水力学讲义 第四章 有压管中的恒定流精品文稿.ppt

《水力学讲义 第四章 有压管中的恒定流精品文稿.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《水力学讲义 第四章 有压管中的恒定流精品文稿.ppt（38页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、水力学讲义 第四章 有压管中的恒定流第1页，本讲稿共38页第四章第四章 有压管中的恒定流有压管中的恒定流4.1 4.1 简单管道水利计算的基本公式简单管道水利计算的基本公式简单管道简单管道是指管道直径不变且无分支的管是指管道直径不变且无分支的管 道。简单管道的水力计算可分为道。简单管道的水力计算可分为自由出流自由出流 和和淹没出流淹没出流两种情况。两种情况。水水力力学学讲讲义义第2页，本讲稿共38页第四章第四章 有压管中的恒定流有压管中的恒定流一一、自由出流自由出流管道出口水流流入大气，水股四周都受大气压强的管道出口水流流入大气，水股四周都受大气压强的 作用，称为自由出流管道。作用，称为自由出

2、流管道。图图4 41 1中，列断面中，列断面1 11 1、2 22 2的能量方程的能量方程图图41水水力力学学讲讲义义第3页，本讲稿共38页第四章第四章 有压管中的恒定流有压管中的恒定流总水头：总水头：管中流速：管中流速：水水力力学学讲讲义义第4页，本讲稿共38页第四章第四章 有压管中的恒定流有压管中的恒定流通过管道的流量通过管道的流量：H H0 0 作用水头，指管道出口形心至上游水池水面作用水头，指管道出口形心至上游水池水面的水头与上游行进流速的流速水头之和。当的水头与上游行进流速的流速水头之和。当行近流速较小时，可以近似取行近流速较小时，可以近似取H H0 0=H H 。水水力力学学讲讲义

3、义第5页，本讲稿共38页第四章第四章 有压管中的恒定流有压管中的恒定流管系流量系数管系流量系数 水水力力学学讲讲义义第6页，本讲稿共38页第四章第四章 有压管中的恒定流有压管中的恒定流二、淹没出流二、淹没出流 管道出口淹没在水下，称管道出口淹没在水下，称淹没出流淹没出流。图图8-28-2中，列断面与中，列断面与 的能量方程：的能量方程：图图 8 82 2 水水力力学学讲讲义义第7页，本讲稿共38页第四章第四章 有压管中的恒定流有压管中的恒定流令：令：且且w1w,w2w，则有，则有：水水力力学学讲讲义义第8页，本讲稿共38页第四章第四章 有压管中的恒定流有压管中的恒定流说明：说明：简单管道在淹没

4、出流的情况下，其简单管道在淹没出流的情况下，其作用水头作用水头H0完全被消耗于克服管道由于沿程阻完全被消耗于克服管道由于沿程阻力、局部阻力所作负功所产生的水头损失上。力、局部阻力所作负功所产生的水头损失上。即：即：水水力力学学讲讲义义第9页，本讲稿共38页第四章第四章 有压管中的恒定流有压管中的恒定流管中流速：管中流速：通过管道的流量：通过管道的流量：水水力力学学讲讲义义第10页，本讲稿共38页第四章第四章 有压管中的恒定流有压管中的恒定流式中：式中：管系流量系数，管系流量系数，它反映了沿，它反映了沿程阻力和局部阻力对管道输水能力的影响。程阻力和局部阻力对管道输水能力的影响。H H0 0 作用

5、水头，指上、下游水位差加上游行进流作用水头，指上、下游水位差加上游行进流速的流速水头。速的流速水头。局部阻力系数，包含出口损失局部阻力系数，包含出口损失 。水水力力学学讲讲义义第11页，本讲稿共38页第四章第四章 有压管中的恒定流有压管中的恒定流以上讨论中同时考虑了管道的沿程损失及局部以上讨论中同时考虑了管道的沿程损失及局部水头损失，是按短管计算的情况。水头损失，是按短管计算的情况。若管道较长，局部水头损失及流速水头可以忽若管道较长，局部水头损失及流速水头可以忽略略,可以得到可以得到:水水力力学学讲讲义义第12页，本讲稿共38页第四章第四章 有压管中的恒定流有压管中的恒定流对于紊流阻力平方区可

