《第六章有压管流34》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第六章有压管流34（34页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第三节第三节 短管水力计算短管水力计算一、有压管流一、有压管流有压管道有压管道（按水头（按水头损失比重损失比重不同）不同）长管：指管道中以长管：指管道中以沿程水头损失为主沿程水头损失为主，局部水头损失和，局部水头损失和流速水头所占比重小于（流速水头所占比重小于（5%10%）的沿程水头损失，）的沿程水头损失，可予以忽略的管道。可予以忽略的管道。短管：局部水头损失和流速水头不能忽略短管：局部水头损失和流速水头不能忽略,需要同时需要同时计算计算 的管道。的管道。有压管道有压管道（按照管路（按照管路布置不同）布置不同）简单管路简单管路复杂管路复杂管路串联管道串联管道并联管道并联管道管管 网网枝状管网枝
2、状管网环状管网环状管网二、短管概述二、短管概述1 1、定义、定义 沿沿程程损损失失和和局局部部损损失失都都占占相相当当比比重重，两两者者都都不不可可忽忽略的管道。略的管道。2 2、应用应用：水泵吸水管、虹吸管、铁路涵管、送风管等：水泵吸水管、虹吸管、铁路涵管、送风管等3 3、基本公式基本公式：取取1-11-1、2-22-2断面，列伯诺里方程断面，列伯诺里方程v0v1-1AH2-20-0总水头线总水头线测压管水头线测压管水头线SH管路阻抗，管路阻抗，s2/m5短管自由出流短管自由出流的基本公式的基本公式 流量流量系数系数短管淹没出流短管淹没出流基本公式基本公式 流量流量系数系数二者作用水头二者作
3、用水头不同不同三、短管水力计算问题三、短管水力计算问题v校核计算：已知校核计算：已知H , l, d, 管材管材, 局部阻碍，求局部阻碍，求Qv选泵计算：已知选泵计算：已知Q, l, d, 管材管材, 局部阻碍，求局部阻碍，求Hv设计计算：已知设计计算：已知Q, H, l, 管材管材, 局部阻碍，求局部阻碍，求d1、虹吸管水力计算、虹吸管水力计算v定义：定义：管道轴线的一部分高出无压的上游供水水面，这管道轴线的一部分高出无压的上游供水水面，这样的管道称为虹吸管样的管道称为虹吸管v形成条件形成条件 一水池高于另一水池一水池高于另一水池 虹吸管中充满水虹吸管中充满水 有部分管道高于上游的供水自由液
4、面有部分管道高于上游的供水自由液面v优点：优点：利用虹吸管输水可跨越高地，减少挖方，便于自利用虹吸管输水可跨越高地，减少挖方，便于自动操作，在农田水利和市政工程中广为应用。动操作，在农田水利和市政工程中广为应用。 例例6-16-1：上下游水池水位差上下游水池水位差H H=2m=2m，虹吸管长虹吸管长l lA AC C=15m=15m，l lCBCB=20m=20m，d d =200mm=200mm。入口入口A A= =1 1，出口出口B B= =1,1,各弯头各弯头b b均为均为0.20.2，=0.025=0.025，管顶最大允许真空高度管顶最大允许真空高度h hv v=7m=7m。试求试求
5、Q Q 及管道最大的允许超高及管道最大的允许超高h hs s解：列解：列1-11-1、2-22-2断面伯诺里方程断面伯诺里方程H1-12-2hsACB由由伯诺里方程整理后得管内流速伯诺里方程整理后得管内流速m/sv虹吸管中的气塞现象虹吸管中的气塞现象 虹吸管有部分高出无压的供水水面，管内存在真虹吸管有部分高出无压的供水水面，管内存在真空段。随空段。随 p pv v溶解在水中的空气分离出来溶解在水中的空气分离出来，在虹吸管在虹吸管顶部聚集，挤缩有效过流断面阻碍水流运动，直至造顶部聚集，挤缩有效过流断面阻碍水流运动，直至造成断流。成断流。v虹吸管正常工作条件虹吸管正常工作条件 为保证虹吸管正常过流
