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1、第六章第六章 孔口、管嘴出流与有压管流孔口、管嘴出流与有压管流6.4 6.4 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1. 1. 1. 1. 输水能力计算输水能力计算输水能力计算输水能力计算对于恒定流，有压管道的水力计算主要有下列几种：对于恒定流，有压管道的水力计算主要有下列几种： 当管道的布置、断面尺寸当管道的布置、断面尺寸d 及作用水头及作用水头H 已知时，要求确定管已知时，要求确定管道通过的流量。道通过的流量。 例例 6.16.1图图 例例6.1 6.1 计算某水电厂由渗计算某水电厂由渗水池排入集水井的流量，已水池排入集水井的流量，已知排水管的糙率知排水管的糙率 ，管径管径
2、，管长，管长 ，其他数据如图所示。其他数据如图所示。 第六章第六章 孔口、管嘴出流与有压管流孔口、管嘴出流与有压管流6.4 6.4 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由图可知该排水装置系淹没出流，其计算公式为由图可知该排水装置系淹没出流，其计算公式为在淹没出流情况下，作用水头为上、下游水位差在淹没出流情况下，作用水头为上、下游水位差依据依据和和，流量系数流量系数 解：解：第六章第六章 孔口、管嘴出流与有压管流孔口、管嘴出流与有压管流6.4 6.4 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. 2. 2. 当已知管道的尺寸和输流能力时，计算水头损失，即要当已知
3、管道的尺寸和输流能力时，计算水头损失，即要当已知管道的尺寸和输流能力时，计算水头损失，即要当已知管道的尺寸和输流能力时，计算水头损失，即要求确定通过一定流量所必须的水头。求确定通过一定流量所必须的水头。求确定通过一定流量所必须的水头。求确定通过一定流量所必须的水头。 供水工程中当供水工程中当 时时当当 时这种类型的题一般在输流工程中用到的较多，按长管计算：这种类型的题一般在输流工程中用到的较多，按长管计算：或者用查表法。或者用查表法。式中式中k 查表可得表可得式中式中第六章第六章 孔口、管嘴出流与有压管流孔口、管嘴出流与有压管流6.4 6.4 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
4、型 例例6.2 6.2 由水塔向工厂供水，如图所示，采用铸铁管，管长由水塔向工厂供水，如图所示，采用铸铁管，管长25002500m，管径，管径400400mm。水塔处地形标高为。水塔处地形标高为 ，工厂需水量，工厂需水量 ，工厂地形标高，工厂地形标高 ，管路末端需要的自由水头，管路末端需要的自由水头 ，试，试设计水塔高度设计水塔高度H。 例例 图图6.26.2第六章第六章 孔口、管嘴出流与有压管流孔口、管嘴出流与有压管流当管径当管径 ，查表铸铁管，查表铸铁管6.4 6.4 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因为管道的长度较大，考虑按照长管计算。因为管道的长度较大，考虑按照长管
5、计算。列出水厂断面和工厂断面的能量方程列出水厂断面和工厂断面的能量方程解：解：，所以，所以第六章第六章 孔口、管嘴出流与有压管流孔口、管嘴出流与有压管流6.4 6.4 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3. 3. 3. 3. 管道管线布置已定，当要求输送一定的流量时，确定所需管道管线布置已定，当要求输送一定的流量时，确定所需管道管线布置已定，当要求输送一定的流量时，确定所需管道管线布置已定，当要求输送一定的流量时，确定所需的断面尺寸（圆形管即确定直径）。这时可能出现下列两的断面尺寸（圆形管即确定直径）。这时可能出现下列两的断面尺寸（圆形管即确定直径）。这时可能出现下列两的断面
6、尺寸（圆形管即确定直径）。这时可能出现下列两种情况：种情况：种情况：种情况： 1. 1. 管道的输流能力管道的输流能力Q，管长，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。 对于长管对于长管求得求得K值后反查表就可得值后反查表就可得d 对于短管对于短管采用试算法采用试算法第六章第六章 孔口、管嘴出流与有压管流孔口、管嘴出流与有压管流6.4 6.4 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. 管道的输流能力，管长已知，要求选定所需的管径及相应的水头。管道的输流能力，管长已知，要求选定所需的管径及相应的水头。 管道的技术要求。管道的技术要求。流量一定的条件下，所
7、选管径的大小影响着管中的流量一定的条件下，所选管径的大小影响着管中的流速，所选管径应使流速控制在既不会产生过大的压力，降低管道的使流速，所选管径应使流速控制在既不会产生过大的压力，降低管道的使用寿命，又不能过小，使泥沙沉积，阻塞管路。一般情况下，水电站引用寿命，又不能过小，使泥沙沉积，阻塞管路。一般情况下，水电站引水管中流速不应大于（水管中流速不应大于（5 56 6）m/s ，给水管中的流速不应大于（，给水管中的流速不应大于（2.52.53 3）m/s，不应小于，不应小于0.250.25m/s 。管道的经济效益。管道的经济效益。重要的管道在选取管径时一般应选择几个方案进重要的管道在选取管径时一
8、般应选择几个方案进行比选，选出一种方案，使得管道投资和运转的总费用最小，但是工行比选，选出一种方案，使得管道投资和运转的总费用最小，但是工程中，费用最小的并非各方面最优或可行，往往是选一种经济上合理程中，费用最小的并非各方面最优或可行，往往是选一种经济上合理工程上可行的方案作为最终设计方案，这样选定的流速称为经济流速，工程上可行的方案作为最终设计方案，这样选定的流速称为经济流速，对应的直径为经济直径。具体数值可参照有关设计手册。对应的直径为经济直径。具体数值可参照有关设计手册。 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，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
