第五章：孔口、管嘴出流與有壓管路

1、2022-5-81第五章第五章 孔口、管嘴出流和有壓管路孔口、管嘴出流和有壓管路 5.1 孔口出流孔口出流5.2 管嘴出流管嘴出流5.3 短管出流短管出流5.4 長管的水力計算長管的水力計算5.5 給水管網(wǎng)水力計算基礎(chǔ)給水管網(wǎng)水力計算基礎(chǔ)5.6 有壓管路中的水擊有壓管路中的水擊2022-5-82概概 述述 在工程中，工程中常見的一些流動現(xiàn)象，如：在工程中，工程中常見的一些流動現(xiàn)象，如：孔口出流、孔口出流、管嘴出流管嘴出流和和有壓管流有壓管流。這些流動現(xiàn)象在專業(yè)中有很大的實用意。這些流動現(xiàn)象在專業(yè)中有很大的實用意義，如：通風工程中空氣義，如：通風工程中空氣通過門窗的流量計算通過門窗的流量計算、通

2、過孔板送風通過孔板送風量的計算量的計算和暖通空調(diào)系統(tǒng)中和暖通空調(diào)系統(tǒng)中各種管道系統(tǒng)的計算各種管道系統(tǒng)的計算等。等。 本章將應用前述的流體基本原理結(jié)合具體流動條件，本章將應用前述的流體基本原理結(jié)合具體流動條件，研研究流體經(jīng)孔口、管嘴和在管路中的水力計算原理和方法。究流體經(jīng)孔口、管嘴和在管路中的水力計算原理和方法。p0 papa孔板送風孔板送風樓板夾樓板夾層層房間房間2022-5-83孔口、管嘴、管路區(qū)分孔口、管嘴、管路區(qū)分d dl當當 34d 或或 l 34d 為孔口；為孔口；當當 = 34d 或或 l = 34d 為管嘴；為管嘴；當當 34d 或或 l 34d 為短管（管路）；為短管（管路）；

3、2022-5-84孔口、管嘴出流與有壓管流孔口、管嘴出流與有壓管流管嘴出流：管嘴出流：流體經(jīng)短管并在出口斷面滿管流體經(jīng)短管并在出口斷面滿管流流 出的流動現(xiàn)象。出的流動現(xiàn)象。有壓管流：有壓管流：沿管道滿管流動的流動現(xiàn)象。沿管道滿管流動的流動現(xiàn)象。 特點：特點：無自由液面，流體壓強一般不等于大氣壓強。無自由液面，流體壓強一般不等于大氣壓強。d1Hd2qv1qv2有壓管流有壓管流孔口出流孔口出流：流體經(jīng)過孔口出流的流動現(xiàn)象。流體經(jīng)過孔口出流的流動現(xiàn)象。dHCC管嘴出流管嘴出流dHCC孔口出流孔口出流2022-5-855.1.1.孔口出流分類孔口出流分類u按按d和和H的比值不同分：的比值不同分： 大孔

4、口大孔口（d/H0.1）、小孔口、小孔口（d/H0.1）dHCCu按作用水頭是否隨時間而變化分：按作用水頭是否隨時間而變化分：恒定出流、非恒定出流恒定出流、非恒定出流 u根據(jù)壁厚是否影響射流形狀分：根據(jù)壁厚是否影響射流形狀分：薄壁孔口、厚壁孔口薄壁孔口、厚壁孔口 u根據(jù)出流空間情況可分：根據(jù)出流空間情況可分：自由出流、淹沒出流自由出流、淹沒出流 淹沒出淹沒出流流淹沒出淹沒出流流自由出流自由出流5-1 孔口出流孔口出流 5.1.2.1 小孔口的自由出流小孔口的自由出流容器中的液體自孔口出流到大氣中，稱為孔口自由出流。容器中的液體自孔口出流到大氣中，稱為孔口自由出流。設孔口斷面的面積為設孔口斷面的

