第5章有壓管流水力計算

1、第5章有壓管流水力計算短管、長管的概念；淹沒出流、自由出流的概念。 短管的水力計算； 長管的水力計算； 復雜管路得水力計算。第五章 有壓管流水力計算本章內(nèi)容：第一節(jié) 概 述有壓管道：管道周界上的各點均受到液體壓強的作用。有壓管中的恒定流：有壓管中液體的運動要素不隨時間而變 管道根據(jù)其布置情況可分為：簡單管道與復雜管道。復雜管道又可分為：串聯(lián)管道、并聯(lián)管道、分叉管道、均勻泄流管道。根據(jù)hf與hj兩種水頭損失在損失中所占比重的大小，將管道分為長管及短管兩類。第五章 有壓管流水力計算對恒定流，有壓管道的水力計算 主要有下列幾種。 一、輸水能力計算 已知管道布置、斷面尺寸及作用水頭時，要求確定管道通過

2、的流量。計算如上節(jié)例題。 二、當已知管道尺寸和輸水能力時，計算水頭損失；即要求確定通過 一定流量時所必須的水頭。 三、管道直徑的確定第五章 有壓管流水力計算第一節(jié) 概 述簡單管道水力計算的基本類型 先分析沿管道總流測壓管水頭的變化情況，再計算并繪制測壓管水頭線。 因為流量和管徑均已知各斷面的平均流速即可求出，入口到任一斷面的全部水頭損失也可算出。該點壓強為由此可繪出總水頭線和測壓管水頭線。 管內(nèi)壓強可為正值也可為負值。當管內(nèi)存在有較大負壓時，可能產(chǎn)生空化現(xiàn)象。四、對一個已知管道尺寸、水頭和流量的管道，要求確定管道各斷面壓強的大小。第五章 有壓管流水力計算第一節(jié) 概 述簡單管道：指管道直徑不變且

3、無分支的管道。簡單管道的水力計算可分為自由出流和淹沒出流。 一、自由出流 對1-1斷面和2-2斷面 建立能量方程 令 且因第二節(jié) 簡單短管的水力計算第五章 有壓管流水力計算 故 上式表明，管道的總水頭將全部消耗于管道的水頭損失和保持出口的動能。 因為沿程損失 局部水頭損失 有第二節(jié) 簡單短管的水力計算第五章 有壓管流水力計算 取 則 管中流速通過管道流量式中 稱為管道系統(tǒng)的流量系數(shù)。當忽略行近流速時，流量計算公式變?yōu)?第二節(jié) 簡單短管的水力計算第五章 有壓管流水力計算 管道出口淹沒在水下稱為淹沒出流。 取符合漸變流條件的斷面1-1和2-2列能量方程因 則有 在淹沒出流情況下，包括行進流速的上下

4、游水位差z0完全消耗于沿程損失及局部損失。 第五章 有壓管流水力計算二、淹沒出流第二節(jié)簡單短管的水力計算 因為整理后可得管內(nèi)平均流速通過管道的流量為式中， 稱為管道系統(tǒng)的流量系數(shù)。當忽略掉行近流速時，流量計算公式為 第二節(jié) 簡單短管的水力計算第五章 有壓管流水力計算三、管徑的確定管線布置已定，當要求輸送一定流量時，確定所需的斷面尺寸（圓形管道即確定管道直徑） 1管道的輸水能力、管長l及管道的總水頭H均已確定。管道直徑，流量系數(shù) 與管徑有關，需用試算法確定。 第五章 有壓管流水力計算第二節(jié) 簡單短管的水力計算 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的水頭。從技術和經(jīng)濟條件綜合考慮

5、。(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)濟效益：管徑小，造價低，但流速大，水頭損失也大，抽水耗費也增加。反之管徑大，流速小，水頭損失減少，運轉費用少，但管道造價高。當根據(jù)技術要求確定流速后管道直徑即可由右式計算：第二節(jié) 簡單短管的水力計算第五章 有壓管流水力計算四、繪制總水頭線和側壓管水頭線 （一）、繪制總水頭和測壓管水頭線的具體步驟（二）、繪制總水頭線和測壓管水頭線應注意的問題1.沿程水頭損失沿管均勻分布，局部水頭損失發(fā)生在局部邊界突變的概化斷面上。2.在等直徑的管段中，測壓管水頭線與總水頭線平行。3.進口的邊界條件4.出口的邊界條件5.測壓管水頭線可以

