有压管道的恒定流.ppt

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1、 第五章第五章 有压管道的恒定流有压管道的恒定流 第一节第一节第一节第一节 简单管道水力计算简单管道水力计算简单管道水力计算简单管道水力计算的基本公式的基本公式的基本公式的基本公式 第二节第二节第二节第二节 简单管道、短管水力计算的类型及实例简单管道、短管水力计算的类型及实例简单管道、短管水力计算的类型及实例简单管道、短管水力计算的类型及实例 第三节第三节第三节第三节 长管长管长管长管水力计算水力计算水力计算水力计算 第四节第四节第四节第四节 串联、分叉和串联、分叉和串联、分叉和串联、分叉和并联管道的水力计算并联管道的水力计算并联管道的水力计算并联管道的水力计算 第五节第五节第五节第五节 沿程

2、均匀泄流管道的水力计算沿程均匀泄流管道的水力计算沿程均匀泄流管道的水力计算沿程均匀泄流管道的水力计算 第五章第五章 有压管道的恒定流有压管道的恒定流 液体运动的基本规律液体运动的基本规律:连续方程连续方程 能量方程能量方程 动量方程动量方程 水头损失的规律水头损失的规律 应用这些基本方程可解决常见的水力学问题应用这些基本方程可解决常见的水力学问题 有压管道中的恒定流有压管道中的恒定流 明渠恒定流明渠恒定流 水工建筑物水力计算水工建筑物水力计算 本章重点介绍：本章重点介绍：有压管道中恒定流水力计算有压管道中恒定流水力计算 （能量方程在管道中的应用）（能量方程在管道中的应用）工程中，为输送液体，常

3、用各种有压管道，如工程中，为输送液体，常用各种有压管道，如l水电站压力引水钢管水电站压力引水钢管l水库有压泄洪隧洞或泄水管水库有压泄洪隧洞或泄水管l供给的水泵装置系统及管网供给的水泵装置系统及管网l输送石油的管道输送石油的管道 概述概述 这类管道被水充满，管道周界各点受到液体这类管道被水充满，管道周界各点受到液体压强作用，称有压管道。其断面各点压强，一般压强作用，称有压管道。其断面各点压强，一般不等于大气压强。不等于大气压强。液液 体体管管 壁壁有压管道有压管道液体自由面液体自由面 管管 壁壁无压管道无压管道 有压管中液体运动要素时均值不随时间改变，有压管中液体运动要素时均值不随时间改变，则为

4、恒定流；若运动要素时均值随时间改变，则则为恒定流；若运动要素时均值随时间改变，则称为有压管中的非恒定流。称为有压管中的非恒定流。管道按布置分为管道按布置分为简单管道简单管道复杂管道复杂管道串联管道串联管道并联管道并联管道 分叉管道分叉管道 有压管道水力计算的主要内容就是确定水头有压管道水力计算的主要内容就是确定水头损失，包括沿程水头损失和局部水头损失。损失，包括沿程水头损失和局部水头损失。根据这两种水头损失大小比重，将管道分为：根据这两种水头损失大小比重，将管道分为：长管长管 短管短管 长管长管 沿程水头损失水头为主，局部损失和流速水头在沿程水头损失水头为主，局部损失和流速水头在总水头损失中所

5、占比重很小，计算时可忽略。总水头损失中所占比重很小，计算时可忽略。短管短管 局部水头损失及流速水头在总水头损失局部水头损失及流速水头在总水头损失中占相当比例（一般大于中占相当比例（一般大于5%5%），计算时均不），计算时均不能忽略，例如能忽略，例如l 水泵吸水管水泵吸水管l 虹吸管虹吸管l 混凝土坝内的压力泄水管等混凝土坝内的压力泄水管等注意：注意：长管和短管不按管道绝对长度决定。长管和短管不按管道绝对长度决定。当管道存在较大局部损失管件，例如局部开当管道存在较大局部损失管件，例如局部开启闸门、喷嘴、底阀等。既是管道很长，局部损启闸门、喷嘴、底阀等。既是管道很长，局部损失也不能失也不能 略去，

6、必须按短管计算。略去，必须按短管计算。注意注意注意注意 长管长管 忽略局部水头损失和流速水头（沿程损失不能略去），忽略局部水头损失和流速水头（沿程损失不能略去），计算工作大大简化，其对结果又没有多大影响。计算工作大大简化，其对结果又没有多大影响。第一节第一节第一节第一节 简单管道水力计算简单管道水力计算简单管道水力计算简单管道水力计算的基本公式的基本公式的基本公式的基本公式 第二节第二节第二节第二节 简单管道、短管水力计算的类型及实例简单管道、短管水力计算的类型及实例简单管道、短管水力计算的类型及实例简单管道、短管水力计算的类型及实例 第三节第三节第三节第三节 长管长管长管长管水力计算水力计算