6、采用流量模数对于紊流阻力平方区可采用流量模数 来来计算计算.即得：即得：或或 水水力力学学讲讲义义第13页，本讲稿共38页水力水力学讲学讲义义如果您有任何问题，请毫如果您有任何问题，请毫不犹豫地提出不犹豫地提出!In case of you have any question,DO NOT hesitate to ask me!欢欢 迎迎 提提 问问第14页，本讲稿共38页第四章第四章 有压管中的恒定流有压管中的恒定流4.2 4.2 简单管道水利计算的基本类型简单管道水利计算的基本类型一、输水能力计算一、输水能力计算 当管道布置当管道布置、断面尺寸及作用水头已知时，要求确断面尺寸及作用水头已知

7、时，要求确定管道通过得流量。对于短管和长管都可以用公式直接定管道通过得流量。对于短管和长管都可以用公式直接求解。求解。水水力力学学讲讲义义第15页，本讲稿共38页第四章第四章 有压管中的恒定流有压管中的恒定流二、已知管道尺寸和输水流量二、已知管道尺寸和输水流量Q Q ，求保证输水，求保证输水 流量的作用水头流量的作用水头H H。实际是求通过流量。实际是求通过流量Q Q时时 管道的水头损失，可以直接计算，但需要管道的水头损失，可以直接计算，但需要 求管内流速，以判别是否要进行修正。求管内流速，以判别是否要进行修正。水水力力学学讲讲义义第16页，本讲稿共38页第四章第四章 有压管中的恒定流有压管中

8、的恒定流三、已知管线布置和输水流量，求输水管径三、已知管线布置和输水流量，求输水管径d d。对于长管对于长管：按求得的流量模数，即可由按求得的流量模数，即可由4 41 1确定所需的管道直径。确定所需的管道直径。对于短管：对于短管：上式中上式中 与管径与管径d d有关，所以需要试算。有关，所以需要试算。水水力力学学讲讲义义第17页，本讲稿共38页第四章第四章 有压管中的恒定流有压管中的恒定流四、已知流量和管长，求管径四、已知流量和管长，求管径d d和水头和水头H H；这是工程中常见的实；这是工程中常见的实际问题。通常是从技术和经济两方面综合考虑，确定满足技际问题。通常是从技术和经济两方面综合考虑

9、，确定满足技术要求的经济流速。有了经济流速就可以求出管径，这样求术要求的经济流速。有了经济流速就可以求出管径，这样求水头水头H H即转化为第二类问题。即转化为第二类问题。水水力力学学讲讲义义第18页，本讲稿共38页第四章第四章 有压管中的恒定流有压管中的恒定流五、对于一个已知管道尺寸、水头和流量的管道，要求确定管五、对于一个已知管道尺寸、水头和流量的管道，要求确定管道各压面的大小道各压面的大小根据能量方程，管路中任意断面处的测压管水头为：根据能量方程，管路中任意断面处的测压管水头为：即管路中任意断面即管路中任意断面i i处的测压管水头等于总水头处的测压管水头等于总水头H H0 0减去该减去该断

10、面以前的沿程水头损失与局部水头损失，再减去该断面断面以前的沿程水头损失与局部水头损失，再减去该断面的流速水头。把各断面的测压管水头连接起来，就得到整的流速水头。把各断面的测压管水头连接起来，就得到整个管路的测压管水头线。个管路的测压管水头线。水水力力学学讲讲义义第19页，本讲稿共38页水水力力学学讲讲义义如果您有任何问题，请毫如果您有任何问题，请毫不犹豫地提出不犹豫地提出!In case of you have any question,DO NOT hesitate to ask me!欢欢 迎迎 提提 问问第20页，本讲稿共38页第四章第四章 有压管中的恒定流有压管中的恒定流4.3 4.3

11、 简单管道水力计算特例简单管道水力计算特例虹吸管及水泵虹吸管及水泵 装置的水力计算装置的水力计算一、虹吸管的水力计算一、虹吸管的水力计算 虹吸管是一种压力输水管道，（如图）顶部弯曲且其高虹吸管是一种压力输水管道，（如图）顶部弯曲且其高程高于上游供水水面。若在虹吸管内造成真空，使程高于上游供水水面。若在虹吸管内造成真空，使水水力力学学讲讲义义第21页，本讲稿共38页第四章第四章 有压管中的恒定流有压管中的恒定流作用在上游水面的大气压强和虹吸管内压强之间产作用在上游水面的大气压强和虹吸管内压强之间产生压差，水流即能超过虹吸管最高处流向低处。虹生压差，水流即能超过虹吸管最高处流向低处。虹吸管顶部的真

