水力學(xué)系統(tǒng)講義第七章-有壓管流

第七章

有壓管流有壓管路根據(jù)布置的不同，可分為：枝狀管網(wǎng)環(huán)狀管網(wǎng)串聯(lián)管路并聯(lián)管路管網(wǎng)復(fù)雜管路由兩根以上管道所組成的管路系統(tǒng)

簡單管路管徑、流速、流量沿程不變，且無分支的單線管道有壓管路有壓管流指液體在管道中的滿管流動。除特殊點外，管中液體的相對壓強一般不為零，故名。按局部水頭損失和流速水頭之和在總水頭損失中所占的比重不同，可分為：短管：局部水頭損失和流速水頭不能忽略的、需要同時計算hf，hj和v2/2g的管道(水泵吸水管，虹吸管)長管：管道中以沿程水頭損失為主，局部水頭損失和流速水頭所占比重小于5%-10%的沿程水頭損失，從而可予以忽略的管道(市政給水管道)短管的水力計算（自由出流）短管的水力計算（淹沒出流）這表明短管水流在淹沒出流時，其作用水頭完全消耗在沿程水頭損失和局部水頭損失上思考題(1)兩根完全相同的管道，只是安裝高度不同，兩管道的流量關(guān)系為：(2)一水箱外接一長L的短管，自由出流時如圖A，其流量為Q1;淹沒出流時如圖B,其流量為Q2,則Q1與Q2的關(guān)系為：Q1=Q2Q1=Q2短管水力計算算分類對于短管恒定定流，管長、、管徑、管材材以及管壁粗粗糙情況，局局部阻力結(jié)構(gòu)構(gòu)和組成均是是確定的，短短管的水力計計算有以下幾幾種類型：已知流量Q，管徑d，計算H0（如設(shè)計水箱箱或水塔水位位標(biāo)高）已知水頭H0，管徑d，計算流速v和通過的流量量Q，這類問題多多屬于校核情情況（可直接接用短管出流流的基本公式式或應(yīng)用能量量方程求解））已知通過管道道的流量Q，水頭H0，設(shè)計管徑d（這類問題以以管徑為未知知數(shù)，代入短短管出流的流流量方程，通通常用試算法法求解）虹吸管：管道道軸線一部分分高出無壓的的上游供水水水面。具有可可以跨越高地地，減少挖方方，便于操作作等優(yōu)點。為為防止氣塞發(fā)發(fā)生，虹吸管管的允許真空空度一般為[hv]=7~8m（由真空泵或水水射器將虹吸吸管內(nèi)空氣抽抽出，形成部部分真空，水水在上游水面面大氣壓強作作用下進(jìn)入虹虹吸管內(nèi)并充充滿它；之后后，在上下游游水頭差的作作用下，使水水不斷流到下下游集水井或或水池中）涵管（倒虹吸吸管）：當(dāng)小小的河流穿過過公路和鐵路路路基時，常常采用涵管涵管虹吸輸水：世界上最大直徑的虹吸管管(右側(cè)直徑1520毫米、左側(cè)600毫米),虹吸高度均為為八米，猶如如一條巨龍伴游游一條小龍匐匐臥在浙江杭州州蕭山區(qū)黃石石垅水庫大壩上上，尤為壯觀觀，已獲吉尼斯世世界紀(jì)錄。如圖所示離心心泵，抽水流流量Q=8.8L/s，吸水管長l=7.5m，直徑D為100mm，沿程阻力系系數(shù)=0.045，局部水頭損損失系數(shù)為：：有濾網(wǎng)的底底閥v=7.0，90o彎b=0.3，泵的允許吸吸水真空高度度[hv]=5.7m，確定水泵的的最大安裝高高度Hp。解：取吸水池池水面1-1和水泵進(jìn)口斷斷面2-2列伯努利方程程，忽略吸水水池水面流速速作業(yè)1、2長管的水力計計算長管水頭損失失的計算由水塔向工廠廠供水，如圖圖所示，采用用鑄鐵管。管管長l=2500m，管徑d=400mm。水塔處地形形標(biāo)高1=61m，水塔水面距距離地面高度H1=18m，工廠地形標(biāo)標(biāo)高2=45m，管路末端需需要的自由水頭H2=25m，求通過管路路的流量。上題中，若車車間需水量Q=0.152m3/s，管線布置、、地面標(biāo)高及及供水點需要的的最小服務(wù)水水頭都不變，，試設(shè)計水塔塔高度。