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1、第五章第五章 有压管流有压管流水力计算水力计算内容回顾：水头损失及分类；沿程水头损失和局部水头损失 水流流态：层流和紊流、雷诺数 沿程水头损失 计算：谢才公式 局部水头损失计算：n短管、长管的概念；淹没出流、自由出流的概念。n 短管的水力计算；n 长管的水力计算；n 复杂管路得水力计算。第五章第五章有压管流有压管流水力计算水力计算本章内容：第一节第一节概概述述有压管道：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：有压管中液体的运动要素不随时间而变 管道根据其布置情况可分为：简单管道与复杂管道。复杂管道又可分为：串联管道、并联管道、分叉管道、均匀泄流管道。根据hf与hj两种水头损失在
2、损失中所占比重的大小，将管道分为长管及短管两类。第五章第五章 有压管流有压管流水力计算水力计算对恒定流，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道通过的流量。计算如上节例题。管道通过的流量。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；即即要求确定通过要求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。三、管道直径的确定三、管道直径的确定第五章第五章 有压管流有压管流水力计算水力
3、计算第一节第一节概概述述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先分析沿管道总流测压管水头的变化情况，再计算并绘制测压管水头线。因为流量和管径均已知各断面的平均流速即可求出，入口到任一断面的全部水头损失也可算出。该点压强为由此可绘出总水头线和测压管水头线。管内压强可为正值也可为负值。当管内存在有较大负压时，可能产生空化现象。四、对一个已知管道尺寸、水头和流量的管道，要求四、对一个已知管道尺寸、水头和流量的管道，要求确定管道各断面压强的大小确定管道各断面压强的大小。第五章第五章 有压管流有压管流水力计算水力计算第一节第一节概概述述简单管道：指管道直径不变且无分支的管道。简单管道：指管
4、道直径不变且无分支的管道。简单管道的水力计算可分为自由出流和淹没出流。简单管道的水力计算可分为自由出流和淹没出流。一、自由出流一、自由出流对1-1断面和2-2断面建立能量方程令且因第二节第二节 简单短管的水力计算简单短管的水力计算第五章第五章 有压管流有压管流水力计算水力计算故故上式表明，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。因为沿程损失局部水头损失有第二节第二节 简单短管的水力计算简单短管的水力计算第五章第五章 有压管流有压管流水力计算水力计算取则管中流速通过管道流量式中称为管道系统的流量系数。当忽略行近流速时，流量计算公式变为第二节第二节 简单短管的水力计算简单短管的水力
5、计算第五章第五章 有压管流有压管流水力计算水力计算管道出口淹没在水下称为淹没出流。取符合渐变流条件的断面1-1和2-2列能量方程因则有在淹没出流情况下，包括行进流速的上下游水位差z0完全消耗于沿程损失及局部损失。第五章第五章 有压管流有压管流水力计算水力计算二、淹没出流二、淹没出流第二节简单短管的水力计算第二节简单短管的水力计算因为整理后可得管内平均流速通过管道的流量为式中，称为管道系统的流量系数。当忽略掉行近流速时，流量计算公式为第二节第二节 简单短管的水力计算简单短管的水力计算第五章第五章 有压管流有压管流水力计算水力计算三、管径的确定三、管径的确定管管线线布布置置已已定定，当当要要求求输
6、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（圆形管道即确定管道直径）寸（圆形管道即确定管道直径）1管道的输水能力、管长l及管道的总水头H均已确定。管道直径，流量系数与管径有关，需用试算法确定。第五章第五章 有压管流有压管流水力计算水力计算第二节第二节 简单短管的水力计算简单短管的水力计算2管管道道的的输输水水量量Q，管管长长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的水头。水头。从技术和经济条件综合考虑。从技术和经济条件综合考虑。(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)管管道道经经济