7、水力计算水力计算 第四节第四节第四节第四节 串联、分叉和串联、分叉和串联、分叉和串联、分叉和并联管道的水力计算并联管道的水力计算并联管道的水力计算并联管道的水力计算 第五节第五节第五节第五节 沿程均匀泄流管道的水力计算沿程均匀泄流管道的水力计算沿程均匀泄流管道的水力计算沿程均匀泄流管道的水力计算 第五章第五章 有压管道的恒定流有压管道的恒定流简单管道简单管道 管径沿程不变、且无分支的管道水力计算管径沿程不变、且无分支的管道水力计算 自由出流和淹没出流第一节第一节 简单管道的水力计算简单管道的水力计算的基本公式的基本公式 一、简单管道一、简单管道自由出流自由出流 自由出流自由出流:管道出口流入大

8、气中，水股四周受大气作用管道出口流入大气中，水股四周受大气作用 11v000v22H00v022g1v 22g2211v000v22H00v022g1v 22g考虑考虑1-11-1断面和出口断面和出口2-22-2断面的能量方程，则断面的能量方程，则 11v000v22H00v022g1v 22g11v000v22H00v022g1v 22g管道自由出流流量系数管道自由出流流量系数二、简单管道二、简单管道淹没出流淹没出流 淹没出流：淹没出流：管道出口淹没在水下管道出口淹没在水下11v00022z00v022gv202v 22gz考虑考虑1-1过水断面和过水断面和2-2过水断面的能量方程，则过水断

9、面的能量方程，则11v00022z00v022gv202v 22gz11v00022z00v022gv202v 22gzv11v00022z00v022gv202v 22gzvvv211v00022z00v022gv202v 22gzv11v00022z00v022gv202v 22gzv11v00022z00v022gv202v 22gzv 比较自由出流的流量系数和淹没出流的流量比较自由出流的流量系数和淹没出流的流量系数，两者表达式不同，但数值相等。系数，两者表达式不同，但数值相等。淹没出流淹没出流自由出流自由出流11v00022z00v022gv202v 22gvv2淹没出流：淹没出流：2

10、1341 11v000v22H00v022g1v 22g123自由出流自由出流 比较自由出流和淹没出流的流量系数，比较自由出流和淹没出流的流量系数，两者表达式不同，但数值相等。两者表达式不同，但数值相等。淹没出流淹没出流自由出流自由出流三、三、测压管水头线的绘制测压管水头线的绘制 用以下例子说明用以下例子说明总水头线和测压管水头线的绘制总水头线和测压管水头线的绘制。v122gv222g管道突然缩小管道突然缩小总水头线总水头线测压管水头线测压管水头线v122gv222g管道突然放大管道突然放大总水头线总水头线测压管水头线测压管水头线v22gv22g管道中的阀门管道中的阀门总水头线总水头线测压管水

11、头线测压管水头线 管道测压管水头线和总水头线管道测压管水头线和总水头线11H122334455ipi/v0hwiH10总水头线总水头线测压管水头线测压管水头线v022g步骤步骤1 1：先定出不计能量损失的总水头：先定出不计能量损失的总水头11H122334455ipi/v0hwiH10总水头线总水头线测压管水头线测压管水头线v022g步骤步骤2 2：定出管道末端的总水头：定出管道末端的总水头11H122334455ipi/v0hwiH10总水头线总水头线测压管水头线测压管水头线v022g步骤步骤3 3：寻求最后一个局部损失处（：寻求最后一个局部损失处（4 4）下游）下游11H122334455

12、ipi/v0hwiH10总水头线总水头线测压管水头线测压管水头线v022g步骤步骤4 4：计算：计算4545段的能量损失段的能量损失hf 4511H122334455ipi/v0hwiH10总水头线总水头线测压管水头线测压管水头线v022g步骤步骤6 6：以管道末端总水头线为基础，在：以管道末端总水头线为基础，在4 4处向上量取处向上量取hf 45，得得4-44-4断面右侧总水点断面右侧总水点11H122334455ipi/v0hwiH10总水头线总水头线测压管水头线测压管水头线v022ghf 45步骤步骤6 6：以右侧总水点起，再量取一个：以右侧总水点起，再量取一个4 4处的局部水头损处的局