12、空理论上不能大于最大真空值，即吸管顶部的真空理论上不能大于最大真空值，即1010米高水柱。实际上当虹吸管内压强接近该温度下的汽化米高水柱。实际上当虹吸管内压强接近该温度下的汽化压强时，液体将产生汽化，破坏水流的连续性。故一般压强时，液体将产生汽化，破坏水流的连续性。故一般不使虹吸管中的真空值大于不使虹吸管中的真空值大于7 78 8米。虹吸管的长度一米。虹吸管的长度一般不大，故应按短管计算。般不大，故应按短管计算。水水力力学学讲讲义义第22页，本讲稿共38页第四章第四章 有压管中的恒定流有压管中的恒定流例：例：用虹吸管自钻井输水至集水池。图用虹吸管自钻井输水至集水池。图8-58-5中，虹吸管中，

13、虹吸管长长l=ll=lABAB+l+lBCBC=30+40=70m=30+40=70m，d d=200mm=200mm。钻井至集水池间的恒。钻井至集水池间的恒定水位高差定水位高差H=1.60mH=1.60m。又已知。又已知=0.03=0.03，管路进口，管路进口120120弯弯头头9090弯头及出口处的局部阻力系数分别为：弯头及出口处的局部阻力系数分别为：1 1=0.5=0.5，2 2=0.2=0.2，3 3=0.5=0.5，4 4=1.0=1.0。试求试求:（1 1）流经虹吸管的流量；）流经虹吸管的流量；（2 2）如虹吸管顶部）如虹吸管顶部B B点的点的安装高度安装高度h hB B=4.5m

14、=4.5m，校核其真，校核其真空度。空度。水水力力学学讲讲义义第23页，本讲稿共38页第四章第四章 有压管中的恒定流有压管中的恒定流二、水泵装置的水力计算二、水泵装置的水力计算 1 1、吸水管的水力计算。吸水管的计算在于确定吸水管的、吸水管的水力计算。吸水管的计算在于确定吸水管的管径及水泵的最大允许安装高程。管径及水泵的最大允许安装高程。水水力力学学讲讲义义第24页，本讲稿共38页第四章第四章 有压管中的恒定流有压管中的恒定流 2 2、压力水管的水力计算。压力水管的计算在于决定必需的管、压力水管的水力计算。压力水管的计算在于决定必需的管径及水泵的装机容量。径及水泵的装机容量。水水力力学学讲讲义

15、义第25页，本讲稿共38页水力水力学讲学讲义义如果您有任何问题，请毫如果您有任何问题，请毫不犹豫地提出不犹豫地提出!In case of you have any question,DO NOT hesitate to ask me!欢欢 迎迎 提提 问问第26页，本讲稿共38页第四章第四章 有压管中的恒定流有压管中的恒定流4.4 4.4 串联管道的水力计算串联管道的水力计算 串联管道（串联管道（pipes in seriespipes in series）：由直径不同的几：由直径不同的几段管段顺次连接而成的管道称为串联管道，如图段管段顺次连接而成的管道称为串联管道，如图 水水力力学学讲讲义义

16、第27页，本讲稿共38页第四章第四章 有压管中的恒定流有压管中的恒定流串联管路的特点：总水头损失等于各管段的水头损失之和，后一串联管路的特点：总水头损失等于各管段的水头损失之和，后一管段的流量等于前一管段流量减去前管段末端泄出的流量。管段的流量等于前一管段流量减去前管段末端泄出的流量。按长管计算：按长管计算：按短管计算：按短管计算：水水力力学学讲讲义义第28页，本讲稿共38页第四章第四章 有压管中的恒定流有压管中的恒定流在各管段的联结点水流应符合连续原理：在各管段的联结点水流应符合连续原理：无流量分出无流量分出 或或 有流量分出有流量分出水水力力学学讲讲义义第29页，本讲稿共38页水力水力学讲

