第四章 有压管道中的恒定流精选文档.ppt

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1、第四章 有压管道中的恒定流本讲稿第一页，共三十页有压管中的恒定流有压管中的恒定流有压管道有压管道无压管道无压管道有压流有压流无压流无压流简单管道简单管道复杂管道复杂管道长管长管短管短管自由出流自由出流淹没出流淹没出流简单管道简单管道串联管道串联管道并联管道并联管道水头损失以沿程水头损失为主，局部水头损失和流速水头在总损失中所占比重很小，计算时可以忽略的管道局部损失及流速水头在总损失中占有相当的比重，计算时不能忽略的管道前进本讲稿第二页，共三十页主要内容：主要内容：简单管道水力计算的基本公式简单管道水力计算的基本公式简单管道水力计算的基本类型简单管道水力计算的基本类型简单管道水力计算特例简单管道

2、水力计算特例虹吸管及水泵虹吸管及水泵串联管道的水力计算串联管道的水力计算并联管道的水力计算并联管道的水力计算结束本讲稿第三页，共三十页简单管道水力计算的基本公式简单管道水力计算的基本公式自由出流自由出流1122HOO淹没出流淹没出流2211ZOO按短管计算时：按短管计算时：其中其中按长管计算时：按长管计算时：或或若令若令则则返回本讲稿第四页，共三十页 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减减去该断面以前的沿程水头损失与局部水头损失，再减去去该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，

3、该断面的流速水头。把各断面的测压管水头连接起来，就得到整个管路的测压管水头线。就得到整个管路的测压管水头线。（1 1）根据能量方程，管路中任意断面处）根据能量方程，管路中任意断面处的测压管水头为的测压管水头为：测压管水头线的定性分析测压管水头线的定性分析本讲稿第五页，共三十页（2 2）测压管水头线和总水头线的绘制步骤：）测压管水头线和总水头线的绘制步骤：a.a.根据各管的流量根据各管的流量 ，计算相应的流速，计算相应的流速 ，沿程水头损失沿程水头损失 和局部水头损失和局部水头损失b.b.自管道进口到出口，计算每一管段两端的总水自管道进口到出口，计算每一管段两端的总水头值，并绘出总水头线。头值，

4、并绘出总水头线。c.c.自总水头线铅直向下量取管道各个断面的自总水头线铅直向下量取管道各个断面的流速水头值，即得测压管水头线。流速水头值，即得测压管水头线。（3 3）绘制总水头线和测压管水头线的原则）绘制总水头线和测压管水头线的原则本讲稿第六页，共三十页a.绘制总水头线和测压管水头线时，绘制总水头线和测压管水头线时，沿管长均匀分沿管长均匀分布；布；发生在局部的管段上，则在该断面上有两个发生在局部的管段上，则在该断面上有两个总水头，一个是局部损失前的，一个是局部损失后总水头，一个是局部损失前的，一个是局部损失后的。的。b.在绘制总水头线时，应注意进口的边界条件在绘制总水头线时，应注意进口的边界条

5、件图图5-3 管道的进口边界管道的进口边界本讲稿第七页，共三十页3）在等直径管段中，测压管水头线与总水头线是平行）在等直径管段中，测压管水头线与总水头线是平行的。的。4）在绘制总水头线时，应注意出口的边界条件在绘制总水头线时，应注意出口的边界条件图图5-4 管道出口的边界管道出口的边界返回!本讲稿第八页，共三十页OOHV0011前进本讲稿第九页，共三十页V00前进本讲稿第十页，共三十页2211V00V下0前进本讲稿第十一页，共三十页2211V00V下0返回本讲稿第十二页，共三十页1.1.输水能力输水能力计算计算 当管道布置、断面尺寸及作用水头已知时，要求确定当管道布置、断面尺寸及作用水头已知时