13、部水头损 失，得到失，得到4-44-4断面左侧的总水头点断面左侧的总水头点 11H122334455ipi/v0hwiH10总水头线总水头线测压管水头线测压管水头线v022ghf 45步骤步骤7 7：逐次向上游推进，便可得到总水头线：逐次向上游推进，便可得到总水头线11H122334455ipi/v0hwiH10总水头线总水头线测压管水头线测压管水头线v022ghf 45步骤步骤8 8：从总水头线向下扣除一个相应管道的：从总水头线向下扣除一个相应管道的 流速水头，便可得到测压管水头线流速水头，便可得到测压管水头线11H122334455ipi/v0hwiH10总水头线总水头线测压管水头线测压管

14、水头线v022ghf 45 注意：起：水面注意：起：水面 或或 总水头线总水头线 11H122334455ipi/v0hwiH10总水头线总水头线测压管水头线测压管水头线v022g注意：局部水头损失处：水头线发生突变注意：局部水头损失处：水头线发生突变11H122334455ipi/v0hwiH10总水头线总水头线测压管水头线测压管水头线v022g注意：测压管水头线和总水头线相差一个流速水头注意：测压管水头线和总水头线相差一个流速水头11H122334455ipi/v0hwiH10总水头线总水头线测压管水头线测压管水头线v022g当测压管水头线低于管道轴线时，管道存在负压（真空）当测压管水头线

15、低于管道轴线时，管道存在负压（真空）11H122334455ipi/v0hwiH10总水头线总水头线测压管水头线测压管水头线v022g 第一节第一节第一节第一节 简单管道水力计算简单管道水力计算简单管道水力计算简单管道水力计算的基本公式的基本公式的基本公式的基本公式 第二节第二节第二节第二节 简单管道、短管水力计算的类型及实例简单管道、短管水力计算的类型及实例简单管道、短管水力计算的类型及实例简单管道、短管水力计算的类型及实例 第三节第三节第三节第三节 长管长管长管长管水力计算水力计算水力计算水力计算 第四节第四节第四节第四节 串联、分叉和串联、分叉和串联、分叉和串联、分叉和并联管道的水力计算

16、并联管道的水力计算并联管道的水力计算并联管道的水力计算 第五节第五节第五节第五节 沿程均匀泄流管道的水力计算沿程均匀泄流管道的水力计算沿程均匀泄流管道的水力计算沿程均匀泄流管道的水力计算 第五章第五章 有压管道的恒定流有压管道的恒定流 （1 1）根据一定的管道布置、管道材料、管道直径和作用水头，根据一定的管道布置、管道材料、管道直径和作用水头，计算管道的过水能力，即计算管道在一定条件下的出流量。计算管道的过水能力，即计算管道在一定条件下的出流量。（2 2）根据一定的管道布置、管道材料、作用水头和管道需要通根据一定的管道布置、管道材料、作用水头和管道需要通过的设计流量，计算管道内径尺寸。过的设计

17、流量，计算管道内径尺寸。（3 3）根据一定的管道布置、管道材料、管道直径、作用水头和根据一定的管道布置、管道材料、管道直径、作用水头和管道的设计流量，计算管道的水头损失，包括沿程水头损失和局管道的设计流量，计算管道的水头损失，包括沿程水头损失和局部水头损失。部水头损失。第二节简单管道、短管水力计算的类型及实例第二节简单管道、短管水力计算的类型及实例第二节简单管道、短管水力计算的类型及实例第二节简单管道、短管水力计算的类型及实例一、水力计算的任务一、水力计算的任务（4 4）根据一定的管道布置、管道材料、管道直径和管道设计流根据一定的管道布置、管道材料、管道直径和管道设计流量，计算并绘制管道的测压

18、管水头线和总水头线。量，计算并绘制管道的测压管水头线和总水头线。（5 5）根据一定的管道布置、管道材料、管道直径、管道要求的根据一定的管道布置、管道材料、管道直径、管道要求的出流量和管道出口要求的工作水头，计算管道进口处的作用水头、出流量和管道出口要求的工作水头，计算管道进口处的作用水头、水塔高度或水泵扬程。水塔高度或水泵扬程。（6 6）根据一定的管道布置、管道材料及管道的设计流量，确定根据一定的管道布置、管道材料及管道的设计流量，确定管径和作用水头。管径和作用水头。第二节第二节第二节第二节 简单管道、短管水力计算的类型及实例简单管道、短管水力计算的类型及实例简单管道、短管水力计算的类型及实例

