水力學(xué)基礎(chǔ)有壓管中的恒定流學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1水力學(xué)基礎(chǔ)水力學(xué)基礎(chǔ)(jch) 有壓管中的恒定流有壓管中的恒定流第一頁，共62頁。 二、淹沒二、淹沒(ynm)出流出流 管道出口淹沒管道出口淹沒(ynm)在水下稱為淹沒在水下稱為淹沒(ynm)出流。出流。 取符合漸變流條件的斷面取符合漸變流條件的斷面1-1和和2-2列能量方程列能量方程因因 則有則有在淹沒在淹沒(ynm)出流情況下，包出流情況下，包括行進(jìn)流速的上下游水括行進(jìn)流速的上下游水位差位差z0完全消耗于沿程完全消耗于沿程損失及局部損失。損失及局部損失。 2122222201whgvgvz02v2121102whgvzz4-1 簡單管道簡單管道(gundo)水力計(jì)算的基本公式水力計(jì)

2、算的基本公式第2頁/共62頁第二頁，共62頁。 因?yàn)橐驗(yàn)?整理后可得管內(nèi)平均流速整理后可得管內(nèi)平均流速通過管道的流量為通過管道的流量為式中，式中， 稱為管道系統(tǒng)稱為管道系統(tǒng)(xtng)的流量系的流量系數(shù)。數(shù)。當(dāng)忽略掉行近流速時(shí)，流量計(jì)算公式為當(dāng)忽略掉行近流速時(shí)，流量計(jì)算公式為 （4-6） 021gzdlv02gzAvAQcgvdlhhhjfw2)(221dlc1gzAQc24-1 簡單管道水力計(jì)算簡單管道水力計(jì)算(j sun)的基本公式的基本公式第3頁/共62頁第三頁，共62頁。 注：淹自1比較水頭自由出流H淹沒出流Z 相同(xin tn)條件下，淹沒出流還是自由出流流量系數(shù)值是相等的。c)1

3、 (/1自dl)(/1淹dl4-1 簡單管道水力計(jì)算的基本簡單管道水力計(jì)算的基本(jbn)公式公式第4頁/共62頁第四頁，共62頁。如按長管的情況(qngkung)，忽略局部水頭損失及流速水頭損失。有 水利工程的有壓輸水管道水流一般屬于紊流的水力粗糙區(qū)，其水頭損失可直接按謝齊公式計(jì)算，用 則 令 ，即得 或 (4-8)在水力學(xué)中K稱為流量模數(shù)或特性流量。它綜合反映了管道斷面形狀、尺寸及邊壁粗糙對(duì)輸水能力的影響。 gvdlhHf2228CglRCAQgAQRCglgvdlCgH2222222224828RACK lKQhHf22JKlhKQf4-1 簡單管道簡單管道(gundo)水力計(jì)算的基本公

4、式水力計(jì)算的基本公式第5頁/共62頁第五頁，共62頁。4-1 簡單簡單(jindn)管道水力計(jì)算的基本公式管道水力計(jì)算的基本公式11總水頭線和測壓管水頭線H22lv長管計(jì)算(j sun)時(shí)二水頭線第6頁/共62頁第六頁，共62頁。 給水管道(gundo)中的水流，一般流速不太大，可能屬于紊流的粗糙區(qū)或過渡粗糙區(qū)。按經(jīng)驗(yàn)可近似認(rèn)為當(dāng)v1.2m/s時(shí)，管流屬于過渡粗糙區(qū)，hf約與流速v的1.8次方成正比。故當(dāng)按常用的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算謝齊系數(shù)C求hf應(yīng)在右端乘以修正系數(shù)k，即管道(gundo)的流量模數(shù)K，以及修正系數(shù)k可根據(jù)相關(guān)手冊資料得到。（k見書P163頁表4-1） 表4-1（部分） lKQkhH

5、f224-1 簡單管道水力計(jì)算簡單管道水力計(jì)算(j sun)的基本公式的基本公式 V(m/s) k V(m/s) k0.21.410.81.060.41.21.01.030.61.1151.21第7頁/共62頁第七頁，共62頁。 例例4-1 一簡單管道，如圖一簡單管道，如圖4-3所示。長為所示。長為800m，管徑為，管徑為0.1m，水頭，水頭為為20m，管道中間有二個(gè)彎頭，每個(gè)彎頭的局部水頭損失系數(shù)為，管道中間有二個(gè)彎頭，每個(gè)彎頭的局部水頭損失系數(shù)為0.3，已知，已知沿程阻力系數(shù)沿程阻力系數(shù)0.025，試求通過，試求通過(tnggu)管道的流量。管道的流量。4-1 簡單管道水力計(jì)算簡單管道水力