5、面積為A A，收縮，收縮斷面的面積為斷面的面積為 ， 稱為稱為孔口收縮系數(shù)?？卓谑湛s系數(shù)。cAAAc2d孔口自由出流時，在出流流股距孔口自由出流時，在出流流股距孔口孔口 處，流線斷面收縮達到處，流線斷面收縮達到最小，流線趨于平行，成為漸變最小，流線趨于平行，成為漸變流，該斷面稱為收縮斷面。流，該斷面稱為收縮斷面。收縮斷面，即圖右中的收縮斷面，即圖右中的c-cc-c斷面。斷面?；鶞拭妫嚎卓谛涡牡乃矫婊鶞拭妫嚎卓谛涡牡乃矫嫒嗝嫒嗝?-00-0和收縮斷面和收縮斷面c-cc-c，符合，符合漸變流條件漸變流條件伯努利方程伯努利方程 ：wccchgvgpgvgpH20222000沿程損失甚微沿程損

6、失甚微202cwjvhhggvgvgppHccc2)(2202000gvgvgvgpgpHcccc22022022000整理整理則則 000221gHgHvcc作用總水頭局部阻力系數(shù)圓形薄壁小孔口，圓形薄壁小孔口，由實驗得可由實驗得可流速系流速系數(shù)為：數(shù)為： 98. 097. 0孔口出流的流量為孔口出流的流量為gvgppHHc220000令令 00111c流速系數(shù)：流速系數(shù)：0022gHAgHAAvQcc孔口的流量系數(shù)對圓形薄壁小孔口對圓形薄壁小孔口 。 62. 060. 05.1.2.1小孔口的淹沒出流小孔口的淹沒出流淹沒出流：淹沒出流：如果孔口流出的水如果孔口流出的水股不是進入大氣中，而是

7、進入股不是進入大氣中，而是進入另一部分水中，即孔口淹沒在另一部分水中，即孔口淹沒在下游水面之下的情況。下游水面之下的情況。u取符合漸變流條件的斷面取符合漸變流條件的斷面1-11-1及及2-22-2u基準面：過孔口形心的水平面基準面：過孔口形心的水平面gvvgppHHH222221121210其中其中列伯努利方程：列伯努利方程：gvgvgvgpHgvgpHcsec22222202222221111當孔口兩側(cè)均為敞口容器，水面為自由液面當孔口兩側(cè)均為敞口容器，水面為自由液面 ，當，當容積較大時可取容積較大時可取 ，則，則 021 pp021 vvgvHcse2)(200此時，此時，gvHc2) 1

8、(2000002211gHgHvc孔口的局部阻力系數(shù)孔口的局部阻力系數(shù)收縮斷面收縮斷面局部阻力系數(shù)局部阻力系數(shù)1se011 為淹沒出流流速系數(shù)，與自由出流為淹沒出流流速系數(shù)，與自由出流 數(shù)值相等，數(shù)值相等，但含義有所不同。自由出流時但含義有所不同。自由出流時 ，淹沒出流時，淹沒出流時 0 . 1c0 . 1se 孔口淹沒出流流量為：孔口淹沒出流流量為： 0022gHAgHAAvQcc孔口自由出流與淹沒出流其公式形式相同，孔口自由出流與淹沒出流其公式形式相同， 、 在孔口相在孔口相同條件下亦相等。同條件下亦相等。但應注意，在自由出流情況下，孔口的水頭但應注意，在自由出流情況下，孔口的水頭H H為

9、水面至孔口為水面至孔口形心的深度；而在淹沒出流時，孔口的水頭形心的深度；而在淹沒出流時，孔口的水頭H H為孔口上、下為孔口上、下游的水面高差。游的水面高差。 因此，孔口淹沒出流時不論大孔口出流還因此，孔口淹沒出流時不論大孔口出流還是小孔口出流，其計算方法相同。是小孔口出流，其計算方法相同。 5.1.3大孔口出流大孔口出流 實際計算表明，小孔口的流量計算公式實際計算表明，小孔口的流量計算公式 也適用于大孔口，在估算大孔口流量時，應考慮上游流速水也適用于大孔口，在估算大孔口流量時，應考慮上游流速水頭，而且流量系數(shù)值因收縮系數(shù)比小孔口大，因而流量系數(shù)頭，而且流量系數(shù)值因收縮系數(shù)比小孔口大，因而流量系