19、简单管道、短管水力计算的类型及实例一、水力计算的任务一、水力计算的任务 虹吸管是一种压力输水管道，顶部弯曲且其高程高于虹吸管是一种压力输水管道，顶部弯曲且其高程高于上游供水水面。在虹吸管内造成真空，使作用虹吸管内上游供水水面。在虹吸管内造成真空，使作用虹吸管内产生真空，水流则能通过虹吸管最高处引向其他处。产生真空，水流则能通过虹吸管最高处引向其他处。二、水力计算实例二、水力计算实例二、水力计算实例二、水力计算实例1.1.虹吸管的水力计算虹吸管的水力计算 虹吸管的优点在于能跨越高地，减少挖方。虹吸管的优点在于能跨越高地，减少挖方。虹吸管虹吸管长度一般不长，故按照短管计算。长度一般不长，故按照短管

20、计算。pa1122zzs虹吸管顶部虹吸管顶部 虹吸管顶部的真空压强理论值不能大于最大真空值虹吸管顶部的真空压强理论值不能大于最大真空值（10mH2O10mH2O）。）。当虹吸管内压强接近该温度下的汽化压强时，液体将产生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，破坏水流连续性，可能产生空蚀破坏，故一般虹吸管汽化，破坏水流连续性，可能产生空蚀破坏，故一般虹吸管中的真空值中的真空值7 78mH2O8mH2O。例例 有一渠道用两根直径为有一渠道用两根直径为1.0m的混凝土虹吸管来跨越山丘，的混凝土虹吸管来跨越山丘，渠道上游水位为渠道上游水位为1100.0m，下游水位为，下游水位为299.

21、0m，虹吸，虹吸管长度管长度l1=8m l2=15m；l3=15m，中间有，中间有60的折弯两个，每的折弯两个，每个弯头的局部水头损失系数为个弯头的局部水头损失系数为0.365，若进口局部水头损失系，若进口局部水头损失系数为数为0.5；出口局部水头损失系数为；出口局部水头损失系数为1.0。试确定：。试确定：当虹吸管中的最大允许真空度为当虹吸管中的最大允许真空度为 7mH2O时，虹吸管时，虹吸管最高安装高程最高安装高程 zs为多少？为多少？00BBzszl1l3l2 虹吸管为淹没出流虹吸管为淹没出流00BBzszl1l3l2求流量求流量 00BBzszl1l3l2虹吸管中最大真空一般发生在管道最

22、高位置。虹吸管中最大真空一般发生在管道最高位置。本题最大真空发生在第二个弯头前的本题最大真空发生在第二个弯头前的B-B B-B 断面。断面。考虑考虑0-00-0断面和断面和B-B B-B 断面的能量方程，则断面的能量方程，则 00BBzszl1l3l2 00BBzszl1l3l2vd1154d22232l1h1Hl200h211 一个抽水系统通过水泵转动转轮的作用，在水泵一个抽水系统通过水泵转动转轮的作用，在水泵进水口形成真空，使水流在池面大气压强的作用下沿进水口形成真空，使水流在池面大气压强的作用下沿吸水管上升，流经水泵时从水泵获得新的能量，进入吸水管上升，流经水泵时从水泵获得新的能量，进入

23、压力管，再流入水塔。压力管，再流入水塔。2 2 水泵的水力计算水泵的水力计算1100223344z测测压压管管水水头头线线zs吸水管吸水管压水管压水管水泵的水力计算水泵的水力计算 吸水管和压力水管吸水管和压力水管 吸水管吸水管:短管短管 压力水管压力水管:长管长管 2.12.1吸水管的水力计算吸水管的水力计算确定管径和水泵最大允许安装高程确定管径和水泵最大允许安装高程 吸水管的管径一般是根据允许流速计算，通常吸吸水管的管径一般是根据允许流速计算，通常吸 水管的允许流速约为水管的允许流速约为0.81.25 m/s，或根据有关规范，或根据有关规范 确定。确定。流速确定后，管径可按下式计算流速确定后

24、，管径可按下式计算水泵的最大允许安装高程，取决于水泵的最大允水泵的最大允许安装高程，取决于水泵的最大允 许真空度许真空度hv 以及吸水管水头损失以及吸水管水头损失hw。计算方法和虹。计算方法和虹 吸管允许安装高程的计算方法相同。吸管允许安装高程的计算方法相同。1100223344z测测压压管管水水头头线线zs吸水管吸水管压水管压水管考虑断面考虑断面1-1和水泵进口断面和水泵进口断面2-2的能量方程，则的能量方程，则 2.22.2压力管的水力计算压力管的水力计算 确定管径和水泵装机容量确定管径和水泵装机容量 压力管管径一般是根据经济流速确定，重要工程应选压力管管径一般是根据经济流速确定，重要工程