6、計(jì)算(j sun)的基本公式的基本公式第8頁/共62頁第八頁，共62頁。（一）先將管道作為短管，求通過管道流量。根據(jù)（4-4）式并且不考慮行近流速水頭，則 局部損失共包括進(jìn)口(jn ku)損失和彎頭損失。故 gHAQc2dlc115 . 0進(jìn)3.025.01.0800025.011c0703. 010.2021)/(01093. 0206 .1941 . 014. 30703. 032smQ4-1 簡單管道水力計(jì)算的基本簡單管道水力計(jì)算的基本(jbn)公式公式第9頁/共62頁第九頁，共62頁。(二)計(jì)算沿程損失及局部損失 管中流速(li s) 流速(li s)水頭 沿程損失 局部損失 故沿程水

7、頭損失占總水頭的百分?jǐn)?shù)為所以該管道按長管計(jì)算就可以了。 )/(39.141 .014.301093.02smAQv)(0989. 06 .1939. 1222mgv)(79.190989. 01 . 0800025. 022mgvdlhf)(109. 00989. 0) 3 . 025 . 0(22mgvhf%9 .98989. 02079.19Hhf4-1 簡單管道水力計(jì)算簡單管道水力計(jì)算(j sun)的基本公式的基本公式第10頁/共62頁第十頁，共62頁。（三）按長管計(jì)算管道所通過的流量 根據(jù) 故按長管計(jì)算與短管計(jì)算所得流量相差0.00004m3/s，相對(duì)誤差(xin du w ch)為

8、。由此可見，將上述管道按長管計(jì)算，誤差很小。 lHKQ RACK )/(9 .55025. 08 . 98821smgC)/(01097. 08002041 . 09 .5541 . 014. 332smQ%36.001093.00004.001093.001093.001097.04-1 簡單管道簡單管道(gundo)水力計(jì)算的基本公式水力計(jì)算的基本公式第11頁/共62頁第十一頁，共62頁。4-2 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 對(duì)恒定流，有壓管道的水力計(jì)算主要有下列幾種。對(duì)恒定流，有壓管道的水力計(jì)算主要有下列幾種。已知已知H、d、阻力系數(shù)、阻力系數(shù)和和，計(jì)算流量，計(jì)算

9、流量Q(輸水能力輸水能力)；已經(jīng)流量已經(jīng)流量Q、管徑、管徑d、阻力系數(shù)、阻力系數(shù)和和，計(jì)算水頭，計(jì)算水頭H（確定水箱高度或（確定水箱高度或水泵揚(yáng)程）或水頭損失；水泵揚(yáng)程）或水頭損失；已經(jīng)流量已經(jīng)流量Q、阻力系數(shù)、阻力系數(shù)和和，作用水頭，作用水頭H，計(jì)算管徑，計(jì)算管徑d（設(shè)計(jì)管徑或（設(shè)計(jì)管徑或非園管的斷面尺寸）；非園管的斷面尺寸）；分析確定各斷面壓強(qiáng)分析確定各斷面壓強(qiáng)p的變化的變化(binhu)，不要出現(xiàn)壓強(qiáng)過大或負(fù)壓，不要出現(xiàn)壓強(qiáng)過大或負(fù)壓過大的情況。主要通過定性或定量繪制測壓管水頭線和總水頭線方式過大的情況。主要通過定性或定量繪制測壓管水頭線和總水頭線方式表示。表示。 第12頁/共62頁第十

10、二頁，共62頁。4-2 簡單管道水力計(jì)算簡單管道水力計(jì)算(j sun)的基本類型的基本類型4.2.1 輸水能力計(jì)算輸水能力計(jì)算(j sun)自由出流自由出流 (4-4) 淹沒出流淹沒出流 (4-6)長管長管 (4-8)(書例題書例題4-1)4.2.2 計(jì)算計(jì)算(j sun)水頭損失水頭損失見例題見例題4-2gHAQc2gzAQc2JKlhKQf第13頁/共62頁第十三頁，共62頁。例例4-2 由水塔沿長度由水塔沿長度L為為3500m，直徑，直徑d為為300mm的新鑄鐵管向工的新鑄鐵管向工廠輸水（見圖）。設(shè)安置水塔處的地面高程廠輸水（見圖）。設(shè)安置水塔處的地面高程zb為為130.0m，廠區(qū)地，廠