10、數(shù)亦大。亦大。 02gHvc表表7-17-1大孔口的流量系數(shù)大孔口的流量系數(shù) 5.1.4孔口的變水頭出流孔口的變水頭出流 在孔口（或管嘴）出流過程中，如容器水面隨時間變在孔口（或管嘴）出流過程中，如容器水面隨時間變化，孔口的流量必亦隨時間變化，這種情況稱為化，孔口的流量必亦隨時間變化，這種情況稱為變水頭孔變水頭孔口（或管嘴）出流口（或管嘴）出流 。 變水頭孔口（或管嘴）出流是非恒定流。假定容器內(nèi)變水頭孔口（或管嘴）出流是非恒定流。假定容器內(nèi)液面高度變化緩慢，在每一個微小時段液面高度變化緩慢，在每一個微小時段 內(nèi)可近似認為水內(nèi)可近似認為水位不變，可應用孔口（或管嘴）恒定出流的公式。這樣就位不變，

11、可應用孔口（或管嘴）恒定出流的公式。這樣就把非恒定流問題轉(zhuǎn)化為恒定流處理。把非恒定流問題轉(zhuǎn)化為恒定流處理。td 某時刻，孔口的水頭為某時刻，孔口的水頭為 ，在微小，在微小時段時段 內(nèi)，經(jīng)孔口流出的液體體積為內(nèi)，經(jīng)孔口流出的液體體積為 htdtghAtQd2dhtQddhtghAdd2hhgAtd2d在同一時段內(nèi)，容器內(nèi)水面降落在同一時段內(nèi)，容器內(nèi)水面降落 ，于是液體所減少的體積為于是液體所減少的體積為 ，由于從孔口流出的液體體積應該和容，由于從孔口流出的液體體積應該和容器中液體體積變化數(shù)量相等，即器中液體體積變化數(shù)量相等，即 hdhVdd)(22d22121HHgAhhgAtHH ，則求得容器

12、，則求得容器“泄空泄空”（水面降到孔口處）所需時間（水面降到孔口處）所需時間02Hmax11122222QVgHAHgAHt 上式表明，變水頭出流時容器上式表明，變水頭出流時容器“泄空泄空”所需要的時間所需要的時間等于在起始水頭等于在起始水頭 作用下恒定出流流出同體積水所需時作用下恒定出流流出同體積水所需時間的二倍。間的二倍。 1H容器泄空體積容器泄空體積開始出流開始出流最大流量最大流量5.2管嘴恒定出流管嘴恒定出流 若孔口器壁厚度若孔口器壁厚度 時，或在孔口處有長度時，或在孔口處有長度 的短管，液體經(jīng)短管流出并在出口斷面充滿管口的流動現(xiàn)象的短管，液體經(jīng)短管流出并在出口斷面充滿管口的流動現(xiàn)象稱

13、為稱為管嘴出流管嘴出流。管嘴出流分為。管嘴出流分為自由出流和淹沒出流。自由出流和淹沒出流。 d43dl43u0 00 0斷面及斷面及b bb b斷面斷面管嘴水頭損失wbhgvgpgvgpH2222000列伯諾里方程：列伯諾里方程：u以管嘴中心線為基準線。以管嘴中心線為基準線。 5.2.1圓柱形外管嘴恒定出流圓柱形外管嘴恒定出流2200 00 0022bppvvHHHggg代入伯努利方程，解得代入伯努利方程，解得 00221gHgHvnn0022gHAgHAvAQnn沿程水頭損失很小可略去沿程水頭損失很小可略去22wjnvhhg則：則：2022-5-819 計算公式完全一樣，但流量系數(shù)不同，計算

14、公式完全一樣，但流量系數(shù)不同，n=1.32，說明在相同水頭作用下，同樣過流斷面，管嘴過流能說明在相同水頭作用下，同樣過流斷面，管嘴過流能力是孔口過流能力的力是孔口過流能力的1.321.32倍，這是由于收縮斷面真空倍，這是由于收縮斷面真空作用的結(jié)果。作用的結(jié)果。 管嘴出流與孔口出流比較：管嘴出流與孔口出流比較：0vgH2Aq 62. 060. 0 孔出流口：孔出流口：0nvgH2Aq 82. 0 nn管嘴流口：管嘴流口：2022-5-8205.2.25.2.2、其它形式的管嘴、其它形式的管嘴 流速、流量計算公式與圓柱形外管嘴完全相同，只是流流速、流量計算公式與圓柱形外管嘴完全相同，只是流速系數(shù)、