7、济效效益益：管管径径小小，造造价价低低，但但流流速速大大，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，运运转转费费用用少，但管道造价高。少，但管道造价高。当根据技术要求确定流速后管道直径即可由右式计算：当根据技术要求确定流速后管道直径即可由右式计算：第二节第二节 简单短管的水力计算简单短管的水力计算第五章第五章 有压管流有压管流水力计算水力计算四、绘制总水头线和侧压管水头线四、绘制总水头线和侧压管水头线（一）、绘制总水头和测压管水头线的具体步骤（二）、绘制总水头线和测压管水头线应注意的问题1.沿程水头损失沿管均匀分布，局
8、部水头损失发生在局部边界突变的概化断面上。2.在等直径的管段中，测压管水头线与总水头线平行。3.进口的边界条件4.出口的边界条件5.测压管水头线可以上升或下降，但总水头线总是下降。第二节第二节 简单短管的水力计算简单短管的水力计算第五章第五章 有压管流有压管流水力计算水力计算（三）负压段的判断（三）负压段的判断1.根据流量计算速度和沿程水头损失以及局部水头损失根据流量计算速度和沿程水头损失以及局部水头损失2.计算每段管端的总水头值，绘总水头线计算每段管端的总水头值，绘总水头线3.总水头减去速度水头即为侧压管水头总水头减去速度水头即为侧压管水头第五章第五章 有压管流有压管流水力计算水力计算第二节
9、第二节 简单短管的水力计算简单短管的水力计算一、虹吸管的水力计算一、虹吸管的水力计算虹吸管是一种压虹吸管是一种压力输水管道，其顶力输水管道，其顶部高程高于上游供部高程高于上游供水水面。水水面。第三节第三节 短管应用举例短管应用举例第五章第五章 有压管流有压管流水力计算水力计算特点：顶部真空高度理论上不能大于特点：顶部真空高度理论上不能大于10m，一般其真空高度，一般其真空高度值限制在值限制在(68m )；虹吸管长度一般不大，应按短管计算。；虹吸管长度一般不大，应按短管计算。虹吸管的水力计算包括：已知上下游水位差，管径，确定输水流量；由公式进行计算。由虹吸管的允许真空度，确定管顶最大安装高度；或
10、者已知安装高度，校核最大真空。列能量方程：得到第五章第五章 有压管流有压管流水力计算水力计算第三节第三节 短管应用举例短管应用举例二、泵装置的水力计算二、泵装置的水力计算 水力计算包括吸水管及压力水管的计算，主要任务有：管径水力计算包括吸水管及压力水管的计算，主要任务有：管径的计算，水泵安装高度，水泵的扬程和功率的计算。的计算，水泵安装高度，水泵的扬程和功率的计算。第三节第三节 短管应用举例短管应用举例第五章第五章 有压管流有压管流水力计算水力计算1管道的直径和安装高度主主要要任任务务是是确确定定吸吸水水管管和和压压力力管管的的管管径径及及水水泵泵的的最最大大允允许许安装高程。安装高程。吸吸水
11、水管管管管径径一一般般是是根根据据允允许许流流速速计计算算。通通常常吸吸水水管管的的允允许许流流速为为速为为1.22m/s。流速确定后管径为流速确定后管径为水泵的最大允许安装高程水泵的最大允许安装高程zs决定于水泵的最大允许真空值决定于水泵的最大允许真空值hv和和吸水管的水头损失吸水管的水头损失。第五章第五章 有压管流有压管流水力计算水力计算第三节第三节 短管应用举例短管应用举例2水泵的扬程和功率水泵的扬程和功率水流经过水泵时，从水泵的动力装置获得了外加的机械能。水流经过水泵时，从水泵的动力装置获得了外加的机械能。因而动力机械的功率为因而动力机械的功率为为水泵向单位重量液体所提供的机械能，成为
12、为水泵向单位重量液体所提供的机械能，成为水泵的总水头或扬程。水泵的总水头或扬程。上式表明水泵向单位重量液体所提供的机械能一方面是用来上式表明水泵向单位重量液体所提供的机械能一方面是用来将水流提高一个几何高度，另一方面是用来克服水头损失将水流提高一个几何高度，另一方面是用来克服水头损失第三节第三节 短管应用举例短管应用举例第五章第五章 有压管流有压管流水力计算水力计算二、倒虹吸管的水力计算二、倒虹吸管的水力计算在渠道与其他渠道或公路、河道相交叉时，常常在公路在渠道与其他渠道或公路、河道相交叉时，常常在公路或河道的下面设置一段管道，这段管道就是倒虹吸管。倒虹或河道的下面设置一段管道，这段管道就是倒