6、上升或下降，但總水頭線總是下降。第二節(jié) 簡單短管的水力計算第五章 有壓管流水力計算 （三）負壓段的判斷1.根據(jù)流量計算速度和沿程水頭損失以及局部水頭損失2.計算每段管端的總水頭值，繪總水頭線3.總水頭減去速度水頭即為側壓管水頭第五章 有壓管流水力計算第二節(jié) 簡單短管的水力計算一、虹吸管的水力計算 虹吸管是一種壓力輸水管道，其頂部高程高于上游供水水面。第三節(jié) 短管應用舉例第五章 有壓管流水力計算特點：頂部真空高度理論上不能大于10m，一般其真空高度值限制在(68m )；虹吸管長度一般不大，應按短管計算。虹吸管的水力計算包括：已知上下游水位差，管徑，確定輸水流量；由公式 進行計算。由虹吸管的允許真

7、空度，確定管頂最大安裝高度；或者已知安裝高度，校核最大真空。列能量方程：得到第五章 有壓管流水力計算第三節(jié) 短管應用舉例 二、泵裝置的水力計算 水力計算包括吸水管及壓力水管的計算，主要任務有：管徑的計算，水泵安裝高度，水泵的揚程和功率的計算。第三節(jié) 短管應用舉例第五章 有壓管流水力計算 1管道的直徑和安裝高度 主要任務是確定吸水管和壓力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)允許流速計算。通常吸水管的允許流速為為1.22m/s。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。第五章 有壓管流水力計算第三節(jié) 短管應用舉例2水泵的揚程和

8、功率 水流經(jīng)過水泵時，從水泵的動力裝置獲得了外加的機械能。因而動力機械的功率為 為水泵向單位重量液體所提供的機械能，成為水泵的總水頭或揚程。上式表明水泵向單位重量液體所提供的機械能一方面是用來將水流提高一個幾何高度，另一方面是用來克服水頭損失第三節(jié) 短管應用舉例第五章 有壓管流水力計算 二、倒虹吸管的水力計算 在渠道與其他渠道或公路、河道相交叉時，常常在公路或河道的下面設置一段管道，這段管道就是倒虹吸管。倒虹吸管的水力計算主要任務有：過流能力計算，上下游水位差的計算，管徑的計算。第三節(jié) 短管應用舉例第五章 有壓管流水力計算（1）過流能力的計算：（2）上下游水位差的計算：第五章 有壓管流水力計算

9、第三節(jié) 短管應用舉例（3）管道直徑的計算 因 所以 而 因為沿程阻力系數(shù)或謝才系數(shù)C都是d 的復雜函數(shù)，因此需用試算法或迭代法。第三節(jié) 短管應用舉例第五章 有壓管流水力計算第四節(jié) 長管的水力計算 如果作用水頭的95%以上用于沿程水頭損失，我們就可以略去局部損失及出口速度水頭，認為全部作用水頭消耗在沿程，這樣的管道流動稱為水力長管。否則為水力短管。 長管:作用水頭全部消耗于沿程損失一、簡單長管的水力計算 第五章 有壓管流水力計算第四節(jié) 長管的水力計算 第四節(jié) 長管的水力計算 第五章 有壓管流水力計算第四節(jié) 長管的水力計算 1、管線布置、作用水頭、管道材料已定，當要求輸送一定流量時，確定所需的管徑

10、 ；參見P139 例5-7二、簡單長管水力計算類型 第五章 有壓管流水力計算第四節(jié) 長管的水力計算 3、已知管道尺寸、材料、管線布置和輸水能力，計算作用水頭（確定水塔高度） 。參見P139 例5-6 2、已知作用水頭、尺寸、材料及管線布置，計算輸水能力 ；第四節(jié) 長管的水力計算 第五章 有壓管流水力計算第五節(jié) 復雜管路水力計算 二. 復雜管道的水力計算 串聯(lián)管道。 n 段串聯(lián)管道，各段損失分別計算然后疊加，認為作用水頭全部用于沿程損失，可得一個方程。 各段流量間的關系由連續(xù)原理確定，又可得 n-1個方程第五章 有壓管流水力計算第五節(jié) 復雜管路水力計算 第五節(jié) 復雜管路水力計算 并聯(lián)管道 n段并聯(lián)管道的水頭損失是相同的，給出n-1個方程 流量之和為總流量，又可得一個方程 (i=1, n)第五章 有壓管流水力計算第五節(jié) 復雜管路水力計算 第五節(jié) 復雜管路水力計算 沿程均勻泄流管 第五章 有壓管流水力計算第五節(jié) 復雜管路水力計算 若沿程均勻泄流管道只有途泄流量，而貫通流量為零，則 管道水頭損失相