15、流量系數(shù)不同而已。具體數(shù)值可查有關(guān)圖表。速系數(shù)、流量系數(shù)不同而已。具體數(shù)值可查有關(guān)圖表。 97. 0 圓錐形擴張管嘴圓錐形擴張管嘴：具有較大過流能力和較低出口流速；：具有較大過流能力和較低出口流速；圓錐形收斂管嘴圓錐形收斂管嘴：具有較大出口流速；：具有較大出口流速；流線型管嘴流線型管嘴：管嘴內(nèi)無收縮、擴張，阻力系數(shù)最小。：管嘴內(nèi)無收縮、擴張，阻力系數(shù)最小。2022-5-821孔口管嘴出流特性孔口管嘴出流特性 5.3短管出流短管出流 根據(jù)短管的出流情況，可將其分為自由出流和淹沒根據(jù)短管的出流情況，可將其分為自由出流和淹沒出流加以分析出流加以分析 。 以過出口斷面以過出口斷面2 22 2形心的水平

16、面為形心的水平面為基準面，在水池中基準面，在水池中離管路進口某一距離管路進口某一距離處取斷面離處取斷面1 11 1，對對1 11 1和和2 22 2斷面斷面列伯努利方程列伯努利方程 5.3.1自由出流自由出流waahgvgpgvgpH202220002002HgvH令令 由上式可知，短管水流在自由出流的情況下，它的作由上式可知，短管水流在自由出流的情況下，它的作用水頭用水頭 除了用于克服水流阻力而引起的能量損失外，除了用于克服水流阻力而引起的能量損失外，還有一部分變成出口動能。還有一部分變成出口動能。 0HwhgvH220則則水頭損失包括水頭損失包括 222222wfjcl vvvhhhdgg

17、g3212 、 、 分別表示在管路進口、彎頭及閘門處的局部分別表示在管路進口、彎頭及閘門處的局部阻力系數(shù)。阻力系數(shù)。123 短管的總阻力系數(shù)，短管的總阻力系數(shù)， cdlc將水頭損失代入將水頭損失代入 ，得，得 whgvH220gvHc2)(200 . 1取取 0211gHvc局部阻力系數(shù)由連續(xù)性方程，得由連續(xù)性方程，得 0121cQAvAgH11cc令令02cQAgH短管的流量為短管的流量為短管自由出流的流短管自由出流的流量系數(shù)量系數(shù)短管的過水斷面短管的過水斷面面積面積5.3.2淹沒出流淹沒出流 以下游自由表以下游自由表面面0 00 0作為基準面作為基準面，在斷面，在斷面1 11 1和斷和斷面

18、面2 22 2之間建立伯之間建立伯努利方程努利方程waahgvgpgvgpH2022222002002wvHhg20002vHHg令令0ap 22 202vg則則whH 0說明短管水流在淹沒出流的情況下，它的作用水頭完全說明短管水流在淹沒出流的情況下，它的作用水頭完全消耗在沿程水頭損失和局部水頭損失上。消耗在沿程水頭損失和局部水頭損失上。 水頭損失為水頭損失為2222wfjclvvhhh()dgg式中的式中的 和和 的意義與式的意義與式 所表示的相同。所表示的相同。 c222222wfjcl vvvhhhdggg43212其中，其中， 、 、 、 分別表示在管道進口、彎頭、閥門及管分別表示在管

19、道進口、彎頭、閥門及管路出口處的局部阻力系數(shù)。路出口處的局部阻力系數(shù)。 1234gvhHcw220所以所以平均流速平均流速012cvgH若管道的過水斷面面積為若管道的過水斷面面積為A A，則通過管道的流量，則通過管道的流量 02cQvAAgH式中，式中， 稱為短管淹沒出流的流量系數(shù)。稱為短管淹沒出流的流量系數(shù)。1cc 短管在自由出流和淹沒出流情況下，流量計算公式短管在自由出流和淹沒出流情況下，流量計算公式的形式及流量系數(shù)的數(shù)值是相同的，但作用水頭的計算的形式及流量系數(shù)的數(shù)值是相同的，但作用水頭的計算是不同的，自由出流時作用水頭為出口斷面形心點上的是不同的，自由出流時作用水頭為出口斷面形心點上的