11、區(qū)地面高程面高程zc為為110.0m，工廠所需水頭，工廠所需水頭Hc為為25m。若須保證工廠供水。若須保證工廠供水量量Q為為85 l/s，求水塔高度，求水塔高度(god)（即地面至水塔水面的垂直距離（即地面至水塔水面的垂直距離）。（求）。（求H) 4-2 簡單簡單(jindn)管道水力計(jì)算的基本類型管道水力計(jì)算的基本類型第14頁/共62頁第十四頁，共62頁。 解：給水管道常按長管計(jì)算(j sun)。管道內(nèi)流速 故修正系數(shù)k1。查附表P349頁表1-1，取新鑄鐵管粗糙系數(shù)n=0.011，由公式（或查2版書表4-1）得計(jì)算(j sun)水頭損失 所需水塔高度 smsmAQv/2 . 1)/(21.

12、 13 . 014. 341085. 02)(3 .19144. 13500085. 012222mlKQkhf)(3 .241303 .19250 .110mzhHzHbfcc4-2 簡單管道水力簡單管道水力(shul)計(jì)算的基本類型計(jì)算的基本類型)/(144. 1)43 . 0(011. 043 . 014. 3)4(414332232221612smdndRRndRACK第15頁/共62頁第十五頁，共62頁。4-2 簡單簡單(jindn)管道水力計(jì)算的基本類型管道水力計(jì)算的基本類型第16頁/共62頁第十六頁，共62頁。4.2.3 計(jì)算管徑計(jì)算管徑d或斷面尺寸或斷面尺寸可能出現(xiàn)下述兩種情況

13、：可能出現(xiàn)下述兩種情況：1管道管道(gundo)的輸水能力、管長的輸水能力、管長l及管道及管道(gundo)的總水頭的總水頭H均已確定。這時(shí)管徑是確定的。均已確定。這時(shí)管徑是確定的。 若管道若管道(gundo)為長管為長管 ，流量模數(shù)，流量模數(shù) 由由2版書表版書表4-1由由K反查出所需的管道反查出所需的管道(gundo)直徑?；蛴?jì)算直徑。或計(jì)算 若為短管（以自由出流為例）若為短管（以自由出流為例）流量系數(shù)流量系數(shù) 與管徑有關(guān)，需用試算法確定。與管徑有關(guān)，需用試算法確定。 lHQK gHQdc24c4-2 簡單管道水力計(jì)算簡單管道水力計(jì)算(j sun)的基本類型的基本類型32221612)4(4

14、14dndRRndRACK第17頁/共62頁第十七頁，共62頁。 2管道的輸水量Q，管長l已知，要求選定所需的管徑及相應(yīng)的水頭。從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)條件綜合考慮。(1) 管道使用要求： 管中流速大產(chǎn)生水擊，流速小泥沙 淤積。(2) 管道經(jīng)濟(jì)效益：管徑小，造價(jià)低，但流速大，水頭損失也大，抽水耗費(fèi)也增加(zngji)。反之管徑大，流速小，水頭損失減少，運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用少，但管道造價(jià)高。當(dāng)根據(jù)技術(shù)要求確定流速后管道直徑即可由下式計(jì)算：確定了管徑d，就可以按前述4-2-2節(jié)方法求水頭了。vQd44-2 簡單簡單(jindn)管道水力計(jì)算的基本類型管道水力計(jì)算的基本類型第18頁/共62頁第十八頁，共62頁。 例例4-3

15、 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Q為為3m3/s，倒虹吸管上下游渠中水位差，倒虹吸管上下游渠中水位差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(gè)，其中經(jīng)過兩個(gè)300的折角轉(zhuǎn)彎，其局部水頭損失的折角轉(zhuǎn)彎，其局部水頭損失(snsh)系數(shù)系數(shù)b為為0.20；進(jìn)口局部水頭損失；進(jìn)口局部水頭損失(snsh)系數(shù)系數(shù)e為為0.5，出口局部水頭損失，出口局部水頭損失(snsh)系數(shù)系數(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，管壁粗糙系數(shù)，管壁粗糙系數(shù)n0.014。試確定倒虹吸管直

16、徑。試確定倒虹吸管直徑d。 4-2 簡單管道簡單管道(gundo)水力計(jì)算的基本類型水力計(jì)算的基本類型第19頁/共62頁第十九頁，共62頁。 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(shutu)可以消去。 因 所以 而gzdgzAQcc2422gzQdc24dlc1 因?yàn)?yn wi)沿程阻力系數(shù)或謝才系數(shù)C都是d 的復(fù)雜函數(shù)，因此需用試算法。4-2 簡單管道簡單管道(gundo)水力計(jì)算的基本類型水力計(jì)算的基本類型第20頁/共62頁第二十頁，共62頁。 先假設(shè)d0.8m，計(jì)算沿程阻力(zl)系數(shù)： 故 又因 可求得 與假設(shè)不符。 )/(62.5