13、虹吸管。倒虹吸管的水力计算主要任务有：过流能力计算，上下游水位差吸管的水力计算主要任务有：过流能力计算，上下游水位差的计算，管径的计算的计算，管径的计算。第三节第三节 短管应用举例短管应用举例第五章第五章 有压管流有压管流水力计算水力计算（1）过流能力的计算：（2）上下游水位差的计算：第五章第五章 有压管流有压管流水力计算水力计算第三节第三节 短管应用举例短管应用举例（3）管道直径的计算因所以而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都是都是d的复杂函数，因此需的复杂函数，因此需用用试算法或迭代法试算法或迭代法。第三节第三节 短管应用举例短管应用举例第五章第五章 有压管流有压管流
14、水力计算水力计算第四节第四节第四节第四节 长长管的水力管的水力管的水力管的水力计计算算算算 如如果果作作用用水水头头的的95%以以上上用用于于沿沿程程水水头头损损失失，我我们们就就可可以以略略去去局局部部损损失失及及出出口口速速度度水水头头，认认为为全全部部作作用用水水头头消消耗耗在在沿沿程程，这这样样的的管管道道流流动动称称为为水水力力长长管管。否否则则为为水水力短管。力短管。 长管管: :作作用用水水头全全部部消耗于沿程损失消耗于沿程损失一、一、简单长管的水力计算简单长管的水力计算 第五章第五章 有压管流有压管流水力计算水力计算第四节第四节第四节第四节 长长管的水力管的水力管的水力管的水力
15、计计算算算算 第四节第四节第四节第四节 长长管的水力管的水力管的水力管的水力计计算算算算 第五章第五章 有压管流有压管流水力计算水力计算第四节第四节第四节第四节 长长管的水力管的水力管的水力管的水力计计算算算算 1 1、管管线布置、作用水布置、作用水头、管道材料已定，当要求、管道材料已定，当要求输送一定送一定流量流量时，确定所需的管径，确定所需的管径 ；参见；参见P139例例5-7二、二、简单长管水力计算类型简单长管水力计算类型 第五章第五章 有压管流有压管流水力计算水力计算第四节第四节第四节第四节 长长管的水力管的水力管的水力管的水力计计算算算算 3 3、已知管道尺寸、材料、管已知管道尺寸、
16、材料、管线布置和布置和输水能力，水能力，计算作用算作用水水头（确定水塔高度）（确定水塔高度） 。参见。参见P139 P139 例例5-65-6 2 2、已知作用水头、尺寸、材料及管线布置，计算输水能力、已知作用水头、尺寸、材料及管线布置，计算输水能力；第四节第四节第四节第四节 长长管的水力管的水力管的水力管的水力计计算算算算 第五章第五章 有压管流有压管流水力计算水力计算第五节第五节第五节第五节 复复复复杂杂管路水力管路水力管路水力管路水力计计算算算算 二二. .复杂管道的水力计算复杂管道的水力计算串联管道。串联管道。 n 段串联管道，各段串联管道，各段损失分别计算然段损失分别计算然后叠加，认
17、为作用后叠加，认为作用水头全部用于沿程水头全部用于沿程损失，可得一个方损失，可得一个方程。程。各各段段流流量量间间的的关关系系由由连连续续原原理理确确定定，又又可可得得n-1个方程个方程第五章第五章 有压管流有压管流水力计算水力计算第五节第五节第五节第五节 复复复复杂杂管路水力管路水力管路水力管路水力计计算算算算 第五节第五节第五节第五节 复复复复杂杂管路水力管路水力管路水力管路水力计计算算算算 并联管道并联管道 n段并联管道的水头损失是相同的，给出段并联管道的水头损失是相同的，给出n-1个方程个方程流流量量之之和和为为总总流流量量，又又可可得一个方程得一个方程(i=1,n)第五章第五章 有压
18、管流有压管流水力计算水力计算第五节第五节第五节第五节 复复复复杂杂管路水力管路水力管路水力管路水力计计算算算算 第五节第五节第五节第五节 复复复复杂杂管路水力管路水力管路水力管路水力计计算算算算 沿程均匀泄流管沿程均匀泄流管第五章第五章 有压管流有压管流水力计算水力计算第五节第五节第五节第五节 复复复复杂杂管路水力管路水力管路水力管路水力计计算算算算 若沿程均匀泄流管道只有途泄流量，而贯通流量为零，则若沿程均匀泄流管道只有途泄流量，而贯通流量为零，则管道水头损失相当于途泄流量集管道水头损失相当于途泄流量集中在管道末端泄出时水头损失的中在管道末端泄出时水头损失的1/3 1/3 第五章第五章 有压管流有压管流水力计算水力计算第五节第五节第五节第五节 复复复复杂杂管路水力管路水力管路水力管路水力计计算算算算 第五节第五节第五节第五节 复复复复杂杂管路水力管路水力管路水力管路水力计计算算算算 枝枝状状管管网网应应按按最最不不利利点点设设计计干干管管，在在干干管管各各段段的的流流量量分分配配给给定定，管管径径由由经经济济流流速速确确定定的的情情况况下下，可可以以决决定定所所需需作作用用水水头头。此此后后的的支支管管设设计计就就成成为为已已知知水头和流量求管径的问题。参考水头和流量求管径的问题。参考P150例例5-12第五章第五章 有压管流有压管流水力计算水力计算
