)摩擦阻力若不計(jì)摩擦阻力) ) 為：為： AppAAppApAAApppA 略去二階微量，并考慮到略去二階微量，并考慮到 ，則外力為，則外力為AppA p0lcnnmmav0vp0+pp0 x動(dòng)量變化量動(dòng)量變化量00AAlvA lvA ctvv tpA 作用在作用在m.nm.n 段上外力段上外力 ( (若不計(jì)摩擦阻力若不計(jì)摩擦阻力) ) 為：為： 根據(jù)動(dòng)量定理得：根據(jù)動(dòng)量定理得： 0pc vv 即即 0Act vvpA t 若以水頭表示壓強(qiáng)增量，則若以水頭表示壓強(qiáng)增量，則 0pcHvvg 儒科夫斯基（儒科夫斯基（1898年）直接水

47、擊壓強(qiáng)的計(jì)算公式年）直接水擊壓強(qiáng)的計(jì)算公式當(dāng)閥門突然完全關(guān)閉，水擊壓強(qiáng)最大值計(jì)算公式為當(dāng)閥門突然完全關(guān)閉，水擊壓強(qiáng)最大值計(jì)算公式為 00pcvcHvg 根據(jù)質(zhì)量守恒原理可推導(dǎo)出水擊波的傳播速度根據(jù)質(zhì)量守恒原理可推導(dǎo)出水擊波的傳播速度11()1)KcDK DKEEK、液體的體積模量、密度液體的體積模量、密度E、D、管壁材料的彈性模量、管徑、管壁厚度管壁材料的彈性模量、管徑、管壁厚度 在前面的討論中，認(rèn)為閥門是瞬時(shí)關(guān)閉的。實(shí)際上在前面的討論中，認(rèn)為閥門是瞬時(shí)關(guān)閉的。實(shí)際上, , 關(guān)閉閥門總是需要一定時(shí)間。關(guān)閉閥門總是需要一定時(shí)間。 在這一時(shí)間內(nèi)，每一個(gè)微在這一時(shí)間內(nèi)，每一個(gè)微小的關(guān)閉動(dòng)作都會(huì)在閥門

48、處產(chǎn)生一個(gè)相應(yīng)的水擊增壓波。小的關(guān)閉動(dòng)作都會(huì)在閥門處產(chǎn)生一個(gè)相應(yīng)的水擊增壓波。 這個(gè)水擊波向水庫(kù)方向傳播，當(dāng)?shù)谝粋€(gè)增壓波到這個(gè)水擊波向水庫(kù)方向傳播，當(dāng)?shù)谝粋€(gè)增壓波到達(dá)水庫(kù)后，隨即反射回一個(gè)減壓波，這個(gè)減壓波與從達(dá)水庫(kù)后，隨即反射回一個(gè)減壓波，這個(gè)減壓波與從閘門傳來(lái)的增壓波在管道中相遇。閘門傳來(lái)的增壓波在管道中相遇。 因此，因此，管道任意斷面，任意時(shí)刻的水擊壓強(qiáng)為通過(guò)該斷管道任意斷面，任意時(shí)刻的水擊壓強(qiáng)為通過(guò)該斷面的水擊順波和逆波疊加。面的水擊順波和逆波疊加。v0H0 p0AB逆逆 波波 順順 波波 l 直接水擊直接水擊 當(dāng)閘門關(guān)閉產(chǎn)生的增壓逆波，經(jīng)過(guò)管道進(jìn)口反射后，成為當(dāng)閘門關(guān)閉產(chǎn)生的增壓逆波

49、，經(jīng)過(guò)管道進(jìn)口反射后，成為減壓順波。第一個(gè)減壓波回到閥門處，閥門已經(jīng)完成關(guān)閉的減壓順波。第一個(gè)減壓波回到閥門處，閥門已經(jīng)完成關(guān)閉的動(dòng)作。閥門處水擊壓強(qiáng)未受減壓波影響，而與閥門突然關(guān)閉動(dòng)作。閥門處水擊壓強(qiáng)未受減壓波影響，而與閥門突然關(guān)閉時(shí)的水擊壓強(qiáng)相同。時(shí)的水擊壓強(qiáng)相同。 因此，當(dāng)閥門關(guān)閉時(shí)間因此，當(dāng)閥門關(guān)閉時(shí)間 時(shí)，閥門處的最大水時(shí)，閥門處的最大水擊壓強(qiáng)不受反射回來(lái)的減壓波影響，這種水擊稱為擊壓強(qiáng)不受反射回來(lái)的減壓波影響，這種水擊稱為直接水擊。直接水擊。 rTT 閘門處壓強(qiáng)大小與閥門的關(guān)閉時(shí)間長(zhǎng)短有關(guān)，以一個(gè)閘門處壓強(qiáng)大小與閥門的關(guān)閉時(shí)間長(zhǎng)短有關(guān)，以一個(gè)相長(zhǎng)相長(zhǎng) 為時(shí)間基準(zhǔn)來(lái)探討水擊的分類。為