17、4)48 . 0(014. 011216161smRnC0263. 062.548 . 98822Cg12 . 025 . 08 . 0500263. 0121出彎進(jìn)dlc531. 054. 31md97. 038 . 9214. 3531. 0344-2 簡單管道水力簡單管道水力(shul)計(jì)算的基本類型計(jì)算的基本類型第21頁/共62頁第二十一頁，共62頁。 故再假設(shè)d=0.95m，重新計(jì)算(j sun)： 得 因所得直徑已和第二次假設(shè)值非常接近，故采用管徑d為0.95米。 )/(21.56)495. 0(014. 012161smC0248. 021.568 . 98214 . 05 .

18、095. 0500248. 01c558. 020. 31)(945. 038 . 9214. 3558. 034md4-2 簡單管道簡單管道(gundo)水力計(jì)算的基本類型水力計(jì)算的基本類型第22頁/共62頁第二十二頁，共62頁。4-2 簡單管道水力計(jì)算簡單管道水力計(jì)算(j sun)的基本類型的基本類型補(bǔ)充：Excel單變量(binling)求解1）先確定求解的公式(以例題4.3為例)9 .12196.10195.6)2(45.1244753.3241242342342222dddlnzdgzddlgzdgzAQcc出彎進(jìn)即通式(tngsh)例4.3具體式第23頁/共62頁第二十三頁，共62

19、頁。4-2 簡單管道水力計(jì)算的基本簡單管道水力計(jì)算的基本(jbn)類型類型補(bǔ)充：Excel單變量(binling)求解2）單變量(binling)求解Excel中A1:F1輸入變量(binling)符號(hào)， B2:E2輸入相應(yīng)已知數(shù)值。由于公式中d分母項(xiàng)中有出現(xiàn)，F(xiàn)2中d也要先輸入不為零的初值。 A2中輸入上面的公式（注意公式以等號(hào)開始）并回車。當(dāng)光標(biāo)在任意單元格時(shí)，“工具單變量(binling)求解”選擇輸入“目標(biāo)單元格”和 “可變單元格”絕對(duì)地址，及輸入Q目標(biāo)值3后,點(diǎn)確定就可以得到d的結(jié)果，見下圖。 342245.1244753.3dlnzdQ第24頁/共62頁第二十四頁，共62頁。4-2

20、 簡單管道簡單管道(gundo)水力計(jì)算的基本類型水力計(jì)算的基本類型補(bǔ)充：Excel疊代求解（可寫出顯隱式函數(shù)形式的 ）1）構(gòu)造疊代公式以例題4.3簡化公式為例顯隱式變形為：2）Excel疊代求解表頭(bio tu)部分及初值與公式輸入，注意Q值引用的是絕對(duì)地址9 .12196.10195.6342ddQ0195.69 .12196.1341iidQdi=1、2第25頁/共62頁第二十五頁，共62頁。4-2 簡單簡單(jindn)管道水力計(jì)算的基本類型管道水力計(jì)算的基本類型補(bǔ)充：Excel疊代求解C3=D2D2復(fù)制到D3選中C3:D3,向下復(fù)制多行結(jié)果完成。精度取決復(fù)制的行數(shù)和給定的初值。結(jié)束

21、的標(biāo)準(zhǔn)可以用相對(duì)誤差(xin du w ch)來控制。第26頁/共62頁第二十六頁，共62頁。 4.2.3 計(jì)算壓強(qiáng)計(jì)算壓強(qiáng)先分析沿管道總流測壓管水頭的變化情況，再計(jì)算并繪制測壓管水先分析沿管道總流測壓管水頭的變化情況，再計(jì)算并繪制測壓管水頭線。頭線。 (以書以書P168圖圖4-6為例為例) 因?yàn)榱髁亢凸軓骄阎鲾嗝娴钠骄魉偌纯汕蟪觯肟诘饺我灰驗(yàn)榱髁亢凸軓骄阎鲾嗝娴钠骄魉偌纯汕蟪?，入口到任一斷面斷面i的全部水頭損失的全部水頭損失(snsh)也可算出。該點(diǎn)壓強(qiáng)為也可算出。該點(diǎn)壓強(qiáng)為由此可繪出總水頭線和測壓管水頭線。管內(nèi)壓強(qiáng)可為正值也可為負(fù)由此可繪出總水頭線和測壓管水頭線。管內(nèi)壓強(qiáng)可為

