第六章管路计算3资料教程

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1、第六章第六章 有压管道、孔口与管嘴出流有压管道、孔口与管嘴出流61简单短管中的恒定有压流简单短管中的恒定有压流62长管中的恒定有压流长管中的恒定有压流63 给水管网水力计算基础给水管网水力计算基础 64 有压管路中的水击有压管路中的水击65 薄壁孔口的恒定出流薄壁孔口的恒定出流66 管嘴的恒定出流管嘴的恒定出流67 孔口（或管嘴）变水头出流孔口（或管嘴）变水头出流【教学基本要求】【教学基本要求】【学习重点】【学习重点】回到总目录回到总目录 有压管道：管道周界上的各点均受到液有压管道：管道周界上的各点均受到液体压强的作用。有压管中的恒定流：有压管体压强的作用。有压管中的恒定流：有压管中液体的运动

2、要素不随时间而变。中液体的运动要素不随时间而变。1.1.简单管道和复杂管道简单管道和复杂管道 根根据据管管道道的的组组成成情情况况我我们们把把它它分分为为简简单单管管道道和和复复杂杂管管道道。简简单单管管道道是是指指管管道道直直径径不不变变且且无无分分支支的的管管道道；复复杂杂管管道道是是指指由由两两根根以以上上管管道道组组成成管管道道系系统统。复复杂杂管管道道又又可可以以分分为为串串联联管管道道、并并联联管管道道、分分叉叉管管道道、沿沿程程泄泄流流管和管网。管和管网。基本知识点基本知识点水力学水力学水力学水力学2.2.短管和长管短管和长管 短管短管是指管路中水流的流速水头和局部水头损是指管路

3、中水流的流速水头和局部水头损失都不能忽略不计的管道；失都不能忽略不计的管道； 长管长管是指流速水头与局部水头损失之和远小于是指流速水头与局部水头损失之和远小于沿程水头损失，在计算中可以忽略的管道为，一般认沿程水头损失，在计算中可以忽略的管道为，一般认为（局部水头损失为（局部水头损失+ +流速水头）流速水头）5%5%的烟程水头损失，的烟程水头损失，可以按长管计算。可以按长管计算。 需要注意的是：长管和长管不是完全按管道的长短来区需要注意的是：长管和长管不是完全按管道的长短来区分的。将有压管道按长管计算，可以简化计算过程。但在不能分的。将有压管道按长管计算，可以简化计算过程。但在不能判断流速水头与

4、局部水头损失之和远判断流速水头与局部水头损失之和远小于沿程水头损失之前，小于沿程水头损失之前，按短管计算不会产生较大的误差。按短管计算不会产生较大的误差。 图图5-1 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 管管道道出出口口中中心心到到上上游游水水位位的的高高差差，全全部部消消耗于管道的水头损失和保持出口的动能。耗于管道的水头损失和保持出口的动能。管道自管道自由出流由出流的流量的流量系数系数2.2.淹没出流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。图图5-2在图在图5-25-2中，列断面中，列断面与的能量与的能量方程：方程： 若不

5、计上游流速水头，则若不计上游流速水头，则 说明：说明：简单管道在淹没出流的情况下，其简单管道在淹没出流的情况下，其作用水头完全被消耗于克服管道由于沿程阻力、作用水头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。局部阻力所作负功所产生的水头损失上。管中流速：管中流速：通过管道的流量：通过管道的流量：管道淹没出流管道淹没出流的流量系数的流量系数请特别注意：短管自由出流和淹没出流的计算关键请特别注意：短管自由出流和淹没出流的计算关键在于正确计算流量系数。我们比较短管自由出流和在于正确计算流量系数。我们比较短管自由出流和淹没出流的流量系数公式，可以看到两式在分母中淹没出流的流量

6、系数公式，可以看到两式在分母中多一项多一项“1”“1”，但是计算淹没出流的流量系数，但是计算淹没出流的流量系数c c时，时，局部水头损失系数局部水头损失系数中比自由出流多一项管道出口局中比自由出流多一项管道出口局部水头损失系数部水头损失系数“1”，在计算中不要遗忘。，在计算中不要遗忘。简单管道水力计算应用举例简单管道水力计算应用举例 虹吸管是一种压力输水管道，（如图）顶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，使作用在上游水面的大气压强管内造成真空，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

7、即能超过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。虹吸管顶部的真空理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，即论上不能大于最大真空值，即1010米高水柱。实米高水柱。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。时，液体将产生汽化，破坏水流的连续性。1.1.虹吸管的水力计算虹吸管的水力计算 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。虹米。虹吸管的长度一般不大，故应按短管计算。吸管的长度一般不大，故应按短管计算。 图图5-5虹吸管的工作原理虹吸管

