注上午13注冊(cè)巖土論壇a6

1、（二）串聯(lián)管道由不同直徑的管段順次聯(lián)接而成的管道稱為串聯(lián)管道。如中間無(wú)流量分出，則各管段流量相同。由于各管段直徑不同，流速不同，需分段計(jì)算水頭損失。整個(gè)管道的水頭損失等于各段損失之和。如圖 6-58 所示，由三段不同管徑的管段組成的管道，聯(lián)接點(diǎn)上有流量 q 流出，則各管段的流量 Q1、Q2、Q3 的關(guān)系為：取 1l 和D 斷面寫能量方程：當(dāng)管道由幾根不同直徑的管段組成時(shí)：對(duì)于圖 6-58 的管道，則式中 1、2、3 分別為各管段的沿程阻力系數(shù)；1、2、3 分別為各管段的局部阻力系數(shù)之和，管段聯(lián)接處的局部損失視其阻力系數(shù)對(duì)應(yīng)于哪段的流速水頭則計(jì)入該管段損失內(nèi)。例 6-5-3 在圖 658 所示的

2、管道中，設(shè)l1=20m，l2=10m，l3=15m，d1=80mm，d2=lOOmm，d3=50mm，q1=q2=0，1=2=3=002，H=7.0m。求管中流量并定性地繪制測(cè)壓管水頭線和總水頭線。(解) 根據(jù)圖 6-58 所示局部阻力有進(jìn)口、突擴(kuò)、突縮?？刹楸?6-4-3 確定：進(jìn)口=05取斷面 11 及斷面D 寫出能量方程：V=、v=、v3 均為未知數(shù)，一個(gè)方程無(wú)法求解。寫連續(xù)性方程代入以上能量方程中解得繪出總水頭線及測(cè)壓管水頭線于圖 6-5-8 中。應(yīng)注意圖中：1)各管段總水頭線的斜率不同，流速大的管段長(zhǎng)度的損失大，總水頭線的斜率就大；2)各管段流速水頭不同，所以總水頭線與測(cè)壓管水頭線之

3、間高差也不同；3)測(cè)壓管水頭線可以上升。圖中 B 斷面處由于流速減小，動(dòng)能轉(zhuǎn)化為壓能，導(dǎo)致測(cè)壓管水頭線上升。例 6-5-4 圖 6-5-9 中為水泵管路系統(tǒng)。該系統(tǒng)可將水自水池至。由于水泵葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)，在泵進(jìn)口形成真空，水在大氣壓強(qiáng)作用下自池內(nèi)進(jìn)入吸水管，再通過(guò)水泵使水流能量增加(一般是增加壓能)，經(jīng)壓水管流至。泵軸線至水池水面的高度稱為水泵的安裝高度，若過(guò)大會(huì)使泵進(jìn)口處真空度太大，泵不能正常工作，甚至根本吸不上水。因此水泵管道系統(tǒng)的水力計(jì)算往往需進(jìn)行安裝高度的計(jì)算。水流經(jīng)過(guò)水泵將獲得能量。重量液體通過(guò)泵所得到的能量稱為水泵的揚(yáng)程。計(jì)算水泵的揚(yáng)程也是水力計(jì)算的任務(wù)之一。它將給水泵的選擇提供依據(jù)。已

4、知吸水管長(zhǎng)度 l=8m，管徑 dl=200mm。壓水管長(zhǎng)度 l2=40m，管徑 d2=150mm 沿程阻力系數(shù)=0025。吸水管頭部帶底閥濾網(wǎng)的局部阻力系數(shù)1=40；彎頭阻力系數(shù)2=05(每個(gè))，逆止閥3=50，閥門4=05，出口5=10。水泵進(jìn)口處允許的最大真空度為 hv=6m。水泵的提水高度 H0=20m，水泵流量為 501s。求：1)水泵的安裝高度A。2)水泵的揚(yáng)程及有效功率。解1)求水泵安裝高度hs取水池水面 0-0 及泵前斷面 11 寫出能量方程：所以2)求泵的揚(yáng)程H 及有效功率 Ne：取斷面 0-0 和水面 3-3 寫出能量方程：(兩斷面間有H 能量輸入)（三）并聯(lián)管道兩條或兩條以