22、正值也可為負(fù)值。當(dāng)管內(nèi)存在有較大負(fù)壓時(shí)，可能產(chǎn)生空化氣蝕現(xiàn)象。值。當(dāng)管內(nèi)存在有較大負(fù)壓時(shí)，可能產(chǎn)生空化氣蝕現(xiàn)象。wiiiiihgvzHgp2214-2 簡單簡單(jindn)管道水力計(jì)算的基本類型管道水力計(jì)算的基本類型第27頁/共62頁第二十七頁，共62頁。4-3 簡單管道水力計(jì)算特例簡單管道水力計(jì)算特例(tl)虹吸管及水泵裝置的水力計(jì)算虹吸管及水泵裝置的水力計(jì)算 一、虹吸管的水力計(jì)算一、虹吸管的水力計(jì)算 虹吸管是一種壓虹吸管是一種壓力輸水管道，其頂力輸水管道，其頂部高程高于上游供部高程高于上游供水水面。水水面。特點(diǎn)：頂部真空理特點(diǎn)：頂部真空理論上不能大于論上不能大于10m水柱，一般其真空水柱

23、，一般其真空值小于值小于(78m )；虹吸管長度一般不虹吸管長度一般不大，應(yīng)按短管計(jì)算。大，應(yīng)按短管計(jì)算。第28頁/共62頁第二十八頁，共62頁。 例例4-4 有一渠道用兩根直徑有一渠道用兩根直徑d為為1.0m的混凝土虹吸管來跨過的混凝土虹吸管來跨過山丘（其中一根見圖），渠道上游水面高程山丘（其中一根見圖），渠道上游水面高程1為為100.0m，下游水，下游水面高程面高程2為為99.0m，虹吸管長度，虹吸管長度l1為為8m，l2為為12m，l3為為15m，中，中間有間有600的折角彎頭兩個(gè)，每個(gè)彎頭的局部水頭損失系數(shù)的折角彎頭兩個(gè)，每個(gè)彎頭的局部水頭損失系數(shù)(xsh)彎彎為為0.365，若已知進(jìn)

24、口水頭損失系數(shù)，若已知進(jìn)口水頭損失系數(shù)(xsh)進(jìn)為進(jìn)為0.5；出口水頭損失；出口水頭損失系數(shù)系數(shù)(xsh)出為出為1.0。試確定：。試確定：(1)每根虹吸管的每根虹吸管的 輸水能力；輸水能力；(2) 當(dāng)吸虹管中的當(dāng)吸虹管中的最大允許真空值最大允許真空值hv為為7m時(shí)，問虹時(shí)，問虹吸管的最高安裝吸管的最高安裝 高程是多少？高程是多少？4-3 簡單管道水力簡單管道水力(shul)計(jì)算特例計(jì)算特例虹吸管及水泵裝置的水力虹吸管及水泵裝置的水力(shul)計(jì)算計(jì)算s第29頁/共62頁第二十九頁，共62頁。解： (1) 本題管道出口淹沒在水面以下，為淹沒出流。當(dāng)不計(jì)行近流速影響時(shí)，可按4-6式 直接計(jì)算

25、流量： 上下游水頭(shutu)差為 先確定值，用曼寧公式 計(jì)算C，對(duì)混凝土管n0.014 則 故 mz19910021611RnC )/(7 .56)41(014. 011216161smRnC024. 07 .568 . 98822Cg4-3 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(shubng)裝置的水力計(jì)算裝置的水力計(jì)算gzAQc2第30頁/共62頁第三十頁，共62頁。 管道系統(tǒng)的流量(liling)系數(shù)： 每根虹吸管的輸水能力：173. 05 . 0135024. 01211出彎進(jìn)dc571. 007. 31)/(985. 118 . 924114. 357

26、1. 0232smgzAQc4-3 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(shubng)裝置的水力計(jì)算裝置的水力計(jì)算第31頁/共62頁第三十一頁，共62頁。 (1) 虹吸管中最大真空一般發(fā)生在管子最高位置。本題中最大真空發(fā)生在第二個(gè)彎頭(wn tu)前，即B-B斷面（？會(huì)分析）。具體分析如下： 以上游渠道自由面為基準(zhǔn)面，令B-B斷面中心至上游渠道水面高差為zs，對(duì)上游斷面0-0及斷面B-B列能量方程 式中，lB為從虹吸管進(jìn)口至B-B斷面的長度。gvdlgavgpzgvagpBBsa2)(22022201彎進(jìn) 取 則 0 . 1; 02201agvagvdlzgpgp

