《管路计算》PPT课件.ppt

第六章 有压管道、孔口与管嘴出流,61 简单短管中的恒定有压流 62 长管中的恒定有压流 63 给水管网水力计算基础 64 有压管路中的水击 65 薄壁孔口的恒定出流 66 管嘴的恒定出流 67 孔口（或管嘴）变水头出流,【教学基本要求】,【学习重点】,回到总目录,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。 1.简单管道和复杂管道 根据管道的组成情况我们把它分为简单管道和复杂管道。简单管道是指管道直径不变且无分支的管道；复杂管道是指由两根以上管道组成管道系统。复杂管道又可以分为串联管道、并联管道、分叉管道、沿程泄流管和管网。,基本知识点,水力学,水力学,2.短管和长管 短管是指管路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； 长管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，一般认为（局部水头损失+流速水头）5%的烟程水头损失，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局部水头损失之和远小于沿程水头损失之前，按短管计算不会产生较大的误差。,61 简单短管中的恒定有压流,简单管道的水力计算可分为自由出流和淹没出流两种情况。,1.自由出流,管道出口水流流入大气，水股四周都受大气压强的作用，称为自由出流管道。,返回!,图5-1,图41中，列断面11、22的能量方程,管道出口中心到上游水位的高差，全部消耗于管道的水头损失和保持出口的动能。,管道自由出流的流量系数,2.淹没出流,管道出口淹没在水下，称淹没出流。,图5-2,在图5-2中，列断面与的能量方程：,若不计上游流速水头，则,说明：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、局部阻力所作负功所产生的水头损失上。,管中流速：,通过管道的流量：,管道淹没出流的流量系数,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多一项“1”，但是计算淹没出流的流量系数c时，局部水头损失系数中比自由出流多一项管道出口局部水头损失系数“1”，在计算中不要遗忘。,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论上不能大于最大真空值，即10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时，液体将产生汽化，破坏水流的连续性。,1.虹吸管的水力计算,故一般不使虹吸管中的真空值大于78米。虹吸管的长度一般不大，故应按短管计算。,图5-5虹吸管的工作原理,例题1图示用直径d = 0.4m的钢筋混凝土虹吸管从河道向灌溉渠道引水，河道水位为120m，灌溉渠道水位118m，,虹吸管各段长度为l1 = 10m，l2 =5m， l3 =12m，虹吸管进口安装无底阀的滤网（= 2.5）,管道有两个60o的折角弯管（=0.55）。求：（1）通过虹吸管的流量。 （2）当虹吸管内最大允许真空值hv =7.0m时，虹吸管的最大安装高度。,图5-6,解：（1）计算通过虹吸管的流量,（2）计算虹吸管的最大安装高度 列河道水面和虹吸管下游转弯前过水断面的能量方程,所以,（1）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程。 （2）压力水管的水力计算。压力水管的计算在于决定必需的管径及水泵的装机容量,2.水泵装置的水力计算,例题2流量Q，吸水管长l1，压水管长l2，管径d，提水高度z ，各局部水头损失系数，沿程水头损失系数要求水泵最大真空度不超过,6m，确定水泵允许安装高度，计算水泵的扬程。,z,z2,1,1,2,2,3,3,图5-7,水泵扬程 = 提水高度 + 全部水头损失,例题3 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Q为3m3/s，倒虹吸管上下游渠中水位差z为3m，倒虹吸管长l为50m，其中经过两个300的折角转弯，其局部水头损失系数b为0.20；进口局部水头损失系数e为0.5，出口局部水头损失系数0为1.0，上下游渠中流速v1 及v2为1.5m/s，管壁粗糙系数n0.014。试确定倒虹吸管直径d。,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，流速水头消去。,因为沿程阻力系数或谢才系数C都是d 的复杂函数，因此需用试算法。,先假设d0.8m，计算沿程阻力系数：,与假设不符,故再假设d=0.95m，重新计算,则采用管径d为0.95米,1.输水能力计算 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以用公式直接求解。 2.已知管道尺寸和输水流量Q ，求保证输水流量的作用水头H。 实际是求通过流量Q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，以判别是否要进行修正。 3.已知管线布置和输水流量，求输水管径d 。,简单管道水力计算的基本类型,对于短管,对于长管,按求得的流量模数，即可由51确定所需的管道直径。 4.已知流量和管长，求管径d和水头H；,上式中 与管径 有关，所以需要试算。