20、總水頭，淹沒出流時上下游自由表面總水頭差?？偹^，淹沒出流時上下游自由表面總水頭差。5.4長管水力計算長管水力計算 在管道較長，等直徑的情在管道較長，等直徑的情況下況下, ,局部水頭損失和流速水頭局部水頭損失和流速水頭可以忽略不計，這就屬于可以忽略不計，這就屬于長管長管水力計算水力計算問題。問題。 對于自由出流，對斷面對于自由出流，對斷面1 11 1和和2 22 2建立能量方程式，建立能量方程式，221 12200022wvvHhgg在長管水力計算中，局部水頭損失與管道的流速水頭可以在長管水力計算中，局部水頭損失與管道的流速水頭可以忽略不計，因此忽略不計，因此 fHh這說明，這說明，長管全部作

21、用水頭都消耗于沿程水頭損失長管全部作用水頭都消耗于沿程水頭損失 長管的流速水頭長管的流速水頭 忽略不計，因此它的總水頭線忽略不計，因此它的總水頭線與測壓管水頭線重合與測壓管水頭線重合 ，即從水池自由表面與管路進口斷，即從水池自由表面與管路進口斷面的鉛直線交點到斷面面的鉛直線交點到斷面2 22 2形心的傾斜直線。形心的傾斜直線。 gv2222對于淹沒出流，以下游水面作為基準面對于淹沒出流，以下游水面作為基準面 waahgvgpgvgpz202222200同理同理fzh長管水力計算的關(guān)鍵問題是計算沿程水頭損失。長管水力計算的關(guān)鍵問題是計算沿程水頭損失。5.4.1按比阻計算按比阻計算fh22fl v

22、hdg達西公式達西公式2258fhlQgd24dQv代入令令 ，稱為，稱為比阻比阻，是單位流量通過單位長度管道，是單位流量通過單位長度管道所損失的水頭，隨管徑與沿程阻力系數(shù)而變化所損失的水頭，隨管徑與沿程阻力系數(shù)而變化 0258Sgd即即20fhS lQ5.4.2按謝才公式來計算按謝才公式來計算 由達西公式得由達西公式得212fhvJldg 鋼管、鋼管、鑄鐵管鑄鐵管3 . 1207. 11000dvJ 阻力平方區(qū)阻力平方區(qū) 過渡粗糙區(qū)過渡粗糙區(qū) 3 . 03 . 12867. 01912. 01000vdvJ鋼筋混凝土管路鋼筋混凝土管路 用謝才公式用謝才公式RCvJ22按舍維列夫公式求比阻按舍

23、維列夫公式求比阻 流速流速 時，水流在阻力平方區(qū)時，水流在阻力平方區(qū) smv/2 . 13 . 50001736. 0dS 流速流速 時，處于紊流過渡區(qū)時，處于紊流過渡區(qū) smv/2 . 13 . 53 . 000001736. 0867. 01852. 0dvkSS過渡區(qū)的比阻過渡區(qū)的比阻 修正系數(shù) ， k0 30 8670 852 1.,k.v 按曼寧公式求比阻按曼寧公式求比阻 在阻力平方區(qū)在阻力平方區(qū) 0258Sgd及28Cg611RnC 33. 5203 .10Sdn 以管道阻抗表示的水頭損失公式以管道阻抗表示的水頭損失公式 20fhS lQlSS02fhSQ設串聯(lián)管路各管段設串聯(lián)管路

24、各管段長度長度 、直徑、直徑 、流量流量 和各管段末和各管段末端分出的流量端分出的流量ilidiQiqiiiqQQ1由連續(xù)性方程由連續(xù)性方程 沿途無流量分出時，即沿途無流量分出時，即 ，各管段通過流量均相，各管段通過流量均相等。但在一般情況下，其水頭損失需分段計算。等。但在一般情況下，其水頭損失需分段計算。 0iq按照長管考慮按照長管考慮 2011nnff ii iiiiHhhSl Q5.4.3串聯(lián)管路串聯(lián)管路 串聯(lián)管路的測壓管水頭線與總水頭線重合，整個管道的串聯(lián)管路的測壓管水頭線與總水頭線重合，整個管道的水頭線呈折線形。這是因為管段流速不同其水力坡度也各水頭線呈折線形。這是因為管段流速不同其