25、应选择几个方案，进行技术经济比较。择几个方案，进行技术经济比较。对于给排水管道可按公式确定对于给排水管道可按公式确定式中，式中，x 为系数，一般取为系数，一般取x 0.81.2；d 为管径（为管径（m）；）；Q 为流量为流量(m3/s)。考虑考虑1-1断面和断面和4-4断面的能量方程，注意两者之间存断面的能量方程，注意两者之间存在水泵。考虑两个断面之间的能量方程时，应考虑有在水泵。考虑两个断面之间的能量方程时，应考虑有水力机械对水流所作功。水力机械对水流所作功。2.32.3水泵的装机容量水泵的装机容量 1100223344z测测压压管管水水头头线线zs吸水管吸水管压水管压水管考虑考虑1-1断面

26、和断面和4-4断面的能量方程，注意两者之间存断面的能量方程，注意两者之间存在水泵。考虑两个断面之间的能量方程时，应考虑有在水泵。考虑两个断面之间的能量方程时，应考虑有水力机械对水流所作功。水力机械对水流所作功。水泵的装机容量水泵的装机容量1100223344z测测压压管管水水头头线线zs吸水管吸水管压水管压水管式中，式中，Ht 为水泵向单位液体所提供的机械能，称为水为水泵向单位液体所提供的机械能，称为水 泵的水头或者扬程（泵的水头或者扬程（m）；）；P 为水泵和动力机械的总效率。为水泵和动力机械的总效率。上式表明：上式表明：水泵向单位重量液体所提供的机械能水泵向单位重量液体所提供的机械能水泵的

27、输入功率水泵的输入功率例题：例题：4-5 用离心泵将湖水抽到水池中去，流量为用离心泵将湖水抽到水池中去，流量为0.2（m3/s），湖面高程为），湖面高程为85.0m，水池水面高程为，水池水面高程为105.0m，吸水管长度为吸水管长度为10.0m，水泵的允许真空，水泵的允许真空 hv=4.5m，吸水管底，吸水管底阀的局部水头损失系数为阀的局部水头损失系数为2.5；弯管的局部水头损失系数；弯管的局部水头损失系数0.3，水泵入口前的渐变收缩段局部水头损失系数为水泵入口前的渐变收缩段局部水头损失系数为0.1；吸水管沿；吸水管沿程水头损失系数为程水头损失系数为0.022，压力管道采用铸铁管，其直径为，压

28、力管道采用铸铁管，其直径为500mm，长度为，长度为1000m，n=0.013。1100223344z测测压压管管水水头头线线zs例例 用离心泵将湖水抽入用离心泵将湖水抽入水池，流量为水池，流量为0.2m3/s，湖面高程为湖面高程为85.0m1100223344z测测压压管管水水头头线线zs水池水面高程为水池水面高程为105m，吸水管长度为吸水管长度为10.0m，水泵允许真空水泵允许真空 hv=4.5m1100223344z测测压压管管水水头头线线zs吸水管底阀局部水头损吸水管底阀局部水头损失系数为失系数为2.5；弯管的局；弯管的局部水头损失系数部水头损失系数0.3，水，水泵入口前的渐变收缩段

29、泵入口前的渐变收缩段局部水头损失系数局部水头损失系数0.1；1100223344z测测压压管管水水头头线线zs吸水管沿程水头损失系吸水管沿程水头损失系数为数为0.022，压力管用铸，压力管用铸铁管，直径铁管，直径500mm，长，长度度1000m，n=0.013 1100223344z测测压压管管水水头头线线zs试确定：试确定：吸水管直径吸水管直径水泵安装高度水泵安装高度水泵功率水泵功率 第一节第一节第一节第一节 简单管道水力计算简单管道水力计算简单管道水力计算简单管道水力计算的基本公式的基本公式的基本公式的基本公式 第二节第二节第二节第二节 简单管道、短管水力计算的类型及实例简单管道、短管水力

30、计算的类型及实例简单管道、短管水力计算的类型及实例简单管道、短管水力计算的类型及实例 第三节第三节第三节第三节 长管长管长管长管水力计算水力计算水力计算水力计算 第四节第四节第四节第四节 串联、分叉和串联、分叉和串联、分叉和串联、分叉和并联管道的水力计算并联管道的水力计算并联管道的水力计算并联管道的水力计算 第五节第五节第五节第五节 沿程均匀泄流管道的水力计算沿程均匀泄流管道的水力计算沿程均匀泄流管道的水力计算沿程均匀泄流管道的水力计算 第五章第五章 有压管道的恒定流有压管道的恒定流第三节第三节 长管长管水力水力计算计算 当管道很长，局部水头损失和流速水头可忽略，当管道很长，局部水头损失和流速