保持上題車間間需水量Q=0.152m3/s，水塔高度H1=18m，管線布置、地地面標(biāo)高及供供水點需要的的最小服務(wù)水水頭都不變，，試設(shè)計管徑。。由此可見，所所需管徑在D1與D2之間而實際無此規(guī)規(guī)格產(chǎn)品，為為防止小管徑徑引起的流量不不足和大管徑徑的浪費，通常選用兩種種直徑的管道道進(jìn)行串聯(lián)串聯(lián)管路串聯(lián)管路：由直徑不同同的管段首尾尾順次連接而成成的管路稱為為串聯(lián)管路串聯(lián)管路計算算的基本公式式:某供水水管路路，總總長l=3000m，作用用水頭頭H=28m，要求輸輸水流流量為為160L/s,試將管管路設(shè)設(shè)計成成串聯(lián)聯(lián)的兩兩根鑄鑄鐵管管段，，以便充充分利利用水水頭和和保證證流量量并聯(lián)管管路并聯(lián)管管路：兩根根或兩兩根以以上管管段的的起點點和終終點相相同的的管路路（或或在兩兩個節(jié)節(jié)點之之間連連接兩兩根或或兩根根以上上管段段的管管路））并聯(lián)管管路計計算的的基本本公式式:并聯(lián)管管路計計算的的基本本公式式:三根并并聯(lián)管管路的的粗糙糙度系系數(shù)為為0.013，總流流量Q=0.32m3/s,已知d1=300mm，d2=250mm，d3=200mm，l1=l3=1000m，l2=800m，試求求三根根管段段的流流量Q1，Q2，Q3沿程均均勻泄泄流管管路途泄流流量(Qt)：沿著管管長從從側(cè)面面不斷斷連續(xù)續(xù)向外外泄出出的流流量轉(zhuǎn)輸流流量/貫通流流量/通過流流量(Qz)：傳輸?shù)降揭院蠛蟾鞴芄芏蔚牡牧髁苛垦爻叹鶆蛐剐沽鞴芄苈罚海汗芏螁螁挝婚L長度上上的流流量等等于q的管路路（q為比流流量））如圖，，由水塔塔供水水的輸輸水塔塔，有有三段段鑄鐵鐵管組組成，，中段段為均勻泄泄流管管段。。已知知：l1=500m,d1=200mm,l2=150m，d2=150mm,l3=200m,d3=125mm,節(jié)點B分出流流量q=0.01m3/s，途泄流流量Qt=0.015m3/s，傳輸輸流量量Qz=0.02m3/s，求需要要的水水塔高高度（（作用用水頭頭）。。解：首首先將將途泄泄流量量轉(zhuǎn)換換為轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)輸流流量各管段段流量量為：：作業(yè)6、7管網(wǎng)水水力計計算管網(wǎng)是是由若若干條條簡單單管路路組合合而成成的，，可分為為枝狀狀管網(wǎng)網(wǎng)(a)和環(huán)狀狀管網(wǎng)網(wǎng)(b)兩種管網(wǎng)內(nèi)內(nèi)的各各管段段的管管徑是是根據(jù)據(jù)流量量Q及速度度v二者來來決定定的，，在流流量Q一定的的條件件下，，管徑徑隨著著在計計算中中所選選擇的的速度度v的大小小而不不同流速大大，管管徑小小，管管路造造價低低，水水頭損損失大大，增增加水水塔高高度及及抽水水的運運行費費用流速小小，管管徑大大，水水頭損損失小小，減減少抽抽水的的運行行費用用，管管路造造價高高經(jīng)濟(jì)流流速：：采用一一定的的流速速使得得供水水的總總成本本（包包括建建筑水水管的的建設(shè)設(shè)費、、抽水水機站站建設(shè)設(shè)費、、水塔塔建設(shè)設(shè)費及及抽水水經(jīng)常常運營營費的的總和和）最最低。。