25、水力坡度也各不相等。不相等。 5.4.4并聯(lián)管路并聯(lián)管路 A A和和B B之間的之間的各管段稱為各管段稱為并聯(lián)并聯(lián)管路管路，ABAB段由三段由三條管段組成條管段組成并聯(lián)并聯(lián)管路管路。 并聯(lián)管段一般按長管計算，并聯(lián)管段一般按長管計算，A A與與B B之間各并聯(lián)管段的水頭之間各并聯(lián)管段的水頭損失皆相等。即損失皆相等。即 ffffhhhh321每條單獨管段都是簡單管路，用比阻表示可寫成每條單獨管段都是簡單管路，用比阻表示可寫成fhQlSQlSQlS233302222021110fhQSQSQS233222211或或每條管段的流量為每條管段的流量為ifiShQ 并聯(lián)管路的各管段直徑、長度、粗糙度可能不

26、同，因而并聯(lián)管路的各管段直徑、長度、粗糙度可能不同，因而流量也會不同。流量也會不同。 由連續(xù)性方程，流向節(jié)點的流量等于由節(jié)點流出的流量，由連續(xù)性方程，流向節(jié)點的流量等于由節(jié)點流出的流量，所以所以A之前的管段流量為之前的管段流量為1231AniAiQQQQqQq設分流點設分流點A A與匯流點與匯流點B B之間的總流量為之間的總流量為ABQ 1nABAiiQQqQ所以所以ifiShQ 11111nnnfABfiiiiiiiihQhQSSSSipABiSSQQ pniiSS111上式即為上式即為并聯(lián)管路流量分配規(guī)律。并聯(lián)管路流量分配規(guī)律。 5.4.5沿程均勻泄流管路沿程均勻泄流管路 xQShxfdd

27、20 xlxQQQShttzfdd20沿管長積分沿管長積分 llttzffxlxQQQSdhh0020d 假定管段的作用水頭不變，假定管段的作用水頭不變，通過流量為通過流量為 ，途泄流量為，途泄流量為 ，在長度，在長度dx上的水頭損失為上的水頭損失為 zQtQlxQQQQttzx若管段的沿程阻力系數(shù)和直徑不變，且流動處于阻力平若管段的沿程阻力系數(shù)和直徑不變，且流動處于阻力平方區(qū)，則比阻方區(qū)，則比阻 是常數(shù)。是常數(shù)。 0S20cflQSh 22031ttzzfQQQQlSh積分得積分得2231ttzzcQQQQQ令令 折算流量在工程上通常近似為折算流量在工程上通常近似為 tzcQQQ55. 02

28、013fthS lQ管路沿程均勻泄流量管路沿程均勻泄流量時，其水頭損失為轉(zhuǎn)時，其水頭損失為轉(zhuǎn)輸流量通過時水頭損輸流量通過時水頭損失的三分之一。失的三分之一。上式和簡單長管水力計算公式上式和簡單長管水力計算公式 形式相同，所以形式相同，所以沿程均勻泄流管路可按流量為沿程均勻泄流管路可按流量為 的簡單管路進行水力計的簡單管路進行水力計算算。 20fhS lQcQ0zQ當通過流量當通過流量 時5.5 給水管網(wǎng)水力計算基礎(chǔ)給水管網(wǎng)水力計算基礎(chǔ) 管段的管徑根據(jù)流量管段的管徑根據(jù)流量 及速度及速度 兩者來決定。兩者來決定。 Qv 一定，一定，Qvd造價降低造價降低fh費用增加費用增加vd費用增加費用增加f

29、h造價降低造價降低因此，需按管網(wǎng)造價和管理費用之和最小時的經(jīng)濟流速來確定管徑。因此，需按管網(wǎng)造價和管理費用之和最小時的經(jīng)濟流速來確定管徑。 無可用資料時無可用資料時可初步采用下列數(shù)值可初步采用下列數(shù)值 直徑直徑 100400dmmm/s0 . 16 . 0ev直徑直徑 400dmmm/s4 . 10 . 1ev5.5.1枝狀管網(wǎng)枝狀管網(wǎng) 各管段沒有環(huán)形閉合的連接，管網(wǎng)內(nèi)任一點只能由一各管段沒有環(huán)形閉合的連接，管網(wǎng)內(nèi)任一點只能由一個方向供水，一旦在某一點斷流則該點之后的各管段均受個方向供水，一旦在某一點斷流則該點之后的各管段均受到影響。到影響。 特點特點缺點：供水的可靠性差缺點：供水的可靠性差優(yōu)