6、，工程上限制管内最大真为保证虹吸管正常过流，工程上限制管内最大真空高度不超过允许值空高度不超过允许值H1-12-2hsACB列列1-11-1、c-cc-c断面伯诺里方程断面伯诺里方程最大允许超高为最大允许超高为H1-12-2hsACB 若在若在C点开洞，空气进入破坏了真空状态点开洞，空气进入破坏了真空状态，因此因此虹吸管不能漏虹吸管不能漏2 2、水泵吸水管的水力计算水泵吸水管的水力计算 离心泵吸水管水力计算，主要为确定泵的安装高度，离心泵吸水管水力计算，主要为确定泵的安装高度，即泵轴线在吸水池水面上的高度即泵轴线在吸水池水面上的高度H Hs sv取吸水池水面取吸水池水面1-11-1和水泵进口断
7、面和水泵进口断面2-22-2，列伯诺里方程，列伯诺里方程水泵安水泵安装高度装高度水泵进口断面水泵进口断面真空高度真空高度v泵的安装高度泵的安装高度v气蚀现象气蚀现象 当当2 2断面断面p pabsabs低于该水温下汽化压强，水汽化生成大量低于该水温下汽化压强，水汽化生成大量气泡，气泡随水流进入泵内，受到压缩而突然溃灭。周围气泡，气泡随水流进入泵内，受到压缩而突然溃灭。周围的水以极大的速度向溃灭点冲击，在该点造成高达数百大的水以极大的速度向溃灭点冲击，在该点造成高达数百大气压以上的压强。这个过程发生在水泵部件的表面，就会气压以上的压强。这个过程发生在水泵部件的表面，就会使部件很快损坏，在叶片表面
8、形成麻点，结构疏松，叶片使部件很快损坏，在叶片表面形成麻点，结构疏松，叶片损坏。损坏。 为防止气蚀，通常在出厂前由实验确定允许吸水真空为防止气蚀，通常在出厂前由实验确定允许吸水真空高度高度h hv v，写在铭牌上做为水泵的性能指标之一。写在铭牌上做为水泵的性能指标之一。 例例6-26-2 离心泵抽水量离心泵抽水量 Q=8.11 Q=8.11 l / /s s，吸水管长度吸水管长度l =7.5m =7.5m，直径直径d=100mmd=100mm。沿程阻力系数沿程阻力系数=0.045=0.045。有滤网的底阀有滤网的底阀=7.0=7.0，直角弯管直角弯管b b=0.3=0.3。允许吸水真空高度允许
9、吸水真空高度 h hv v=5.7m=5.7m。确定水泵的最大安装高度确定水泵的最大安装高度H Hs sv局部阻力系数总和 =70.3=7.3 v管中流速 v =4Q/d2=1.03m/sv允许吸水真空高度hv=5.7m代入代入解：解：3、短管直径计算短管直径计算v管道直径的计算，最后化简为解算高次代数方程，难管道直径的计算，最后化简为解算高次代数方程，难以由公式直接求解，一般可采用试算法，更适于编程以由公式直接求解，一般可采用试算法，更适于编程电算，见电算，见129129页【例页【例6-36-3】 。 v有压涵管就可看作短管，如渠道从路基下穿过等有压涵管就可看作短管，如渠道从路基下穿过等第四
10、节第四节 长管水力计算长管水力计算一、概述一、概述v实质：实质：管道的简化模型管道的简化模型v定定义义：水水头头损损失失以以沿沿程程损损失失为为主主，局局部部损损失失和和流流速速水水头头的的总总和和同同沿沿程程损损失失相相比比很很小小，按按沿沿程程损损失失的的某某一一百百分分数数估估算算、或或忽忽略略不不计计，仍仍能能满满足足工工程程要要求求的的管管道道，如如城城市室外给水管道市室外给水管道 v特点特点: : 水力计算大为简化，将有压管道分为短管和长管的水力计算大为简化，将有压管道分为短管和长管的目的就在于此目的就在于此二、简单管道二、简单管道 沿程直径不变，流量也不变的管道称为简单管道。沿程
11、直径不变，流量也不变的管道称为简单管道。简单管道是一切复杂管道水力计算的基础。简单管道是一切复杂管道水力计算的基础。1 1、计算方法：、计算方法：列伯诺里方程列伯诺里方程 长管的全部作用水头都消耗于沿程水头损失，总长管的全部作用水头都消耗于沿程水头损失，总水头线水头线H H是连续下降的直线，并与测压管水头线重合是连续下降的直线，并与测压管水头线重合1-12-2HH( Hp)因长管因长管 可以忽略不计，则可以忽略不计，则2、简单管道的比阻计算方法、简单管道的比阻计算方法 简单管道的比阻计算公式简单管道的比阻计算公式比阻比阻a 取决于取决于、dv由舍维列夫旧钢管及旧铸铁管公式由舍维列夫旧钢管及旧铸
