5.4 管路的水力计算ppt课件

管路的水力计算 在生产或生活中输送流体的各种管路 如供热管路 给水管路 通风除尘的送排风管路等 都会遇到管路计算问题 即确定流量 水头损失及管道的几何尺寸之间的相互关系 工程上称之为管路的水力计算 短管是指沿程损失和局部损失均不可忽略的管路 一般l d 1000 局部损失大于总水头损失的5 长管是指局部水头损失的总和与沿程水头损失相比很小 计算时可以忽略不计的管路 短管的水力计算 短管是指沿程水头损失和局部水头损失均不可忽略不计的管路 一般l d 1000 局部损失大于总水头损失的5 短管的水力计算可分为自由出流和淹没出流 短管自由出流的基本公式 取通过1 1和2 2断面形心的水平面为基准面 对水池中渐变流断面1 1及管道出口断面2 2列能量方程 水头损失为所有局部水头损失和沿程水头损失之和 短管淹没出流的基本公式 取上游断面1 1和下游断面2 2 以下游水池水面为基准面 列能量方程 自由出流淹没出流 淹没出流的流量系数与自由出流的流量系数虽计算公式不同 但同一个管路系统的计算结果相等 虽然流量系数相等 但Q值却不等 因为它们的作用水头不同 自由出流近似的等于出口断面中心与上游水位之间的高差 不受下游水位变化的影响 而淹没出流的作用水头则是上下游的水位差 受下游水位的升高而减小 故淹没出流的流量小于自由出流的流量 短管水力计算的问题 例1已知短管l 200m d 400mm H 10m 相同的两个弯头局部水头损失系数为0 25 闸门全开的局部水头损失系数为0 12 沿程阻力系数 0 03 求闸门全开时通过管道的流量Q 解 先计算流量系数 例2水箱供水 l 20m d 40mm 0 03 总局部水头损失系数为15 求流量Q 2 75L s时的作用水头H 解 例3如图有压管 l 50m 上下游水位差3m 0 03 局部水头损失系数 进口 1 0 5 第一个转弯 2 0 71 第二个转弯 3 0 65 4 1 0 求流量Q 3m3 s时的设计管径d 解 有压管出流相当于短管淹没出流问题 代入已知数据 化简得 用试算法得 取标准值 虹吸管的计算虹吸管有着极其广泛的应用 如为减少挖方而跨越高地铺设的管道 给水建筑中的虹吸泄水管 泄出油车中石油产品的管道及在农田水利工程中都有普遍的应用 凡部分管道轴线高于上游供水自由水面的管道都叫做虹吸管 为保证虹吸管能通过设计流量 工程上一般限制管中最大允许的真空度为 hv 7 8 5m 例1 如图所示虹吸管 通过虹吸作用将左侧水流引向下游 已知虹吸管管径d 100mm H1 2 5m H2 3 7m l1 5m l2 5m 管道沿程损失因素 0 025 进口设有滤网 其局部损失因素 e 8 弯头阻力因素 b 0 15 试求 1 通过虹吸管流量 2 计算虹吸管最高处A点的真空度 解 1 首先取两过流断面1 1和2 2 以右侧水面为零基准面 在两断面之间建立伯努利方程 计算点取在各断面的液面上 其压强均为大气压强 相对压强为零 2 管道最高点A处的真空度为最大 在1 1段面和管道A断面之间建立伯努利方程 并仍以左侧水面为零基准面 有 如图 虹吸管越过山丘输水 虹吸管l lAB lBC 20 30 50m d 200mm 两水池水位差H 1 2m 已知沿程阻力系数 0 03 局部水头损失系数 进口 e 0 5 出口 s 1 0 弯头1的 1 0 2 弯头2 3的 2 3 0 4 弯头 4 0 3 B点高出上游水面4 5m 试求流经虹吸管的流量Q和虹吸管顶点B的真空度 解 取1 1和2 2断面 O O为基准面 列能量方程 在对2 2和3 3断面 O O为基准面 列能量方程 