6、，要求确定管道通过得流量。对于短管和长管都可以用公式管道通过得流量。对于短管和长管都可以用公式直接求直接求解解。简单管道水力计算的基本类型简单管道水力计算的基本类型2.2.已知管道尺寸和输水流量已知管道尺寸和输水流量Q Q ，求保证输水流量的，求保证输水流量的作用水头作用水头H H。实际是已知通过流量实际是已知通过流量Q Q 时，求管道的水头损失，时，求管道的水头损失，可以直接计算，但对于长管需要先计算管内流速，以可以直接计算，但对于长管需要先计算管内流速，以判别是否要进行修正。判别是否要进行修正。本讲稿第十三页，共三十页对于短管对于短管 对于长管对于长管 按求得的流量模数，即可按求得的流量模

7、数，即可试算试算确定所需的管道直径。确定所需的管道直径。上式中上式中 与管径与管径 有关，所以需要试算。有关，所以需要试算。3.3.已知管线布置和输水流量，求输水管径已知管线布置和输水流量，求输水管径d d 。本讲稿第十四页，共三十页 这是工程中常见的实际问题。通常是从这是工程中常见的实际问题。通常是从技技术术和和经济经济两方面综合考虑，确定满足技术要求的两方面综合考虑，确定满足技术要求的经济流速经济流速。有了经济流速就可以求出管径，。有了经济流速就可以求出管径，这样求水头这样求水头H H即转化为第二类问题。即转化为第二类问题。5.5.对于一个已知管道尺寸、水头和流量的管道，对于一个已知管道尺

8、寸、水头和流量的管道，要求确定管道各断面压强的大小。要求确定管道各断面压强的大小。4.4.已知流量和管长，求管径已知流量和管长，求管径d d和水头和水头H H；测压管水头线测压管水头线本讲稿第十五页，共三十页例题例题 一横穿河道的钢筋混凝土倒虹吸管，如图所示。已一横穿河道的钢筋混凝土倒虹吸管，如图所示。已知通过流量知通过流量Q为为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为为3m，倒虹吸管长，倒虹吸管长l为为50m，其中经过两个，其中经过两个300的折角转弯，的折角转弯，其局部水头损失系数其局部水头损失系数b为为0.20；进口局部水头损失系数；进口局部水头损失系数e为为0

9、.5，出口局部水头损失系数，出口局部水头损失系数0为为1.0，上下游渠中流速，上下游渠中流速v1 及及v2为为1.5m/s，管壁粗糙系数，管壁粗糙系数n0.014。试确定倒虹吸管。试确定倒虹吸管直径直径d。本讲稿第十六页，共三十页 因为沿程阻力系数因为沿程阻力系数或谢才系数或谢才系数C C都是都是d d的复杂的复杂函数，因此需用试算法。函数，因此需用试算法。解：倒虹吸管一般作短管计算。本题管道出口淹没在水下；解：倒虹吸管一般作短管计算。本题管道出口淹没在水下；而且上下游渠道中流速相同，流速水头消去。而且上下游渠道中流速相同，流速水头消去。本讲稿第十七页，共三十页先假设先假设d d0.8m0.8

10、m，计算沿程阻力系数：，计算沿程阻力系数：本讲稿第十八页，共三十页与假设不符与假设不符故再假设故再假设d=0.95md=0.95m，重新计算，重新计算则采用管径则采用管径d d为为0.950.95米米本讲稿第十九页，共三十页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ZZs 虹吸管是一种压力管，顶部弯曲且其高虹吸管是一种压力管，顶部弯曲且其高程高于上游供水水面。其顶部的真空值一般程高于上游供水水面。其顶部的真空值一般不大于不大于78m水柱高。虹吸管水柱高。虹吸管安装高度安装高度Zs越越大，顶部真空值越大。大，顶部真空值越大。虹吸管的优点在于能跨越高地，减少虹吸管的优点在于能

11、跨越高地，减少挖方。挖方。虹吸管长度一般不长，故按短管计算。虹吸管长度一般不长，故按短管计算。1122 通过水泵转轮转动的作用，在通过水泵转轮转动的作用，在水泵进口端形成真空，使水流在池水泵进口端形成真空，使水流在池面大气压作用下沿吸水管上升，流面大气压作用下沿吸水管上升，流经水泵时从水泵获得新的能量，从经水泵时从水泵获得新的能量，从而输入压力管，再流入水塔。而输入压力管，再流入水塔。安装高度安装高度提水高度提水高度安装高度安装高度ZZs吸水管吸水管压水管压水管水泵向单位重量液体所提供的机械能，称为水泵的扬程返回本讲稿第二十页，共三十页简单管道水力计算应用举例简单管道水力计算应用举例 虹吸管是