31、水头可忽略，管道可为长管，水力计算大大简化。管道可为长管，水力计算大大简化。11v000v22H00v022g1v 22g11v000v22H00v022g1v 22g略去不计的项略去不计的项 工程中有压管道一般属紊流粗糙区，水头损失可按工程中有压管道一般属紊流粗糙区，水头损失可按谢才公式计算，则谢才公式计算，则 根据上述公式根据上述公式100v2式中，式中，K 为流量模数或者特性流量为流量模数或者特性流量 水力坡度水力坡度J=1=1时，时，Q=K，故，故K K 的量纲和流量相同的量纲和流量相同 流量模数流量模数K K 综合地反映管道断面形状、尺寸及边壁粗糙综合地反映管道断面形状、尺寸及边壁粗

32、糙 对输水能力的影响（三个方面）。对输水能力的影响（三个方面）。不同管径及粗糙系数的圆管，当谢才系数用满不同管径及粗糙系数的圆管，当谢才系数用满宁公式计算时，其流量模数宁公式计算时，其流量模数K K 详见管道的流量模数，详见管道的流量模数，也可直接计算。也可直接计算。给水管道中流速，一般不太大，可能属于紊流粗糙给水管道中流速，一般不太大，可能属于紊流粗糙区或过渡粗糙区。可近似认为：当管道中流速区或过渡粗糙区。可近似认为：当管道中流速 1.2 m/s时，时，管道中的液流属过渡粗糙区，水头损失约与流速的管道中的液流属过渡粗糙区，水头损失约与流速的1.8 次次方成正比。故当按照经验公式计算谢才系数，

33、按上式直接方成正比。故当按照经验公式计算谢才系数，按上式直接求水头损失求水头损失hf 时，时，应进行修正，修正公式为：应进行修正，修正公式为：式中，式中，k 值为修正系数，可查表值为修正系数，可查表6-4进行修正进行修正钢管及铸铁管修正系数钢管及铸铁管修正系数k k值值 0.2001.4100.2501.3300.3001.2800.3501.2400.4001.2000.4501.1750.5001.1500.5501.1300.6001.1150.6501.1000.7001.0850.7501.0700.8001.0600.8501.0500.9001.0401.0001.0301.10

34、01.015v/(m/s)k1.2001.000表表 钢管及铸铁管修正系数钢管及铸铁管修正系数k k值值 第一节第一节第一节第一节 简单管道水力计算简单管道水力计算简单管道水力计算简单管道水力计算的基本公式的基本公式的基本公式的基本公式 第二节第二节第二节第二节 简单管道、短管水力计算的类型及实例简单管道、短管水力计算的类型及实例简单管道、短管水力计算的类型及实例简单管道、短管水力计算的类型及实例 第三节第三节第三节第三节 长管长管长管长管水力计算水力计算水力计算水力计算 第四节第四节第四节第四节 串联、分叉和串联、分叉和串联、分叉和串联、分叉和并联管道的水力计算并联管道的水力计算并联管道的水

35、力计算并联管道的水力计算 第五节第五节第五节第五节 沿程均匀泄流管道的水力计算沿程均匀泄流管道的水力计算沿程均匀泄流管道的水力计算沿程均匀泄流管道的水力计算 第五章第五章 有压管道的恒定流有压管道的恒定流第四节第四节 串联、分叉和并联管道串联、分叉和并联管道水力计算水力计算一、一、串联管道串联管道串联管道串联管道:由直径不同的几段管道依次连接而成的管道。由直径不同的几段管道依次连接而成的管道。特点：管道内流量可沿程不变特点：管道内流量可沿程不变 或各段流量不同（或各段流量不同（沿管道节点有流量分出）沿管道节点有流量分出）1v0Q1Q2Q3q1q2l1 d1l2 d2l3 d3hf1hf2hf