27、BsBa2)1 (2彎進(jìn)4-3 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(shubng)裝置的水力計(jì)算裝置的水力計(jì)算第32頁/共62頁第三十二頁，共62頁。 若要求管內(nèi)真空值不大于某一允許，即 式中hv為允許真空值， hv7m。則 即 而 故虹吸管最高點(diǎn)與上游水面高差(o ch)應(yīng)滿足zs6.24m。 vBahgppvbeBshgvdlz2)1 (2gvdlahzbeBvs2)(2gvdlhbeBv2)1 (2）（m24. 6)4114. 3(8 . 92985. 1)365. 05 . 0120024. 01 (72224-3 簡單管道水力簡單管道水力(shul)計(jì)算

28、特例計(jì)算特例虹吸管及水泵裝置的水力虹吸管及水泵裝置的水力(shul)計(jì)算計(jì)算第33頁/共62頁第三十三頁，共62頁。 二、水泵裝置的水力計(jì)算二、水泵裝置的水力計(jì)算 氣蝕現(xiàn)象：離心水泵工作時(shí)，氣蝕現(xiàn)象：離心水泵工作時(shí)，在其進(jìn)口處形成真空。為了使在其進(jìn)口處形成真空。為了使水泵正常工作，對(duì)水泵進(jìn)口處水泵正常工作，對(duì)水泵進(jìn)口處的真空高度是有限制的。當(dāng)進(jìn)的真空高度是有限制的。當(dāng)進(jìn)口壓強(qiáng)口壓強(qiáng)(yqing)降低至該溫度下的蒸汽降低至該溫度下的蒸汽壓強(qiáng)壓強(qiáng)(yqing)時(shí)，水因氣化而生成大量時(shí)，水因氣化而生成大量氣泡氣泡隨著水流進(jìn)入泵內(nèi)氣泡氣泡隨著水流進(jìn)入泵內(nèi)高壓部位受壓縮而突然潰滅，高壓部位受壓縮而突然潰

29、滅，周圍的水便以極大的速度向氣周圍的水便以極大的速度向氣泡潰滅點(diǎn)沖擊。在該點(diǎn)處造成泡潰滅點(diǎn)沖擊。在該點(diǎn)處造成高達(dá)近百個(gè)工程大氣壓以上的高達(dá)近百個(gè)工程大氣壓以上的壓強(qiáng)壓強(qiáng)(yqing)。這種集中在極小面積上。這種集中在極小面積上的強(qiáng)大沖擊力如作用在水泵部的強(qiáng)大沖擊力如作用在水泵部件的表面，就會(huì)使部件很快損件的表面，就會(huì)使部件很快損壞。這種現(xiàn)象稱為氣蝕。壞。這種現(xiàn)象稱為氣蝕。在設(shè)計(jì)水泵裝置系統(tǒng)時(shí)，水力計(jì)算包括吸水管及在設(shè)計(jì)水泵裝置系統(tǒng)時(shí)，水力計(jì)算包括吸水管及壓力水管的計(jì)算。吸水管屬于短管，壓力水管則壓力水管的計(jì)算。吸水管屬于短管，壓力水管則根據(jù)不同情況按短管或長管計(jì)算。根據(jù)不同情況按短管或長管計(jì)算

30、。4-3 簡單管道水力計(jì)算特例簡單管道水力計(jì)算特例(tl)虹吸管及水泵裝置的水力計(jì)算虹吸管及水泵裝置的水力計(jì)算Ht第34頁/共62頁第三十四頁，共62頁。1吸水管的水力計(jì)算 主要(zhyo)任務(wù)是確定吸水管的管徑及水泵的最大允許安裝高程。 吸水管管徑一般是根據(jù)允許流速計(jì)算。通常吸水管的允許流速為為0.81.25m/s(不清楚時(shí)有的按1m/s計(jì)算)。流速確定后管徑為 。 水泵的最大允許安裝高程zs決定于水泵的最大允許真空值hv和吸水管的水頭損失。列1-1和2-2斷面能量方程有由此得vQd4gvlhzvs2)(222gvgvdlgvgppzhgvgpzgpaswsa2222222222222122