12、一种虹吸管是一种压力输水管道压力输水管道，（如图），（如图）顶部弯曲顶部弯曲且其且其高程高于高程高于上游供水水面。若在虹吸管内造成上游供水水面。若在虹吸管内造成真空真空，使作用在上游水面的大气压强和虹吸管内压强之间使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。产生压差，水流即能超过虹吸管最高处流向低处。虹吸管顶部的真空理论上不能大于最大真空值，即虹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，破坏水流的连续的汽化压强时，液体将产生汽化，

13、破坏水流的连续性。性。1.1.虹吸管的水力计算虹吸管的水力计算本讲稿第二十一页，共三十页 故一般不使虹吸管中的真空值大于故一般不使虹吸管中的真空值大于7 78 8米。虹吸米。虹吸管的长度一般不大，故应按短管计算。管的长度一般不大，故应按短管计算。图图5-5虹吸管的工作原理虹吸管的工作原理本讲稿第二十二页，共三十页求：（求：（1）通过虹吸管）通过虹吸管的流量。的流量。（2）当虹吸管内最大）当虹吸管内最大允许真空值允许真空值hv=7.0m时，时，虹吸管的最大安装高度。虹吸管的最大安装高度。图图5-6例题例题1 图示用直径图示用直径d=0.4m的钢筋混凝土虹吸管从河道向灌溉渠的钢筋混凝土虹吸管从河道

14、向灌溉渠道引水，河道水位为道引水，河道水位为120m，灌溉渠道水位，灌溉渠道水位118m，虹吸管各段长，虹吸管各段长度为度为l1=10m，l2=5m，l3=12m，虹吸管进口安装无底阀的，虹吸管进口安装无底阀的滤网（滤网（=2.5）,管道有两个管道有两个60o的折角弯管（的折角弯管（=0.55）。）。本讲稿第二十三页，共三十页解：（解：（1）计算通过虹吸管的流量）计算通过虹吸管的流量 本讲稿第二十四页，共三十页（2 2）计算虹吸管的最大安装高度）计算虹吸管的最大安装高度列列河河道道水水面面和和虹虹吸吸管管下下游游转转弯弯前前过过水水断断面面的的能能量方程量方程所以所以本讲稿第二十五页，共三十页

15、（1 1）吸水管的水力计算。吸水管的计）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算在于确定吸水管的管径及水泵的最大允许安装高程。允许安装高程。（2 2）压力水管的水力计算。压力水管的）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计算在于决定必需的管径及水泵的装机容量容量2.2.水泵装置的水力计算水泵装置的水力计算 本讲稿第二十六页，共三十页例例题题2 流流量量Q，吸吸水水管管长长l1，压压水水管管长长l2，管管径径d，提提水水高高度度z，各各局局部部水水头头损损失失系系数数，沿沿程程水水头头损损失失系数要要求求水水泵泵最最大大真真空空度度不不超超过过6

16、m，确确定定水水泵泵允允许许安安装装高高度度，计算水泵的扬程。计算水泵的扬程。本讲稿第二十七页，共三十页zz2112233图图 5-7 水泵扬程水泵扬程=提水高度提水高度+全部水头损失全部水头损失本讲稿第二十八页，共三十页串联管道的水力计算串联管道的水力计算各管段的联接点水流符合连续性方程：各管段的联接点水流符合连续性方程：水流满足能量方程：水流满足能量方程：（按短管计）（按短管计）或或（按长短计）（按长短计）按短管计按短管计Q2Q1Q3q1q2HQ2Q1Q3q1q2H按长管计按长管计返回本讲稿第二十九页，共三十页并联管道的水力计算并联管道的水力计算（一般按长管计）各支管的流量与总流量应满足连续性方程各支管的流量与总流量应满足连续性方程各支管的水头损失相等各支管的水头损失相等Q4Q1Q2Q3Q5H水流满足能量方程水流满足能量方程或或返回本讲稿第三十页，共三十页