8、的工作原理例题例题1 1图示用直径图示用直径d d = 0.4m= 0.4m的钢筋混凝的钢筋混凝土虹吸管从河道向灌溉渠道引水，河道土虹吸管从河道向灌溉渠道引水，河道水位为水位为120m120m，灌溉渠道水位，灌溉渠道水位118m118m，虹吸管各段长度为虹吸管各段长度为l l1 1 = 10m= 10m，l l2 2 =5m=5m， l l3 3 =12m=12m，虹吸管进口安装无底阀的滤网（，虹吸管进口安装无底阀的滤网（= = 2.52.5）, ,管道有两个管道有两个6060o o的折角弯管的折角弯管（=0.55=0.55）。求：（）。求：（1 1）通过虹吸管的流量。）通过虹吸管的流量。 （

9、2 2）当虹吸管内最大允许真空值）当虹吸管内最大允许真空值h hv v =7.0m=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解解：（1）计计算算通通过过虹吸管的流量虹吸管的流量 （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量方程能量方程所以所以（1 1）吸水管的水力计算。吸水管的计算在于）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确定吸水管的管径及水泵的最大允许安装高程。程。（2 2）压力水管的水力计算。压力水管的计算）压力水管的水力计算。

10、压力水管的计算在于决定必需的管径及水泵的装机容量在于决定必需的管径及水泵的装机容量2.2.水泵装置的水力计算水泵装置的水力计算 例例题题2 2流流量量Q Q，吸吸水水管管长长l l1 1，压压水水管管长长l l2 2，管管径径d d，提提水水高高度度z z ，各各局局部部水水头头损损失失系系数数，沿沿程水头损失程水头损失系数要求要求水泵最大真空度不超过水泵最大真空度不超过6m6m，确确定定水水泵泵允允许许安安装装高高度度，计计算水泵的扬程。算水泵的扬程。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例题例题3 3 一横穿河道的钢筋混凝

11、土倒虹吸管，如一横穿河道的钢筋混凝土倒虹吸管，如图所示。已知通过流量图所示。已知通过流量Q Q为为3m3m3 3/s/s，倒虹吸管上下，倒虹吸管上下游渠中水位差游渠中水位差z z为为3m3m，倒虹吸管长，倒虹吸管长l l为为50m50m，其中，其中经过两个经过两个30300 0的折角转弯，其局部水头损失系数的折角转弯，其局部水头损失系数b b为为0.200.20；进口局部水头损失系数；进口局部水头损失系数e e为为0.50.5，出口局部水头损失系数出口局部水头损失系数0 0为为1.01.0，上下游渠中流，上下游渠中流速速v v1 1 及及v v2 2为为1.5m/s1.5m/s，管壁粗糙系数，

12、管壁粗糙系数n n0.0140.014。试确定倒虹吸管直径试确定倒虹吸管直径d d。 解：倒虹吸管一般作短管计算。本题管道出解：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，口淹没在水下；而且上下游渠道中流速相同，流速水头消去。流速水头消去。 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 的复杂函数，因此需用试算法。的复杂函数，因此需用试算法。先假设先假设d d0.8m0.8m，计算沿程阻力系数：，计算沿程阻力系数：与假设与假设不符不符故再假设故再假设d=0.95md=0.95m，重新计算，重新计算则采用则采用管径管径d d为为0.950

13、.95米米1.1.输水能力计算输水能力计算 当管道布置、断面尺寸及作用水头已知时，当管道布置、断面尺寸及作用水头已知时，要求确定管道通过得流量。对于短管和长管都可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求解。以用公式直接求解。 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，求保证输水流量的作用水头的作用水头H H。 实际是求通过流量实际是求通过流量Q Q时管道的水头损失，可时管道的水头损失，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。以判别是否要进行修正。3.3.已知管线布置和输水流量

14、，求输水管径已知管线布置和输水流量，求输水管径d d 。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，即可由按求得的流量模数，即可由5 51 1确定所需的管确定所需的管道直径。道直径。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；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。 这是工程中常见的实际问题。通常是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，确定满足从技术和经济两方面综合考虑，确定满足技术要求的经济流速。有了经济流速就可技术要求的经济流速。有了经济流速就可

15、以求出管径，这样求水头以求出管径，这样求水头H H即转化为第二类即转化为第二类问题。问题。5.5.对于一个已知管道尺寸、水头和流量的对于一个已知管道尺寸、水头和流量的管道，要求确定管道各断面压强的大小管道，要求确定管道各断面压强的大小 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处的测压管水头等于总水头水头H H0 0减去该断面以前的沿程水头损失与局部减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，就得到整个管路的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。测压管水头线。（1 1）

16、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：（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。总水头值，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， 沿管长沿管长均匀分布；均匀分布； 发生在局部的管段上，则在该断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，一个是局部损失后的。个是局部损失后的。 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