,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，确定满足技术要求的经济流速。有了经济流速就可以求出管径，这样求水头H即转化为第二类问题。,5.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,即管路中任意断面i处的测压管水头等于总水头H0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。,（1）根据能量方程，管路中任意断面处 的测压管水头为：,（2）测压管水头线和总水头线的绘制步骤：,a.根据各管的流量 ，计算相应的流速 ， 沿程水头损失 和局部水头损失,b.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。 c.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。,（3）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， 沿管长均匀分布； 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,图5-3 管道的进口边界,3）在等直径管段中，测压管水头线与总水头线是平行的。,4）在绘制总水头线时，应注意出口的边界条件,图5-4 管道出口的边界,返回!,62 长管中的恒定有压流,如果作用水头的95%以上用于沿程水头损失，我们就可以略去局部损失及出口速度水头，认为全部作用水头消耗在沿程，这样的管道流动称为水力长管。否则为水力短管。,返回!,复杂管道的水力计算,图5-8,1.串联管道,以沿程损失为主，水头线中不画局部损失和速度水头。,由直径不同的几段管段顺次连接而成的管道。,2.并联管道,由两条或两条以上的管道同在一处分出，又在另一处汇合，这种组合而成的管道。,并联管道的特点为： （1）各条管路在分叉点和汇合点之间的水头损失相等。 （2）管路中的总流量等于各并联管路上的流量之和。,并联管路一般按长管计算，其计算公式为：,a.各支管的流量与总流量间应满足连续方程：,b.单位重量流体通过所并联的任何管段时水头损失皆相等。即：,复 杂 管 道,1.串联管道,类比电路,例：铸铁管长L=2500m，流量Q=0.25m3/s，作用水头H=25m，为充分利用水头，设计串联管道,解：（1）如按简单长管计算,水力计算表,aH1=0.105d1=450mm 浪费水头，投资加大 aH2=0.196d2=400mm 水头不够,（2）设计串联管路,d1=450mmL1 d2=400mmL2,解得,2.并联管道,类比电路,流体的自调性，阻力平衡,例1：某两层楼的供暖立管，管段1的d=20mm，总长20m，1=15，管段2的d=20mm，总长10m，2=15，管路=0.025，干管总流量Q=1L/s，求Q1和Q2,解：并联,解得,阻力平衡,水平失调,异程同程,例2：流量Q=4L/s的泵从两个有初始液位差h=0.5m的油箱中吸油，在节点A以前的两条管路有相同的长度l=10m和直径d=50mm，若=0.03，不计局部阻力，求：（1）泵开始吸油时，每个油箱流出的流量q1和q2各为多少？,解：,A点连续性方程,解得,（1）,必须pA0，列低油箱到A点的能量方程,会出现高位油箱向低位油箱倒灌的现象,注意：因q1=0，故q2=Q， 解得z1.27m,（2）当h是多少时，由低位油箱流出的q2=0？,（4）当z为多高，高位油箱泄空后空气不会进入泵 内，且又可使低位油箱可泄空？,令q2=0，解得h=1.27m,（3）当h1.27m时会出现什么情况？,返回!,63 给水管网水力计算基础,特点,返回!,1.枝状管网的水力计算（两类）,（1）管网布置已定（Li，用户Qc，末端压力pc或hc），求di，作用压力p或H新建管网,a.由连续性方程确定节点流量,b.由流量确定各管段管径,ve经济流速（规范要求） 给排水管网：d=100-400mm,取0.6-1.0m/s， d400mm,取1.0-1.4m/s,c.由控制线确定作用压力,或,d.阻力平衡，调整支管管径,（2）管网布置和作用压力已定，求di校核计算，扩建管网,a.由连续性方程确定节点流量,b.由控制线确定水力坡度,例：枝状送风管网由薄钢板制造，各段长度l1=l2=30m, l3= l425m，风量Q3=30000m3/h,Q4=40000m3/h,空气温度为20，限定风速不超过15m/s，局部阻力不计，试求各管段直径及风机风压。,解：计算各管段流量：,按限定流速计算各管段直径,查莫迪图得：3=0.0145,最后，进行支线（管段4）阻力平衡计算，因管段3和4出口压力均为大气压，进出口条件相同，故可认为并联管道，由,le局部损失折算成沿程损失的长度，称为局阻的当量长度（手册可查）,c.由各管段J相等条件，计算各管段管径和损失,d.校核,e.计算支管管径,标准化,2.环状管网的水力计算,（1）节点方程,（2）回路方程,校正流量Q,展开，略去二阶微量,由,例：水平两环给水管网，已知用水点流量Q4=0.032m3/s，Q5=0.054m3/s,各管段均为铸铁管，长度及直径如表所示，试求各管段通过的流量（闭合差小于0.5即可）,环网计算表,返回!,作业：两个闭合回路的管网，参数见图，不计局部阻力，求各管段通过的流量（闭合差小于0.3m即可）,解：取ABCD为环路1，CDEF为环路2，按顺时针绕行,（1）按Qi=0分配流量,从A点和最远点F点分配，可假设,（2）计算各管段损失并填表,注