12、铁管公式当当v1.2m/s( (过渡区过渡区) ) 当当v 1.2m/s（阻力平方区）阻力平方区）修正修正系数系数各种流速下的k值列于130页6-3表中 v选用通用公式满宁公式 编制出比阻计算表6-6 ，对于铸铁管表中n=0.013v按水力坡度计算 当当v1.2m/s 当当v 1.2m/s 已知v、d、J中任两个量，便可直接由表6-7查出另一个量，使得计算工作大为简化 例例 6-4：水塔向车间供水，铸铁管：水塔向车间供水，铸铁管l=2500m，d=400mm，水塔地面标高水塔地面标高1=6lm，水塔水面距地水塔水面距地面的高度面的高度H1=18m，车间地面标高车间地面标高 2=45m，供水供水
13、点需要的自由水头点需要的自由水头H2=25m，求供水量求供水量Q解：解：作用水头作用水头 H=(1+ H1)- (2+ H2) = (61+18)- (45+ 25) = 9m v法一：法一：由表由表6-4查得查得 400mm铸铁管比阻为铸铁管比阻为 a=0.2232s2m6 验算阻力区 属于过渡区，比阻需修正，由表6-3查得v=1m/s时，k =1.03。修正后流量为 v法二：法二：按按J 计算更简便计算更简便 由表由表6-7查得查得d=400mm，J =0.00364时，时，Q=0.126m3/s,内插内插J = 0.0036时时, Q值值 =0.125 m3/s 例例6-5：上题如车间需
14、水量上题如车间需水量Q =0.152m3/s，管线布管线布置、地面标高及供水点需自由水头都不变，试设计置、地面标高及供水点需自由水头都不变，试设计水塔高度。水塔高度。 解：按比阻计算，先验算阻力区解：按比阻计算，先验算阻力区 v 1.2m/s，比阻不需修正比阻不需修正,直接查表直接查表6-4得得a=0.2232s2m6 H=(1+ H1)- (2+ H2) 水塔高水塔高 H1 = H-1+ (2+ H2) =12.89-61+45+25 = 21.89m例例6-6：由水塔向车间供水，铸铁管由水塔向车间供水，铸铁管l= 2500m，水塔地面水塔地面标高标高1=6lm，水塔水面距地面的高度水塔水面
15、距地面的高度H1=18m，车间地面车间地面标高标高2=45m，供水点需要的自由水头供水点需要的自由水头H2=25m，要求供要求供水量水量Q = 0.152 m3/s，计算所需管径。计算所需管径。解解: H=(1+H1)- (2+H2) = (61+18) - (45+25) = 9m由表由表6-4查得查得d 450mm ， a0.1195s2/m6 d 400mm ， a 0.2232s2/m6 大管：浪费管材大管：浪费管材 小管：流量不足小管：流量不足两管道串联两管道串联三、串联管道三、串联管道 （Pipes in Series）v定义：定义： 由直径不同的管段顺序联接起来的管道由直径不同的
16、管段顺序联接起来的管道 几根简单管道首尾相连组成串联管道几根简单管道首尾相连组成串联管道v应用：应用： 串联管道常用于沿程向几处输水，经过一段距离便串联管道常用于沿程向几处输水，经过一段距离便有流量分出，随着沿程流量减少，所采用的管径也相应减有流量分出，随着沿程流量减少，所采用的管径也相应减小的情况。小的情况。v节点：两管段的联结点 1、质量守恒（连续性方程）、质量守恒（连续性方程）Si 管段的阻抗管段的阻抗s2/m5 若节点处若节点处 q1= q2 = = 0，则则Q1= Q2= Q3= =Q2、能量守恒能量守恒若有流量分出，若有流量分出，3、串联管道计算公式串联管道计算公式v当串联管道节点
17、无流量分出，通过各管段的流量相等，此时总管路的阻抗等于各管段的阻抗叠加 v串联管道总压头为各段压头之和串联管道总压头为各段压头之和v串联管道的总水头线是一条折线，这是因为各管段的水力坡度不等之故 四、并联管道四、并联管道 （Pipes in ParallelPipes in Parallel）v定义：定义：在两节点之间，并联两根以上管段的管道在两节点之间，并联两根以上管段的管道 ；或几；或几根具有相同起点、终点的简单管道组成，头头相连、尾根具有相同起点、终点的简单管道组成，头头相连、尾尾相连尾相连v特点特点：并联管道能提高输送流体的可靠性。并联管道能提高输送流体的可靠性。 v计算公式计算公式能