30、點：節(jié)省管材、降低造價優(yōu)點：節(jié)省管材、降低造價u枝狀管網(wǎng)的水力計算，主要是確定水塔水面應有的高度或枝狀管網(wǎng)的水力計算，主要是確定水塔水面應有的高度或 水泵的揚程。水泵的揚程。u把距水源遠、地形高、建筑物層數(shù)多、水頭要求最高、通把距水源遠、地形高、建筑物層數(shù)多、水頭要求最高、通 過流量最大的供水點稱為過流量最大的供水點稱為最不利點或控制點最不利點或控制點。u主干線主干線即指從水源開始到供水條件最不利點的管道，其余即指從水源開始到供水條件最不利點的管道，其余 為為支管支管。 新建給水系統(tǒng)的設計新建給水系統(tǒng)的設計已知：管路沿線地形，各已知：管路沿線地形，各管段管長管段管長 ，流量，流量 ，自，自由水

31、頭由水頭 ， 求管路的各段直徑和水求管路的各段直徑和水塔高度。塔高度。 lQzHevQd4解解:20iiiifQlShtzftzzHhH0tziiitzzHQlSH020 或或水塔的高度水塔的高度Ht計算公式為計算公式為： 改擴建給水系統(tǒng)的設計改擴建給水系統(tǒng)的設計 已知管路沿線地形，水塔高度已知管路沿線地形，水塔高度 ，管路長度，管路長度 ，用水，用水點的自由水頭點的自由水頭 及通過的流量，求管徑。及通過的流量，求管徑。tHlzHizttlHzzHJ0解：解：取取 的管線作為控制干線進行設計。的管線作為控制干線進行設計。 minJ20fhS lQ20iiQJSlhlHJf按照求得的按照求得的

32、值可選擇各管段的直徑值可選擇各管段的直徑 。iS0實際選用時，由于管道統(tǒng)一規(guī)格的限制，會使得部分實際選用時，由于管道統(tǒng)一規(guī)格的限制，會使得部分管段比阻管段比阻So大于計算值大于計算值 ，部分卻小于計算值。，部分卻小于計算值。iS0此外還應確定出控制干線各節(jié)點的水頭，并以此為準此外還應確定出控制干線各節(jié)點的水頭，并以此為準設計各支線管徑。設計各支線管徑。已知已知：各管段的通過流量：各管段的通過流量 、各管段的管徑、各管段的管徑 ， 求各段的水頭損失求各段的水頭損失 。 Qdfh5.5.2環(huán)狀管網(wǎng)環(huán)狀管網(wǎng) 環(huán)狀管網(wǎng)環(huán)狀管網(wǎng)：由多條供水管路：由多條供水管路互相連接成閉合形狀的供水互相連接成閉合形狀的

33、供水管路系統(tǒng)。管路系統(tǒng)。特點特點缺點缺點：因連接管使管線加長，增：因連接管使管線加長，增加了管網(wǎng)的造價。加了管網(wǎng)的造價。優(yōu)點優(yōu)點：管網(wǎng)內(nèi)任一點均可從不同方：管網(wǎng)內(nèi)任一點均可從不同方向供水，提高了供水可靠性；可減向供水，提高了供水可靠性；可減輕因水擊現(xiàn)象而產(chǎn)生的危害。輕因水擊現(xiàn)象而產(chǎn)生的危害。1pkgnnn管段數(shù)目管段數(shù)目 環(huán)數(shù)環(huán)數(shù) 節(jié)點數(shù)目節(jié)點數(shù)目 節(jié)點處節(jié)點處0iQ在各環(huán)內(nèi)在各環(huán)內(nèi) 02iifQSh0iQ個1pn02iiQSkn個個 擬各管段水流方向，擬各管段水流方向，根據(jù)根據(jù) 分配流量分配流量 0iQ確定管徑確定管徑 計算管段的水頭損失計算管段的水頭損失 2iifQSh?02iifQShN