水泵吸水管的计算水泵从蓄水池抽水并送至水塔 需经吸水管和压水管两段管路 水泵工作时 由于转轮的转动 使水泵进口端形成真空 水流在水池水面大气压的作用下沿吸水管上升 经水泵获得新的能量后进入压水管送至水塔 图7 9水泵装置系统 安装高度的确定离心泵的安装高度 是指水泵的叶轮轴线与水池水面的高差 以Hs表示 以水池水面为基准面 写出1 1和2 2断面的能量方程 如图 水泵向水池抽水 两池中液面高差z 45m 吸水管和压水管的直径均为500mm 泵轴离吸水池液面高度h 2m 吸水管长10m 压水管长90m 沿程阻力系数均为0 03 局部水头损失系数 吸水口 1 3 0 出口 s 1 0 两个90度弯头 2 3 0 3 水泵吸水段 4 0 1 压水管至水池进口 5 1 0 流量为0 4m3 s 吸水管的真空度 解 对1 1和3 3断面列能量方程 5 4长管的水力计算 长管是指局部水头损失的总和与沿程水头损失相比很小 计算时可以忽略不计的管路 分简单管路 串联管路 并联管路 管网等类型 简单管路简单管路是指管道直径和流量沿程不变 且没有分支的管道 如图为水池引水的简单管路自由出流 管长为l 管径为d 沿程阻力系数为 管路出口中心距水池水面高度为H 选水池1 1断面和管路出口断面2 2 以通过2 2断面形心的水平面为基准面列能量方程 长管局部水头损失和忽略不计 式中 a 管道比阻 指单位流量通过单位长度管道的水头损失 S 管道阻抗 指单位流量通过管道的水头损失 例1由水塔向工厂供水 采用铸铁管 已知工厂用水量Q 280m h 管道总长2500m 管径300mm 水塔处地形标高为61m 工厂地形标高为42m 管道末端需要的自由水头H2 25m 求水塔水面距地面高度 例3远距离输水管路如图 拟采用钢筋混凝土管道 管长10km 上游水库水位标高171m 下游水库水位标高139m 管壁粗糙系数n 0 014 输水流量约为0 7m3 s 试设计管径 查表可知 n 0 014 d 0 8m时 a 0 00663 最为接近 故选用管径为800mm 相应的输水流量为 串联管路的水力计算 由直径不同的几根简单管段依次连接的管路称为串联管路 各管段流量相等 总损失为各串联管段的损失之和 全管路总的阻抗等于各管段阻抗之和 例 如图供水管路 管路总长3000m 作用水头为28m 要求输水流量为160L s 试求管路设计成串联的两根铸铁管管段 以便充分利用水头和保证流量 并联管路的水力计算 在两节点之间并设两根以上管段的管道称为并联管道 每根管道的管径 管长及流量均不一定相等 并联管路的水力特征是所有相互并联管段的水头损失相等 总管道的流量应等于各支管流量之和 即 式中 n为并联管段的数目 也可写成 设并联管路通过的总流量为Q 可推出 并联节点上的总流量为各支管中流量之和 并联各支管上的单位重量流体的阻力损失相等 总管路的阻抗平方根的倒数等于各支管阻抗平方根倒数之和 例 三根并联混凝土管路的粗糙系数为0 013 总流量Q 0 32m3 s 已知d1 300mm d2 250mm d3 200mm l1 l3 1000m l2 800m 试求三根管段的流量 查表得 n 0 013 d1 300mm a1 1 07s2 m6 d2 250mm a2 2 83s2 m6 d3 200mm a3 9 3s2 m6 由 代入数值得 解 代入连续性方程 得 管网计算基础 管网 由不同的简单管路以并联和串联管路组合而成 枝状管网环状管网 枝状管网 管线于某点分开后不再汇合到一起 呈树枝形状 一般情况下 枝状管网的总长度较短 建造费用较低 工程上大都采用此种管网 但当某处发生事故切断管路时 就