18、量守恒能量守恒质量守恒质量守恒v一般计算公式一般计算公式设设S为并联管道的总阻抗，为并联管道的总阻抗，Q为总流量为总流量 AB段总阻抗为段总阻抗为S并并v串、并联管道分析串、并联管道分析水头水头H不变时不变时v串联：加长一段管道串联：加长一段管道 阻力变大阻力变大Q管道延长管道延长v并联：并联一段管道并联：并联一段管道 横截面变大横截面变大Q 提高管道输送流体的可靠性提高管道输送流体的可靠性 管网管网例6-7：在例6-6中，为了充分利用水头和节省管材，采用450mm和400mm两种直径管段串联。求每段长度解：设d1= 450mm的管段长l1 ，a10.1195s2/m6 d2= 400mm的管
19、段长l2，a2 0.2232s2/m6 v1=0.96m/s1.2 m/s， a2 不需修正 联立求解上两式得 l11693.5m l2 806.5m 例例6-8：三根并联铸铁输水管道由节点分出，并在节点重：三根并联铸铁输水管道由节点分出，并在节点重新会合。新会合。Q0.28m3/s，管长管长l1=500m，l2=800m，l3=1000m；直径直径d1=300mm，d2=250mm，d3=200mm。试试求各并联管段的流量及求各并联管段的流量及AB间的水头损失（书间的水头损失（书P136） 解：解：d1=300mm ， d2= 250mm , d3= 200mm a1=1.025s2/m6
20、,a2= 2.752s2/m6 ,a3= 9.029s2/m6 由能量方程得 Q3=38.77l/s， Q2 =78.51l/s ， Q1 =162.72l/sv1=2.30m/s, v2 =1.60m/s, v3 =1.23m/s1.2m/s五五、沿程均匀泄流管道 v通过流量（转输流量）通过流量（转输流量）Qz在每根管段间通过的流量在每根管段间通过的流量lxMdxQzHQtAv途泄流量（沿线流量）途泄流量（沿线流量） Qt沿着管长从侧面不断连续向外泄出的流量。沿着管长从侧面不断连续向外泄出的流量。如水处理设备中的穿孔管和灌溉用人工降雨管道等。如水处理设备中的穿孔管和灌溉用人工降雨管道等。v沿
21、程均匀泄流管道沿程均匀泄流管道管段单位长度上泄出的流量管段单位长度上泄出的流量q q相等相等v计算公式计算公式距开始泄流断面x处，取长度dx管段，认为通过该管段的流量Qx不变。其水头损失按简单管道计算lxMdxQzHQtA当管段的粗糙情况和直径不变，且流动处于阻力平方区时当管段的粗糙情况和直径不变，且流动处于阻力平方区时比阻比阻a是常数是常数近似有近似有引入折算流量引入折算流量Qc 通过流量通过流量QZ=0的特殊情况下的特殊情况下说明说明：管路在只有沿程均匀途泄流量时，其水头损失仅：管路在只有沿程均匀途泄流量时，其水头损失仅为相同转输流量通过时水头损失的为相同转输流量通过时水头损失的三分之一三
22、分之一。例例6-9：由水塔供水的输水管道，由三段铸铁管串联而成，：由水塔供水的输水管道，由三段铸铁管串联而成，中段中段BC为均匀泄流管段。为均匀泄流管段。l1=500m，d1=200mm，l2=150m，d2=150mm， l3=200m， d3= 125mm，节点节点B分出流量分出流量q=0.01m3/s，途泄流量途泄流量Qt=0.015 m3/s ，转输流量转输流量Qz=0.02 m3/s ，求需要的水塔高度（作用水头）。求需要的水塔高度（作用水头）。书书P138解：首先将途泄流量转换为转解：首先将途泄流量转换为转输流量：输流量： 整个管路由三管段串联而成，因而作用水头等于各管整个管路由三管段串联而成，因而作用水头等于各管段水头损失之和。段水头损失之和。QzQtl1,d1l2,d2, Cl3,d3qHBq+0.45Qt0.55Qt各段比阻各段比阻a由表由表6-4 查得，校核各管段流速均大于查得，校核各管段流速均大于1.2m/s，比阻比阻a不需修正不需修正