31、224-3 簡單管道水力計(jì)算特例簡單管道水力計(jì)算特例(tl)虹吸管及水泵裝置的水力計(jì)算虹吸管及水泵裝置的水力計(jì)算第35頁/共62頁第三十五頁，共62頁。 2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泵的裝機(jī)容量。其直徑由經(jīng)濟(jì)流速確定。對(duì)于排水管道 式中 x為系數(shù)，可取0.81.2。水流經(jīng)過水泵時(shí)，從水泵的動(dòng)力裝置獲得了外加的機(jī)械能。因而動(dòng)力機(jī)械的功率（KW）為 為水泵向單位重量液體所提供的機(jī)械能，成為水泵的總水頭(shutu)或揚(yáng)程。上式表明水泵向單位重量液體所提供的機(jī)械能一方面是用來將水流提高一個(gè)幾何高度，另一方面是用來克服水頭(shutu)損失42. 0 xQd PtpgQH

32、P10004321wwthhzHtwHhz4141wh4-3 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(shubng)裝置的水力計(jì)算裝置的水力計(jì)算第36頁/共62頁第三十六頁，共62頁。 例4-5 用離心泵將湖水抽到水池，流量Q為0.2m3/s，湖面高程1為85.0m，水池水面高程3為105.0m，吸水管長l1為10m，水泵的允許真空值hv4.5m，吸水管底閥局部水頭損失系數(shù)進(jìn)2.5，900彎頭局部水頭損失系數(shù)彎0.3，水泵入口前的漸變收縮段局部水頭損失系數(shù)變=0.1，吸水管沿程阻力系數(shù)0.022，壓力管道采用鑄鐵管，其直徑(zhjng)d2為500mm, 長度l2為1

33、000m，n0.013（見圖）。試確定：(1) 吸水管的直徑(zhjng)d1；(2) 水泵的安裝高度2；(3) 帶動(dòng)水泵的動(dòng)力 機(jī)械功率。4-3 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(shubng)裝置的水力計(jì)算裝置的水力計(jì)算123第37頁/共62頁第三十七頁，共62頁。 解： （一）確定吸水管的直徑(zhjng)： 采用設(shè)計(jì)流速v=1.0m/s，則 決定選用標(biāo)準(zhǔn)直徑(zhjng)d1500mm。 )(505. 0114. 32 . 0441mvQd4-3 簡單管道水力計(jì)算簡單管道水力計(jì)算(j sun)特例特例虹吸管及水泵裝置的水力計(jì)算虹吸管及水泵裝置的水力計(jì)算(

34、j sun)第38頁/共62頁第三十八頁，共62頁。(二）水泵安裝高程的確定：安裝高程zs是以水泵的允許真空值來控制的。令水泵軸中心線距湖面高差(o ch)為zs，則21zs。計(jì)算zs值水泵軸最大允許安裝高程285+4.28=89.28（m)。 gvdlahzvs2)(21128 . 91) 1 . 03 . 05 . 25 . 010022. 01 (5 . 42)(28. 422. 05 . 4m4-3 簡單簡單(jindn)管道水力計(jì)算特例管道水力計(jì)算特例虹吸管及水泵裝置的水力計(jì)算虹吸管及水泵裝置的水力計(jì)算第39頁/共62頁第三十九頁，共62頁。 （三）帶動(dòng)水泵的動(dòng)力機(jī)械功率(gngl)

35、 因 為吸水管及壓力管水頭損失之和。已求得吸水管水頭損失為0.22m當(dāng)壓力管按長管計(jì)算時(shí)，整個(gè)管道的水頭損失為PwphzgQP1000)(41mz20851051341wh22222. 041lKQkhw4-3 簡單簡單(jindn)管道水力計(jì)算特例管道水力計(jì)算特例虹吸管及水泵裝置的水力計(jì)算虹吸管及水泵裝置的水力計(jì)算mgvdla22. 02)(211查表4.1 v=1m/s時(shí) k=1.03計(jì)算中v不是過小時(shí)，k經(jīng)常不考慮(kol)，如書。也可先不考慮(kol)k，計(jì)算后再用v校核。第40頁/共62頁第四十頁，共62頁。 壓力管的流量(liling)模數(shù) 則 設(shè)動(dòng)力機(jī)械的效率P為0.7，可求得所

36、需動(dòng)力機(jī)械功率212222)45 . 0(013. 0145 . 014. 3RCAK)/(77. 33sm)(12. 3100077. 32 . 003. 122. 02241mhw7 . 01000)12. 320(2 . 098001000)(41PwPhzgQP)(73.64kW4-3 簡單簡單(jindn)管道水力計(jì)算特例管道水力計(jì)算特例虹吸管及水泵裝置的水力計(jì)算虹吸管及水泵裝置的水力計(jì)算第41頁/共62頁第四十一頁，共62頁。4-4 串聯(lián)管道的水力計(jì)算串聯(lián)管道的水力計(jì)算(j sun) 由直徑不同的幾段管道依次連接而成的管道，稱為串聯(lián)管道由直徑不同的幾段管道依次連接而成的管道，稱為串

