有压管中的恒定流 (2)幻灯片.ppt

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1、有压管中的恒定流有压管中的恒定流第1页，共35页，编辑于2022年，星期六 小小 结结 1.1.水头损失的分类与概念：水头损失的分类与概念：沿程水头损失：沿程水头损失：hf 局部水头损失：局部水头损失：h hj2.2.液流产生水头损失的具备的两个条件：液流产生水头损失的具备的两个条件：1 1）液体具有粘滞性；（）液体具有粘滞性；（决定作用决定作用）2 2）由于固体边界的影响，液流内部质点）由于固体边界的影响，液流内部质点 间产生相对运动。间产生相对运动。第2页，共35页，编辑于2022年，星期六小小 结结 3.3.两种液流型态及判别：两种液流型态及判别：层流层流紊流紊流分类：分类：判别标准：判

2、别标准：管流：管流：20002000明渠：明渠：500500物理意义？物理意义？?第3页，共35页，编辑于2022年，星期六hfv2.0粗糙区，粗糙区，阻力阻力 平方平方 区区hfv1.752.0 管流可查莫迪图管流可查莫迪图:过渡过渡粗糙粗糙区区hfv1.75光光滑滑区区惯性力，流惯性力，流层间作用的切层间作用的切应力为粘滞切应力为粘滞切应力和紊动附应力和紊动附加切应力之和加切应力之和呈对数呈对数或指数或指数曲线分曲线分布布,沿垂沿垂线分布线分布较均匀较均匀有涡体产有涡体产生，质点生，质点相互混掺相互混掺,作不规则作不规则紊乱运动紊乱运动,运动要素运动要素具有脉动具有脉动现象现象管流：管流：

3、Re2000明流明流:Re500紊紊流流hfv1.0层层流流区区粘滞力，流层粘滞力，流层间作用的切向间作用的切向应力为粘滞切应力为粘滞切应力应力呈抛物呈抛物线分布线分布,沿垂线沿垂线分布不分布不均匀均匀质点运动质点运动互不混掺互不混掺,作线状规作线状规则运动则运动管流管流:Re2000明流明流:Re500Re +忽略不计忽略不计 v2hj2g+hj v5%hf2g2 +长管：长管：第10页，共35页，编辑于2022年，星期六.自由出流自由出流Free outflow4.1 恒定简单管流水力计算恒定简单管流水力计算（一）出流特性（一）出流特性总水头线总水头线测压管水头线测压管水头线2v0HH0v

4、02g总水头线总水头线测压管水头线测压管水头线2v0HH0v02g.淹没出流淹没出流Submerged outflow第11页，共35页，编辑于2022年，星期六.计算原理：计算原理：“.”（二）自由出流水力计算（二）自由出流水力计算(v,Q)第12页，共35页，编辑于2022年，星期六对1-1断面和2-2断面建立能量方程(三选)令令故故因因表明表明:管道的总水头将全部消耗于管道的水管道的总水头将全部消耗于管道的水头损失和保持出口的动能。头损失和保持出口的动能。第13页，共35页，编辑于2022年，星期六因为沿程损失因为沿程损失 局部水头损失局部水头损失代入代入:即即:取取:则则:第14页，共

5、35页，编辑于2022年，星期六管中流速管中流速:通过管道流量通过管道流量:称为称为管道系统的流量系数管道系统的流量系数。当忽略行近流速时，流量计算公式变为当忽略行近流速时，流量计算公式变为 第15页，共35页，编辑于2022年，星期六（三）淹没出流水力计算（三）淹没出流水力计算1.计算原理：计算原理：“.”第16页，共35页，编辑于2022年，星期六能量方程能量方程(三选三选):):因在淹没出流情况下，包括行进流速的上下游水在淹没出流情况下，包括行进流速的上下游水位差位差z z0 0完全消耗于沿程损失及局部损失。完全消耗于沿程损失及局部损失。第17页，共35页，编辑于2022年，星期六 平均

6、流速平均流速 因为因为 流量流量当忽略掉行近流速时，流量计算公式为当忽略掉行近流速时，流量计算公式为称为称为管道系统的流量系数管道系统的流量系数。第18页，共35页，编辑于2022年，星期六比较比较比较比较流量流量流量流量水头水头水头水头 自由出流自由出流自由出流自由出流HH淹没出流淹没出流淹没出流淹没出流Z Z注：3.3.自由出流和淹没出流的比较自由出流和淹没出流的比较第19页，共35页，编辑于2022年，星期六长管：长管：水力粗糙区，按水力粗糙区，按谢才谢才公式公式令令得得或或其中其中K K 称为流量模数或特性流量称为流量模数或特性流量.按按长管长管的情况计算：的情况计算：E.E：第20页

7、，共35页，编辑于2022年，星期六 例例4-1 4-1 一一简简单单管管道道，如如图图所所示示。长长为为800m800m，管管径径为为0.1m0.1m，水水头头为为20m20m，管管道道中中间间有有二二个个弯弯头头，每每个个弯弯头头的的局局部部水水头头损损失失系系数数为为0.30.3，已已知知沿沿程程阻阻力力系系数数0.0250.025，试试求求通通过过管管道道的的流流量（量（分别按短管和长管进行计算分别按短管和长管进行计算）。）。第21页，共35页，编辑于2022年，星期六（一一）先先将将管管道道作作为为短短管管，求求通通过过管管道流量。道流量。局局部部损损失失共共包包括括进进口口损损失失