36、3H111.11.1 按长管计算按长管计算给水管道中的串联管道一般按长管计算，则给水管道中的串联管道一般按长管计算，则v0Q1Q2Q3q1q2l1 d1l2 d2l3 d3hf1hf2hf 3H11 上式是串联管道的基本公式，联立以上三式，可上式是串联管道的基本公式，联立以上三式，可解算解算Q、d、H 等问题。等问题。IR1UIR2IR3v0Q1Q2Q3q1q2l1 d1l2 d2l3 d3hf1hf2hf 3H11 在长管的条件下，各段的测压管水头线与总水头在长管的条件下，各段的测压管水头线与总水头线重合，管道水头线呈折线，因为各管段流速不同，线重合，管道水头线呈折线，因为各管段流速不同，水

37、头线坡度也各不相同。水头线坡度也各不相同。v01l1 d1 v1l2 d2 v2l3 d3 v3v3H12 v222g1 v122g3 v322g1.21.2 按短管计算按短管计算 v01l1 d1 v1l2 d2 v2l3 d3 v3v3H12 v222g1 v122g3 v322g对上游断面和出口断面列能量方程，则对上游断面和出口断面列能量方程，则v01l1 d1 v1l2 d2 v2l3 d3 v3v3H12 v222g1 v122g3 v322g 运用连续方程，将第运用连续方程，将第i 段断面的平均流速段断面的平均流速vi 换成出口换成出口断面平均流速断面平均流速v，并取动能修正系数为

38、，并取动能修正系数为1，则，则 式中，下标式中，下标i 为第为第i 段的管段，其他符号同前。段的管段，其他符号同前。在短管的情况下，测压管水头线和总水头线不在短管的情况下，测压管水头线和总水头线不 重合，它们是相互平行的折线。重合，它们是相互平行的折线。v01l1 d1 v1l2 d2 v2l3 d3 v3v3H12 v222g1 v122g3 v322g 二、二、分叉管道的水力计算分叉管道的水力计算 在水电站的引水系统中，经常碰到由一根总管从在水电站的引水系统中，经常碰到由一根总管从压力前池引水，然后，按照水轮机的台数，分成数支压力前池引水，然后，按照水轮机的台数，分成数支支管，每根支管供水

39、给一台水轮机，这种管道称作分支管，每根支管供水给一台水轮机，这种管道称作分叉管道。叉管道。分叉管道流动示意分叉管道流动示意ABDCQQ2Q1l d Kl2 d2 K2l1 d1 K1hfhf1hf2H1H2ABDCQQ2Q1l d Kl2 d2 K2l1 d1 K1hfhf 1hf 2H1H2从图可见，每一支管道可看成是串联管道从图可见，每一支管道可看成是串联管道 ABDCQQ2Q1l d Kl2 d2 K2l1 d1 K1hfhf1hf2H1H2对于对于ABC支支 和和ABD支支应用能量方程，则应用能量方程，则 从上式中导出流量从上式中导出流量Q1、Q2，并代入连续方程，则，并代入连续方程，

40、则注意：三个方程，只能注意：三个方程，只能求解求解三个未知数。三个未知数。并联管道：并联管道：凡两条或以上的管道从同一点分叉，而在另一点汇凡两条或以上的管道从同一点分叉，而在另一点汇合的管道合的管道特点：一般按长管进行水力计算特点：一般按长管进行水力计算三、三、并联管道的水力计算并联管道的水力计算I1R1UI2R2I2R1I2R2UQhfQHABhfAhf1=hf2=hf3=hfl1 d1 K1 Q1l3 d3 K3 Q3l2 d2 K2 Q2HBHAQhfQHABhfAhf1=hf2=hf3=hfl1 d1 K1 Q1l3 d3 K3 Q3l2 d2 K2 Q2HBHA设各管径、流量为设各管

41、径、流量为di、Qi，i=1，3，考虑能量方程，则，考虑能量方程，则QhfQHABhfAhf1=hf2=hf3=hfl1 d1 K1 Q1l3 d3 K3 Q3l2 d2 K2 Q2HBHA各支水头损失，可按照长管计算，则各支水头损失，可按照长管计算，则QhfQHABhfAhf1=hf2=hf3=hfl1 d1 K1 Q1l3 d3 K3 Q3l2 d2 K2 Q2HBHA各支的流量与总流流量各支的流量与总流流量之间之间应满足连续方程，即应满足连续方程，即各支水头损失，按长管计算，则各支水头损失，按长管计算，则各支的流量与总流流量各支的流量与总流流量之间之间应满足连续方程，即应满足连续方程，即