50、時(shí)間基準(zhǔn)來(lái)探討水擊的分類。cLTr2 l 直接水擊直接水擊 當(dāng)閥門關(guān)閉時(shí)間當(dāng)閥門關(guān)閉時(shí)間 水擊水擊.rTT l 間接水擊間接水擊 當(dāng)閥門關(guān)閉時(shí)間當(dāng)閥門關(guān)閉時(shí)間 水擊水擊.rTT 間接水擊間接水擊當(dāng)閥門關(guān)閉時(shí)間當(dāng)閥門關(guān)閉時(shí)間 時(shí)，閥門處最大壓強(qiáng)由閘門關(guān)閉產(chǎn)時(shí)，閥門處最大壓強(qiáng)由閘門關(guān)閉產(chǎn)生的增壓波和從水庫(kù)反射回來(lái)的減壓波疊加而成。因此，生的增壓波和從水庫(kù)反射回來(lái)的減壓波疊加而成。因此，兩者抵消了一部分，減少了閘門處壓強(qiáng)。兩者抵消了一部分，減少了閘門處壓強(qiáng)。rTT 間接水擊時(shí)閥門處的最大水擊壓強(qiáng)小于直接水擊。間接水擊時(shí)閥門處的最大水擊壓強(qiáng)小于直接水擊。工程設(shè)計(jì)中總是試圖合理選擇參數(shù)，盡量延長(zhǎng)閥工程設(shè)

51、計(jì)中總是試圖合理選擇參數(shù)，盡量延長(zhǎng)閥門調(diào)節(jié)時(shí)間，以避免產(chǎn)生直接水擊。門調(diào)節(jié)時(shí)間，以避免產(chǎn)生直接水擊。 l分析閥門逐漸關(guān)閉時(shí)有壓管道中的水擊分析閥門逐漸關(guān)閉時(shí)有壓管道中的水擊 閥門突然關(guān)閉是分析問(wèn)題方便而假設(shè)的一種理想情況。閥門突然關(guān)閉是分析問(wèn)題方便而假設(shè)的一種理想情況。事實(shí)上，關(guān)閉閥門總需要一定時(shí)間，事實(shí)上，關(guān)閉閥門總需要一定時(shí)間，閥門總是逐漸關(guān)閉的。閥門總是逐漸關(guān)閉的。 由水擊波速計(jì)算公式可知，閥門關(guān)閉時(shí)間長(zhǎng)短，不影響由水擊波速計(jì)算公式可知，閥門關(guān)閉時(shí)間長(zhǎng)短，不影響水擊波傳播速度。所以，閥門逐漸關(guān)閉時(shí)，水擊波傳播速度水擊波傳播速度。所以，閥門逐漸關(guān)閉時(shí)，水擊波傳播速度不變。不變。 閥門逐漸關(guān)

52、閉整個(gè)過(guò)程：閥門逐漸關(guān)閉整個(gè)過(guò)程： 是由一系列微小突然關(guān)閉過(guò)程的綜合。是由一系列微小突然關(guān)閉過(guò)程的綜合。 設(shè)閥門關(guān)閉總時(shí)間為設(shè)閥門關(guān)閉總時(shí)間為Ts Ts可將分成可將分成n個(gè)時(shí)段個(gè)時(shí)段: tl、t2 、tn Ts ti 若每個(gè)微小突然關(guān)閉發(fā)生在每時(shí)段初若每個(gè)微小突然關(guān)閉發(fā)生在每時(shí)段初, 管內(nèi)原壓強(qiáng)管內(nèi)原壓強(qiáng)p0、流速流速v0t1時(shí)段段第一個(gè)微小突然關(guān)閉，時(shí)段段第一個(gè)微小突然關(guān)閉， 流速由流速由v0減至減至v1；t2時(shí)段第二個(gè)微小突然關(guān)閉，時(shí)段第二個(gè)微小突然關(guān)閉， 流速由流速由v1減至減至v2；.tn時(shí)段第時(shí)段第n個(gè)微小突然關(guān)閉，個(gè)微小突然關(guān)閉， 流速由流速由vn-1減至零。減至零。由各微小突然關(guān)

53、閉單獨(dú)引起的閥門斷面水擊壓強(qiáng)增值為由各微小突然關(guān)閉單獨(dú)引起的閥門斷面水擊壓強(qiáng)增值為 t1時(shí)段時(shí)段 p1 =c(v0-v1） t2時(shí)段時(shí)段 p2 =c(v1-v2） ti時(shí)段時(shí)段 pi =c(vi-1-vi） tn時(shí)段時(shí)段 pn =c(vn-1-vn） 第一個(gè)微小水擊波產(chǎn)生后，以波速第一個(gè)微小水擊波產(chǎn)生后，以波速 c 向水庫(kù)方向傳播，向水庫(kù)方向傳播，到達(dá)水庫(kù)后，又以減壓波方式用同樣的波速反射回來(lái)，到達(dá)水庫(kù)后，又以減壓波方式用同樣的波速反射回來(lái)，到達(dá)閥門斷面所需的時(shí)間到達(dá)閥門斷面所需的時(shí)間2L/c 顯然顯然, 閥門關(guān)閉時(shí)間閥門關(guān)閉時(shí)間Ts與時(shí)段與時(shí)段2 L/c大小相對(duì)關(guān)系，會(huì)大小相對(duì)關(guān)系，會(huì) 影響影