8、和和弯弯头头损损失。进口局部损失系数失。进口局部损失系数 故故 第22页，共35页，编辑于2022年，星期六(二二)计算沿程损失及局部损失计算沿程损失及局部损失 管中流速管中流速 流速水头流速水头 沿程损失沿程损失 局部损失局部损失 故沿程水头损失占总水头的百分数为故沿程水头损失占总水头的百分数为 第23页，共35页，编辑于2022年，星期六（三）按长管计算管道所通过的流量（三）按长管计算管道所通过的流量 根据根据 故按长管计算与短管计算所得流量相差故按长管计算与短管计算所得流量相差0.00004m3/s，相对误，相对误差为差为 。由此可见，将上述管道按长管计算，误差。由此可见，将上述管道按长

9、管计算，误差很小。很小。第24页，共35页，编辑于2022年，星期六对恒定流，有压管道的水力计算对恒定流，有压管道的水力计算 主要有下列几种。主要有下列几种。一、输水能力计算一、输水能力计算 已已知知管管道道布布置置、断断面面尺尺寸寸及及作作用用水水头头时时，要要求求确确定定管管道道通通过过的流量。计算如上节例题。的流量。计算如上节例题。二二、当当已已知知管管道道尺尺寸寸和和输输水水能能力力时时，计计算算水水头头损损失失；即即要要求求确定通过确定通过 一定流量时所必须的水头。一定流量时所必须的水头。4.1 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 第25页，共35页，编辑于2022

10、年，星期六例例4-2 4-2 由水塔沿长度由水塔沿长度L L为为3500m3500m，直径，直径d d为为300mm300mm的新铸铁管向的新铸铁管向工厂输水（见图）。设安置水塔处的地面高程工厂输水（见图）。设安置水塔处的地面高程z zb b为为130.0m130.0m，厂，厂区地面高程区地面高程z zc c为为110.0m110.0m，工厂所需水头，工厂所需水头H Hc c为为25m25m。若须保证工厂。若须保证工厂供水量供水量Q Q为为85l/s85l/s，求水塔，求水塔 高度（即地面至水塔水面的垂直距高度（即地面至水塔水面的垂直距离）。离）。第26页，共35页，编辑于2022年，星期六

11、解解：给给水水管管道道常常按按长长管管计计算算。由由表表4-1查查得得d300m的的新新铸铁管铸铁管K1.144m3/s。管道内流速管道内流速 故修正系数故修正系数k1。计算水头损失计算水头损失 所需水塔高度为所需水塔高度为 24.3m 第27页，共35页，编辑于2022年，星期六三三、管管线线布布置置已已定定，当当要要求求输输送送一一定定流流量量时时，确确定定所所需需的的断断面面尺尺寸寸（圆圆形形管管道道即即确确定定管管道道直直径径）。这这时时可能出现下述两种情况：可能出现下述两种情况：1管道的输水能力、管长管道的输水能力、管长l及管道的总水头及管道的总水头H均已确定。均已确定。若若管管道道

12、为为长长管管，流流量量模模数数 由由表表4-1即即可可查查出出所所需的管道直径。需的管道直径。若为短管若为短管 流量系数流量系数 与管径有关，需用试算法确定。与管径有关，需用试算法确定。第28页，共35页，编辑于2022年，星期六 2 2管管道道的的输输水水量量Q Q，管管长长l l已已知知，要要求求选选定定所所需需的的管管径径及及相相应应的水头。从技术和经济条件综合考虑。的水头。从技术和经济条件综合考虑。(1)(1)管道使用要求：管道使用要求：管中流速大产生水击，流速小泥沙管中流速大产生水击，流速小泥沙 淤积。淤积。(2)(2)管管道道经经济济效效益益：管管径径小小，造造价价低低，但但流流速

13、速大大，水水头头损损失失也也大大，抽抽水水耗耗费费也也增增加加。反反之之管管径径大大，流流速速小小，水水头头损损失失减减少少，运转费用少，但管道造价高。运转费用少，但管道造价高。当根据技术要求确定流速后管当根据技术要求确定流速后管 道直径即可由右式计算：道直径即可由右式计算：第29页，共35页，编辑于2022年，星期六30 例例4-3 一横穿河道的钢筋混凝土倒虹吸管，如图所示。一横穿河道的钢筋混凝土倒虹吸管，如图所示。已知通过流量已知通过流量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

14、弯，其局部水的折角转弯，其局部水头损失系数头损失系数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0.5，出口，出口局部水头损失系数局部水头损失系数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。试确定倒虹吸管直径。试确定倒虹吸管直径d。第30页，共35页，编辑于2022年，星期六31 解解：倒倒虹虹吸吸管管一一般般作作短短管管计计算算。本本题题管管道道出出口口淹淹没没在在水水下；而且上下游渠道中流速相同，流速水头消去。下；而且上下游渠道中流速相同，流速水头消去。因因 所以所以 而而 因为沿程阻力系数因为沿程阻

15、力系数或谢才系数或谢才系数C都是都是d 的复杂函数，因的复杂函数，因此需用此需用试算法试算法。第31页，共35页，编辑于2022年，星期六32 先假设先假设d0.8m，计算沿程阻力系数：，计算沿程阻力系数：故故 又因又因 可求得可求得 ，与假设不符与假设不符。第32页，共35页，编辑于2022年，星期六 故再假设故再假设d=0.95m，重新计算：，重新计算：得得 因所得直径已和第二次假设值非常接近，故采用管径因所得直径已和第二次假设值非常接近，故采用管径d为为0.95米。米。第33页，共35页，编辑于2022年，星期六四四、对对一一个个已已知知管管道道尺尺寸寸、水水头头和和流流量量的的管管道道，要要求求确定管道各断面压强的大小。确定管道各断面压强的大小。该点压强为该点压强为 由此可绘出总水头线和测压管水头线。由此可绘出总水头线和测压管水头线。第34页，共35页，编辑于2022年，星期六3344第35页，共35页，编辑于2022年，星期六