5、上的管道在同一處分開， 經(jīng)一段距離后又在同一處匯合，這數(shù)條管道就稱為并聯(lián)管道，如圖 6510 所示。由于 A、B 兩點(diǎn)是并聯(lián)各管共有的。兩點(diǎn)的測(cè)壓管水頭差 HAB 可以看作為總水頭差VAv 2 A v 2 B2gVB，相當(dāng)小)。這樣，經(jīng)過(guò)并 聯(lián)的任一條管線的水頭損失都是相等的，即等于 HAB。式中hw1、hw2、hw3 分別為經(jīng)過(guò)管線 1、2、3 的水頭損失。由式(6510)有令則式(6513)可以寫為或S 稱為管段的總阻抗。由式(6517)可知：并聯(lián)各管流量之比等于各管總阻抗平方根的反比。也就是說(shuō)，并聯(lián)各管的流量分配決定于各管阻抗的大小，阻抗小的通過(guò)的流量大、阻抗大的通過(guò)的流量就小，只有改變

6、阻抗，才能改變流量的分配。明渠恒定均勻流天然河道和輸水渠、排水溝、無(wú)壓涵洞等人工以及不滿流管道中的水流稱為明渠水流。它們都具有表面，表面上各點(diǎn)壓強(qiáng)一般都等于大氣壓強(qiáng)，相對(duì)壓強(qiáng)為零。所以明渠水流又稱為無(wú)壓。與有壓管流是不同的。明渠水流的運(yùn)動(dòng)要素不隨時(shí)間變化的稱為明渠恒定流；沿流線不變化的稱為明渠均勻流，反之則稱為明渠非恒定均勻流。明渠水流在中，受到橫斷面和底坡的影響。橫斷面的形狀，尺寸沿程不變的稱為棱柱形，棱柱形中水流的過(guò)水?dāng)嗝娴拇笮≈浑S水深變化。橫斷面的形狀或尺寸沿程有改變的則。底部高程沿水流方向的變化用底坡表示。如圖 661(a)所示：稱為非棱柱形通常很小，所以上常采用兩斷面間的水平距離來(lái)代

7、替 s，則：i=tg(662)如圖 6-6-1(a)i0 稱為順坡；圖 6-6-1(b)i=0 稱為平坡；圖 6-6-1(c)i0，且保持不變；的粗糙情況沿程沒(méi)有變化；渠中水流為恒定流，且沿程流量不變。只有滿足以上全部條件，才會(huì)形成明渠均勻流。明渠均勻流流線為平行直線，過(guò)水?dāng)嗝娴男螤?、尺寸、水深、流量、斷面平均流速、斷面上的流速分布沿程均不變。所以水面線與渠底平行，總水頭線與水面線平行(水面線即測(cè)壓管水頭線)，水力坡度與測(cè)壓管坡度與底坡均相等。即J=Jp=i(663)水力坡度表示長(zhǎng)度上的損失，底坡 i 表示長(zhǎng)度上液能的減少。所以明渠均勻流是在特定條件用在液流上的重力和阻力相平衡的產(chǎn)物。它的計(jì)算