17、学讲义义如果您有任何问题，请如果您有任何问题，请毫不犹豫地提出毫不犹豫地提出!In case of you have any question,DO NOT hesitate to ask me!欢欢 迎迎 提提 问问第30页，本讲稿共38页第四章第四章 有压管中的恒定流有压管中的恒定流4.5 4.5 并联管道的水力计算并联管道的水力计算 并联管道（并联管道（pipes in parallelpipes in parallel）：两条或两条以）：两条或两条以上的管道同在一处分出，又在另一处汇合，这种组合而上的管道同在一处分出，又在另一处汇合，这种组合而成的管道为并联管道。成的管道为并联管道。并

18、联管道的特点为：并联管道的特点为：1、各条管路在分叉点和汇合点之间的水头损失相等。、各条管路在分叉点和汇合点之间的水头损失相等。2、管路中的总流量等于各并联管路上的流量之和。、管路中的总流量等于各并联管路上的流量之和。水水力力学学讲讲义义第31页，本讲稿共38页第四章第四章 有压管中的恒定流有压管中的恒定流并联管路一般按长管计算，其计算公式为：并联管路一般按长管计算，其计算公式为：1 1、各支管的流量与总流量、各支管的流量与总流量间应满足连续方程：间应满足连续方程：2 2、单位重量流体通过所并、单位重量流体通过所并联的任何管段时水头损失皆相联的任何管段时水头损失皆相等。即：等。即：水水力力学学

19、讲讲义义Q=Qi 第32页，本讲稿共38页第四章第四章 有压管中的恒定流有压管中的恒定流并联管道水力计算基本类型：并联管道水力计算基本类型：已知已知Q Q总总、管段情况（、管段情况（d di i，l li i，i i），求各管段流量分配。），求各管段流量分配。水水力力学学讲讲义义第33页，本讲稿共38页第四章第四章 有压管中的恒定流有压管中的恒定流例：例：如图，用长度为如图，用长度为l l的三根平行管路由的三根平行管路由A A水池向水池向B B水池水池引水，管径引水，管径d d2 2=2d=2d1 1，d d3 3=3d=3d1 1，管路的粗糙系数，管路的粗糙系数n n均相等，均相等，局部水头

20、损失不计，试分析三条管路的流量比。局部水头损失不计，试分析三条管路的流量比。水水力力学学讲讲义义第34页，本讲稿共38页水力水力学讲学讲义义如果您有任何问题，请如果您有任何问题，请毫不犹豫地提出毫不犹豫地提出!In case of you have any question,DO NOT hesitate to ask me!欢欢 迎迎 提提 问问第35页，本讲稿共38页第四章第四章 有压管中的恒定流有压管中的恒定流4.6 4.6 分叉管道的水力计算分叉管道的水力计算由一根总管分出几根支管而不再汇合的管路称为分叉管由一根总管分出几根支管而不再汇合的管路称为分叉管路。分叉管路可以看成几根串联管路

21、的组合，通常需要采用路。分叉管路可以看成几根串联管路的组合，通常需要采用试算法求解。试算法求解。水水力力学学讲讲义义第36页，本讲稿共38页第四章第四章 有压管中的恒定流有压管中的恒定流4.7 4.7 沿程均匀泄流管道的水力计算沿程均匀泄流管道的水力计算 前面讨论的管道其流量在每一管段范围内均沿程不变，前面讨论的管道其流量在每一管段范围内均沿程不变，流量在管段末，这种流量称为流量在管段末，这种流量称为通过流量通过流量。但在实际工程上可能。但在实际工程上可能遇到从侧面不断连续泄流的管道。此管道沿程连续不断分泄遇到从侧面不断连续泄流的管道。此管道沿程连续不断分泄出的流量称为出的流量称为沿程泄出流量沿程泄出流量，单位是米，单位是米3 3秒米。一般说来，秒米。一般说来，沿程泄出的流量是不均匀的，流量沿管道的变化是一个以距沿程泄出的流量是不均匀的，流量沿管道的变化是一个以距离为变数的复杂函数。我们只研究一种简单的情况，就是管离为变数的复杂函数。我们只研究一种简单的情况，就是管道各单位长度上的沿程泄出流量相等，这种管道称为道各单位长度上的沿程泄出流量相等，这种管道称为沿程均匀沿程均匀泄流管道泄流管道。水水力力学学讲讲义义第37页，本讲稿共38页谢谢 谢谢水水力力学学讲讲义义第38页，本讲稿共38页