42、 设各管径、流量分别为设各管径、流量分别为di、Qi，i=1，3。考虑每一支的能量方程，则考虑每一支的能量方程，则 hf 求出后，再求出各支管的流量求出后，再求出各支管的流量 若总流的流量及各并联支管的直径、长度、和糙率若总流的流量及各并联支管的直径、长度、和糙率已知时，可求出总流量、支流量以及水头损失，则已知时，可求出总流量、支流量以及水头损失，则 第一节第一节第一节第一节 简单管道水力计算简单管道水力计算简单管道水力计算简单管道水力计算的基本公式的基本公式的基本公式的基本公式 第二节第二节第二节第二节 简单管道、短管水力计算的类型及实例简单管道、短管水力计算的类型及实例简单管道、短管水力计

43、算的类型及实例简单管道、短管水力计算的类型及实例 第三节第三节第三节第三节 长管长管长管长管水力计算水力计算水力计算水力计算 第四节第四节第四节第四节 串联、分叉和串联、分叉和串联、分叉和串联、分叉和并联管道的水力计算并联管道的水力计算并联管道的水力计算并联管道的水力计算 第五节第五节第五节第五节 沿程均匀泄流管道的水力计算沿程均匀泄流管道的水力计算沿程均匀泄流管道的水力计算沿程均匀泄流管道的水力计算 第五章第五章 有压管道的恒定流有压管道的恒定流第五节第五节 沿程均匀泄流管道的水力计算沿程均匀泄流管道的水力计算 前面讨论的管道，其流量在每一段范围内沿程不前面讨论的管道，其流量在每一段范围内沿

44、程不变，流量集中在管道末端泄出。变，流量集中在管道末端泄出。在实际工程中，可能遇到从侧面不断连续泄流的在实际工程中，可能遇到从侧面不断连续泄流的管道。例如，用于人工降雨的管道，管道。例如，用于人工降雨的管道，给水工程中的配给水工程中的配水管等。水管等。一般说，沿程泄出的流量是不均匀的，即，流一般说，沿程泄出的流量是不均匀的，即，流量沿程变化，是一个以距离为变数的复杂函数。量沿程变化，是一个以距离为变数的复杂函数。本节研究一种最简单的情况：本节研究一种最简单的情况：沿程均匀泄流情况沿程均匀泄流情况考虑距起点考虑距起点A为为x处的流量为处的流量为 流量沿管道不断变化，水流是变流量且非均匀。但流量沿

45、管道不断变化，水流是变流量且非均匀。但在微小流段内在微小流段内dx，可认为流量不变，并当作均匀流考虑，可认为流量不变，并当作均匀流考虑 ABqlxdxdhfQHxABqlxdxdhfQHx 在在dx管段内的沿程水头损失为管段内的沿程水头损失为上式可上式可近似近似写成写成式中式中，Qr 称为折算流量。称为折算流量。式中式中，Qr 称为折算流量。称为折算流量。从上式可见，引入折算流量，便可把沿程均匀从上式可见，引入折算流量，便可把沿程均匀泄流的管道按照只有一种流量通过的管道进行计算。泄流的管道按照只有一种流量通过的管道进行计算。当通过流量当通过流量 Q0 时，时，沿程均匀泄流的水头损失为沿程均匀泄

46、流的水头损失为 上式表明，当流量全部沿程均匀泄出时，其水头上式表明，当流量全部沿程均匀泄出时，其水头损失只等于全部流量集中在末端泄出时的水头损失的损失只等于全部流量集中在末端泄出时的水头损失的三分之一。三分之一。在沿程均匀泄流的情况下，因流速沿程变化，水在沿程均匀泄流的情况下，因流速沿程变化，水力坡度也变化。不计水头损失，其测压管水头线和总力坡度也变化。不计水头损失，其测压管水头线和总水头不重合。水头不重合。ABqlxdxdhfQHx例题例题4-7 有一由水塔供水的输水管道，全管道包括三段，有一由水塔供水的输水管道，全管道包括三段，AB、BC、CD为沿程均匀泄流管道，每米长连续分泄的为沿程均匀泄流管道，每米长连续分泄的流量流量q=1000cm3/s；在管道接头；在管道接头B点要求分泄流量点要求分泄流量q1=15000cm3/s；CD段末端的流量段末端的流量 Q3=10000 cm3/s；各管段为铸铁管，各管段为铸铁管，n0.0125，各段管径分别为：，各段管径分别为：试求需要的水头试求需要的水头H？q1ABCDHQ3l3 d3ql2 d2l1 d1 Q1q1ABCDHQ3l3 d3ql2 d2l1 d1解：本题中三段管道为串联管道，管道水头损失为：解：本题中三段管道为串联管道，管道水头损失为：由由n=0.0125，及各段管径，及各段管径di 计算计算Ki 为为