這種種流速速稱為為經(jīng)濟(jì)濟(jì)流速速ved=100-400mm時，ve=0.6-1.0m/sd>400mm時，ve=1.0-1.4m/s枝狀管管網(wǎng)（1）新建建給水水系統(tǒng)統(tǒng)的設(shè)設(shè)計：：已知地地形、、管長長、管管材、、用戶戶位置置、用用水量量、要要求的的自由由水頭頭未知量量：水水塔高高、管管徑計算步步驟：：(1)按照經(jīng)經(jīng)濟(jì)流流速在在已知知流量量下選選擇管管徑：：(2)計算出出各管管段的的水頭頭損失失：(3)確定水水塔高高度：：式中Hz為控制制點的的最小小服務(wù)務(wù)水頭頭；z0為控制制點的的地形形標(biāo)高高；zt為水塔塔處的的地形形標(biāo)高高；hf為從水水塔到到管網(wǎng)網(wǎng)控制制點的的總水水頭損損失。。(2)改擴建建給水水系統(tǒng)統(tǒng)的設(shè)設(shè)計：：已知水水塔高高度Ht、管路路沿線線地形形、管管路長長度l、用水水點的的最小小服務(wù)務(wù)水頭頭Hs及通過過的流流量Q未知量量：管管徑因水塔塔高度度已定定，若若用經(jīng)經(jīng)濟(jì)流流速確確定管管徑，，往往往達(dá)不不到供供水要要求。。計算步步驟：：根據(jù)枝枝狀管管網(wǎng)各各干線線的已已知條條件，，算出出它們們各自自的平平均水水力坡坡度：：選擇其其中平平均水水力坡坡度最最小的的管線線作為為控制制干線線進(jìn)行行設(shè)計計控制干干線上上按水水頭損損失均均勻分分配，，即各各管段段水力力坡度度相等等的條條件計計算各各管段段比阻阻：按照求求得的的比阻阻值選選擇各各管段段直徑徑，實實際選選用時時，可可取部部分管管段比比阻大大于計計算值值，部部分小小于計計算值值控制管管線確確定后后計算算出各各節(jié)點點的水水頭，，以此此為準(zhǔn)準(zhǔn)繼續(xù)續(xù)設(shè)計計各支支線管管徑環(huán)狀管管網(wǎng)管網(wǎng)的的管線線布置置、各各管段段的長長度、、管網(wǎng)網(wǎng)各節(jié)節(jié)點的的流量量已知知，待待求各各管段段的通通過流流量Q、各管管段的的管徑徑d，各管管段的的水頭頭損失失hf任意環(huán)環(huán)狀管管網(wǎng)，，存在在關(guān)系系式：：未知數(shù)數(shù)總數(shù)數(shù)：2np滿足的的水力力條件件：規(guī)定：：環(huán)路路內(nèi)以以順時時針方方向的的水流流所引引起的的水頭頭損失失為正正，，逆時時針方方向的的水流流所引引起的的水頭頭損失失為負(fù)負(fù)哈代-克羅斯斯(Hardy-Cross)法：初估各各管段段的流流量，，并使使各節(jié)節(jié)點滿滿足（（I）式的的要求求依據(jù)初初值流流量，，計算算各管管段的的水頭頭損失失（只只計沿沿程水水頭損損失））檢查環(huán)環(huán)路的的水頭頭損失失是否否滿足足（II）式，，若不不滿足足按下下式計計算修修正流流量并對初初值流流量進(jìn)進(jìn)行修修正。。重復(fù)復(fù)上述述三步步，直直達(dá)閉閉合差差達(dá)達(dá)到要要求的的數(shù)值值為止止管段ABBCBDCDS114.2793.44439.552016.00有壓管管道的的水擊擊水擊傳傳播過過程水擊傳傳播過過程設(shè)水擊擊波在在全管管長上上來回回傳遞遞一次次所用用的時間t=2l/c為一個個相長長，則則兩個個相長長的時時間t=4l/c為水擊擊波的的全周周期水擊壓壓強的的計算算關(guān)閉閥閥門時時間Tz，水擊相相長T=2l/c直接水水擊Tz<T壓強計計算公公式：：v0為水擊擊前管管中流流速間接水水擊Tz>T壓強計計算公公式：：水擊波的的傳播速速度：c0為水中聲聲波的傳傳播速度度，K為水的彈彈性模量量，E為管壁的