8、特別簡(jiǎn)單，因此雖然實(shí)際工程中常遇到明渠非均勻流，但在長(zhǎng)直的順坡人工溝渠中，取最大流量來(lái)校核的通過(guò)能力，或按最大流量來(lái)設(shè)計(jì)斷面時(shí)，按均勻流計(jì)算可以很方便地得到足夠正確的結(jié)果。二、明渠均勻流的水力計(jì)算明渠均勻流水力計(jì)算適用連續(xù)性方程和公式：但在明渠均勻流中，J=i 所以式(6-6-4)和式(6-6-5)為明渠均勻流基本公式。明渠水流多屬紊流粗糙區(qū)，所以式中系數(shù)C 通常按曼寧公式或公式來(lái)確定。見(jiàn)式(6-4-23)和式(6-4-24)。例 6-6-1梯形斷面，底寬 b=3m，邊坡系數(shù) m=20(見(jiàn)圖 6-6-2)，底坡 i=00006，粗糙系數(shù)n=0025，渠中水流作均勻流，水深為 2m，求通過(guò)的流量

9、Q。解對(duì)于梯形斷面，過(guò)水?dāng)嗝婷娣e濕周水力半徑用式(665)由式(6-6-5)可知，橫斷面、底坡、粗糙系數(shù)一定時(shí)，渠中水流看作均勻流，其通過(guò)流量與水深為一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。而非均勻流則不然，通過(guò)同一流量而渠中水深是變化的。明渠均勻流水深與底坡也有密切關(guān)系：當(dāng)流量和其他條件一定時(shí)，底坡愈陡均勻流水深愈小。因此在棱柱形順坡長(zhǎng)中，如果底坡有改變，則在改變前后的那段中將發(fā)生非均勻流。作均勻流的水深被稱為正常水深，；在研究非均勻流各個(gè)變化的水深時(shí)，正常水深將起參照的作用。根據(jù)式(6-6-5)，可以在其他條件已知情況下，求出流量、底坡、水深或底寬。只是求水深或底寬時(shí)，由于解方程的，通?？捎迷囁惴椒ɑ虿閳D來(lái)確定；

10、例 6-6-2 是用試算方法的例子。查圖則可另行參考其他水力計(jì)算手冊(cè)。三、水力最優(yōu)斷面根據(jù)式(6-6-6)有通常底坡 i 由地形條件確定，粗糙系數(shù)n 由表面材料性質(zhì)決定。于是在過(guò)水?dāng)嗝?A 一定時(shí)(斷面大小決定了工程量的大小，A 一定表示工程量一定)，要使流量 Q 最大，就必須使水力半徑R 最大。水力半徑R 為過(guò)水?dāng)嗝婷娣e A 和濕周 的比值。A 既一定，就必須使?jié)裰?為最小，才能得到最大的流量。這種濕周最小的斷面，就稱為水力最優(yōu)斷面。如果流量一定，則采用水力最優(yōu)斷面可使過(guò)水?dāng)嗝婷娣e最小。當(dāng)采用矩形斷面時(shí)，若已知過(guò)水?dāng)嗝婷娣e為A，則所以水力最優(yōu)斷面 bh=2此時(shí)，當(dāng)采用梯形斷面時(shí)，若已知過(guò)水?dāng)嗝婷娣eA，邊坡系數(shù)m，則由明的是，水力最優(yōu)斷面只是從水力條件來(lái)考慮。而實(shí)際工程中還需綜合考慮施工、運(yùn)轉(zhuǎn)、養(yǎng)護(hù)等選擇最經(jīng)濟(jì)合理的斷面。四、無(wú)壓圓管均勻流的水力計(jì)算無(wú)壓圓管指不滿流的圓管。在排水工程中被廣泛使用。對(duì)于長(zhǎng)直的圓管，i0，粗糙系數(shù)保持沿程不變時(shí)，管中水流可以認(rèn)為是明渠均勻流。見(jiàn)圖 663。直徑為d，水深為h 的圓形管道，其過(guò)水?dāng)嗝婷娣eA、濕周 和水力半徑R 計(jì)算公式如下：無(wú)壓圓管均勻流水力計(jì)算的基本公式仍是或?yàn)榱吮苊夥爆嵉挠?jì)算，可以利用圖 6-6-4 來(lái)計(jì)算。圖中縱坐標(biāo)為充滿度h/d，橫坐標(biāo)為無(wú)量綱流量0 和無(wú)量綱流速 v/v0。Q