34、Y輸出，結(jié)束！輸出，結(jié)束！環(huán)狀管網(wǎng)的計算環(huán)狀管網(wǎng)的計算 5.6有壓管道中的水擊有壓管道中的水擊 水擊水擊：有壓管中運動著的液體，由于閥門或水泵突然：有壓管中運動著的液體，由于閥門或水泵突然 關(guān)閉，使得液體速度和動量發(fā)生急劇變化，從關(guān)閉，使得液體速度和動量發(fā)生急劇變化，從 而引起液體壓強的驟然變化。而引起液體壓強的驟然變化。由水擊而產(chǎn)生的壓強增加可能達到管中原來正常壓強的幾十倍甚由水擊而產(chǎn)生的壓強增加可能達到管中原來正常壓強的幾十倍甚至幾百倍，而且增壓和減壓交替頻率很高，危害性很大。至幾百倍，而且增壓和減壓交替頻率很高，危害性很大。5.6.1水擊的傳播過程水擊的傳播過程第一階段：第一階段： 開始

35、時，水流開始時，水流 0v下游閘門關(guān)閉靠近閥門處水流停止流動靠近閥門處水流停止流動動量瞬間由動量瞬間由 變?yōu)榱阕優(yōu)榱?0mv壓強驟然升高至壓強驟然升高至 pp0上游水流速度仍為上游水流速度仍為0v 靠近閘門處靠近閘門處 水壓縮及管壁的膨脹水壓縮及管壁的膨脹 當靠近閥門的第一層水停止運動后，第二層以后的各層都相當靠近閥門的第一層水停止運動后，第二層以后的各層都相繼地停止下來，直到靠近水池水層為止。繼地停止下來，直到靠近水池水層為止。 這種減速增壓的過程，是以增壓這種減速增壓的過程，是以增壓 彈性波往上游彈性波往上游水池傳遞的，稱此為水池傳遞的，稱此為“水擊波水擊波”。 為水擊波的傳遞速度，為水擊

36、波的傳遞速度， 為水管長度，則為水管長度，則 后，后，自閥門開始的水擊波便傳到了水池，這時管內(nèi)的全部液體處自閥門開始的水擊波便傳到了水池，這時管內(nèi)的全部液體處在在 作用下的受壓縮狀態(tài)。作用下的受壓縮狀態(tài)。pp0clclt pp0第二階段第二階段 水池中壓強不變水池中壓強不變 管路進口處的液體管路進口處的液體，在壓差，在壓差 作用下作用下，變?yōu)?，變?yōu)閜0v管中水由受壓縮的狀態(tài)，自進口管中水由受壓縮的狀態(tài)，自進口處逐層地迅速解除。處逐層地迅速解除。 第三階段第三階段 管中的液體仍有往水管中的液體仍有往水池方向流動趨勢池方向流動趨勢 閥門處的壓強恢復到閥門處的壓強恢復到 常壓常壓0p閥門處的壓強急劇

37、降低至閥門處的壓強急劇降低至pp0閥門處閥門處 ，并逐步向，并逐步向水池移動水池移動00v管中液體全處在管中液體全處在 的減壓狀態(tài)的減壓狀態(tài) pp0第四階段第四階段 進口處壓強為進口處壓強為 0p管路中的壓強為管路中的壓強為 pp0水流以水流以 從水池口從水池口處以流向管路處以流向管路 0v管中的水逐層獲得管中的水逐層獲得向閥門方向的向閥門方向的 0v管中的水壓逐層升到管中的水壓逐層升到0p水流恢復到水擊未發(fā)水流恢復到水擊未發(fā)生時的起始正常狀態(tài)生時的起始正常狀態(tài) 水擊波在全管長上來回傳遞一次水擊波在全管長上來回傳遞一次 為為一個相長一個相長，兩個相長的時間，兩個相長的時間 為水擊波的為水擊波的全周期全周期。 clt2clt4 上述的彈性波傳遞、反射、水流方向的來回變動，都上述的彈性波傳遞、反射、水流方向的來回變動，都將周而復始地進行著，直至水流的阻力損失、管壁和水因?qū)⒅芏鴱褪嫉剡M行著，直至水流的阻力損失、管壁和水因變形做功而耗盡了引起水擊的能量時，水擊現(xiàn)象方才終止變形做功而耗盡了引起水擊的能量