9、虑，确定满足技术要求的经济流速。确定满足技术要求的经济流速。 第六章第六章 孔口、管嘴出流与有压管流孔口、管嘴出流与有压管流6.4 6.4 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4. 4. 4. 4. 对于一个管道尺寸、水头和流量已知的管道，要求确定管对于一个管道尺寸、水头和流量已知的管道，要求确定管对于一个管道尺寸、水头和流量已知的管道，要求确定管对于一个管道尺寸、水头和流量已知的管道，要求确定管道各断面的压强的大小道各断面的压强的大小道各断面的压强的大小道各断面的压强的大小 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
10、任意断面即管路中任意断面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H0 0 减去该断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，就得到整个管路的测压管头。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。水头线。第六章第六章 孔口、管嘴出流与有压管流孔口、管嘴出流与有压管流欢欢 迎迎 提提 问问如果您有任何如果您有任何问题，请毫不犹豫地提出毫不犹豫地提出 ! !In case of you have any In case of you have any quest
11、ion, DO NOT question, DO NOT hesitate to ask me !hesitate to ask me !第六章第六章 孔口、管嘴出流与有压管流孔口、管嘴出流与有压管流6.5 6.5 简单管道水力计算特例简单管道水力计算特例1. 1. 1. 1. 虹吸管的水力计算虹吸管的水力计算虹吸管的水力计算虹吸管的水力计算 虹吸管是一种压力输水管道，（如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，使作用在面。若在虹吸管内造成真空，使作用在上游水面的大气压强和虹吸管内压强之上游水面的大气压强和虹吸
12、管内压强之间产生压差，水流即能超过虹吸管最高间产生压差，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论上处流向低处。虹吸管顶部的真空理论上不能大于最大真空值，即不能大于最大真空值，即1010米高水柱。米高水柱。实际上当虹吸管内压强接近该温度下的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，破坏水汽化压强时，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流的连续性。故一般不使虹吸管中的真空值大于空值大于7 78 8米。米。虹吸管示意图虹吸管示意图第六章第六章 孔口、管嘴出流与有压管流孔口、管嘴出流与有压管流6.5 6.5 简单管道水力计算特例简单管道水力计算特例
13、虹吸管长度一般不大，故应按短管计算，以例说明。虹吸管长度一般不大，故应按短管计算，以例说明。虹吸管长度一般不大，故应按短管计算，以例说明。虹吸管长度一般不大，故应按短管计算，以例说明。 1. 1. 虹吸管流量的计算虹吸管流量的计算 2. 2. 虹吸管安装高度的计算虹吸管安装高度的计算 根据淹没出流的公式计算根据淹没出流的公式计算 以下游断面为基准面，列出上游断面和顶部断面的能量方程以下游断面为基准面，列出上游断面和顶部断面的能量方程得得式中式中 为虹吸管的允许真空度为虹吸管的允许真空度, ,用用 表示表示 第六章第六章 孔口、管嘴出流与有压管流孔口、管嘴出流与有压管流6.5 6.5 简单管道水
14、力计算特例简单管道水力计算特例2. 2. 2. 2. 水泵装置的水力计算水泵装置的水力计算水泵装置的水力计算水泵装置的水力计算 1. 1. 吸水管的水力计算。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。水泵水力计算示意图水泵水力计算示意图吸水管的管径一般按允许流速计算，吸水管的管径一般按允许流速计算，允许流速约为允许流速约为0.80.81.251.25m/s。计算。计算公式为公式为水泵的最大允许安装高程水泵的最大允许安装高程Zs，主要，主要取决于水泵的最大允许真空度取决于水泵的最大允许真空度hv和和吸水
15、管的水头损失。吸水管的水头损失。第六章第六章 孔口、管嘴出流与有压管流孔口、管嘴出流与有压管流6.5 6.5 简单管道水力计算特例简单管道水力计算特例 2. 2. 压水管的水力计算。压水管的水力计算。 压力水管的计算在于决定必需的压力水管的计算在于决定必需的管径及水泵的装机容量。管径及水泵的装机容量。水泵水力计算示意图水泵水力计算示意图压力管的管径是由经济流速来确定，压力管的管径是由经济流速来确定，重要的工程要对几种可能的方案进重要的工程要对几种可能的方案进行技术经济比选。行技术经济比选。 水泵的装机容量就是确定动力装置水泵的装机容量就是确定动力装置的功率。其计算公式为的功率。其计算公式为第六章第六章 孔口、管嘴出流与有压管流孔口、管嘴出流与有压管流欢欢 迎迎 提提 问问如果您有任何如果您有任何问题，请毫不犹豫地提出毫不犹豫地提出 ! !In case of you have any In case of you have any question, DO NOT question, DO NOT hesitate to ask me !hesitate to ask me !