37、聯(lián)管道。給水工程中串聯(lián)管道常按長管計(jì)算。給水工程中串聯(lián)管道常按長管計(jì)算(j sun)。 一、長管有分流情況：一、長管有分流情況： 321fffhhhH323232222212121lKQlKQlKQ232121qQQqQQ按長管時(shí)，二水頭(shutu)線重合第42頁/共62頁第四十二頁，共62頁。二、短管無分流情況二、短管無分流情況(qngkung) 當(dāng)管道長度不當(dāng)管道長度不是很大，局部損失是很大，局部損失不能略去時(shí)，應(yīng)按不能略去時(shí)，應(yīng)按短管計(jì)算。短管計(jì)算。 gvgvgvdlHiiiiii2222220gvAAAAdlHiiiii2122210A為出口(ch ku)斷面4-4 串聯(lián)串聯(lián)(chu

38、nlin)管道的水力計(jì)算管道的水力計(jì)算第43頁/共62頁第四十三頁，共62頁。4-5 并聯(lián)并聯(lián)(bnglin)管道的水力計(jì)算管道的水力計(jì)算 凡是兩條或兩條以上的管道從同一點(diǎn)分叉而又在另一點(diǎn)匯合組成凡是兩條或兩條以上的管道從同一點(diǎn)分叉而又在另一點(diǎn)匯合組成的管道稱為并聯(lián)的管道稱為并聯(lián)(bnglin)管道。并聯(lián)管道。并聯(lián)(bnglin)管道一般按長管計(jì)算管道一般按長管計(jì)算。注：各支管水頭損失(snsh)相等，但支管總機(jī)械能損失(snsh)一般不等第44頁/共62頁第四十四頁，共62頁。 不計(jì)局部水頭損失時(shí)有各支管水頭損失可按謝齊公式計(jì)算(j sun) 各支管流量與總流量間應(yīng)滿足連續(xù)性方程 QQ1Q2

39、Q3則有ffffhhhh321323233222222121211lKQhlKQhlKQhfff23322112lKlKlKQhf4-5 并聯(lián)管道并聯(lián)管道(gundo)的水力計(jì)算的水力計(jì)算書例題(lt)4.6第45頁/共62頁第四十五頁，共62頁。4-6 分叉管道的水力計(jì)算分叉管道的水力計(jì)算 水電站引水水電站引水(ynshu)系統(tǒng)中，經(jīng)常碰到由一根總管從壓力前池引水系統(tǒng)中，經(jīng)常碰到由一根總管從壓力前池引水(ynshu)，然后按水輪機(jī)臺(tái)數(shù)分成數(shù)根支管，每根支管供水給一臺(tái)水輪機(jī)，然后按水輪機(jī)臺(tái)數(shù)分成數(shù)根支管，每根支管供水給一臺(tái)水輪機(jī)，這種分叉后不再匯合的管道稱為分叉管道。，這種分叉后不再匯合的管道

40、稱為分叉管道。 對(duì)管道對(duì)管道ABC有有 對(duì)管道對(duì)管道ABD有有 從而可得從而可得121212211lKQlKQhhHff222222222lKQlKQhhHff22222212122121lKlKQHlKlKQHQQQ第46頁/共62頁第四十六頁，共62頁。4-7 沿程均勻泄流管道沿程均勻泄流管道(gundo)的水力計(jì)算的水力計(jì)算 沿程連續(xù)不斷分泄出的流量稱為沿程泄出流量，若管段各單位長度上的沿沿程連續(xù)不斷分泄出的流量稱為沿程泄出流量，若管段各單位長度上的沿程泄出流量相等，這種管道程泄出流量相等，這種管道(gundo)稱為沿程均勻泄流管道稱為沿程均勻泄流管道(gundo)。 如圖所示管道如圖所示管道(gundo)AB長為長為l，水頭為，水頭為H，管道，管道(gundo)末端流出的通末端流出的通過流量過流量Q，單位長度上沿程泄出流量為，單位長度上沿程泄出流量為q。第47頁/共62頁第四十七頁，共62頁。 在離起點(diǎn)A距離為x的M點(diǎn)斷面處流量為在dx管段內(nèi)沿程水頭(shutu)損失 有可近似的寫為當(dāng)Q=0時(shí)， 水頭(shutu)損失等于全部末端瀉出時(shí)的1/3 qxlQQm)(