水力学课程设计报告书

1、前言水力学是我们谁水利专业的一门重要的技术基础课。 通过课程学习，我们掌握水力学的基本概念、基本理论和实际应用，并能够解决一些有关的工程问题， 为以后相关课程的学习打基础。 水力学是一门专业技术基础课，是高等职业技术教育水利类各专业的支柱性课程，为了使高职高专学生掌握水力学、 学好水力学， 本次设计第一步是认识和了解水力学的基本要点和给水排水专业需要的基本知识。本次进行的课程设计是在系统学习水力学理论的基础上， 通过课程设计，基本掌握实际工程的水力计算过程和方法， 把水力学课程有机结合在一起，对水力学有一个全面的认识。这次设计的目的是运用所学过的知识， 进行一次系统的训练。 这对深化和巩固所学

2、过的知识， 进一步加深对有关公式及图表的实用围和使用方法的理解，培养灵活运用理论知识独立解决实际问题的能力，加强理论联系实际，初步了解工程设计中水力计算的基本容，调动和提高学习专业课的积极性。 通过水力学课程设计， 使我们更加系统，全面地掌握水力学知识，为我们今后的工作和学习奠定了基础。由于水平有限，难免出现不当之处，恳请徐清秀老师谅解和指正。第一章中堡坪灌区提水工程、渠道工程1.1 基本概况省靖远县中堡坪南临黄河， 北靠山丘， 总面积有一万多亩， 地势从北向南稍有倾斜，由于黄河常年冲刷使河床下切，平面突出，坪面平均海拔高程为 1461 米，比黄河河底高程 1420 米高出近 41 米，靖远县

3、气候干燥，降雨量少，是全国有名干旱县之一。中堡坪居住着 2050 口人；有可耕地 4000 多亩，山坡地 2000多亩，土地肥沃，适宜农作物生长，共饲养着各种牲畜 4000 多头。但由于靠每天吃饭，过着半农半牧的生活，生活相当贫困，为了改变落后面貌，计划兴建一座电力提灌工程，解决灌区和人畜饮水问题。1.2 灌区概况灌区 4000 亩可耕地中，主要种植的作物有小麦、玉米、棉花和菜子，上述3年 6 月份为灌水高峰，平均轮灌周期为 15 天，灌区地势较平坦，渠线所经地段为透水性较好的轻壤土。因此，渠道的渗量的大，加之渠线长，气候干旱，蒸发损失也不小，初估计渠系的水利用系数 =Q净/Q 总 =65%，

4、除了满足可耕农田的用水外，考虑到 2000 读亩山坡的绿化水畜饮水量，设计是流量加大 20%。1.3 提水工程提水工程概况计划在黄河岸边修建电力提灌站一座。 其站址位于进水情况良好的凹岸， 由于贫河中上游含少量大， 虽然渠道中进水的是表层清水， 但仍有部分泥沙进入了渠道，每年冬季、正植冬灌的时候，黄河处于枯水期，流量小，水位低，水面高程为 1423 米，每年夏季，洪水下泄、流量大，水位高程升直 1425 米，所以要求泵房修筑成基础较好防洪泵房以保证低水位是仍可抽上水， 高水位是又不至于淹没泵房，其站址附近的地形情况如图所示。提水工程设计流量确定设小麦的种植面积为 A1=4000×0.

5、5 ×100，玉米的种植面积为 A2=4000×0.3 × 120，棉花的种植面积为 A3=4000×0.1 ×100，菜子的种植面积为 A4=4000×0.1× 60。Q设 = A1 100 A2120A3 100 A4 60 = 0.378m3 /s15203600 0.378 (1 20%) 0.698 3Q总=m/s65%管道的尺寸、布置、管线长度1>管道尺寸（假设使用3 台泵）设 V 允 =1.5m/s d=4Q0.385m=385mm3.14V允选用标准管径为 400mm,管中实际流速 V=Q0.233 4

6、=1.85A3.140.422因为水流大于 1.2m/s, 水流在粗糙区 , 设计 d 吸=d 压 =400mm.2>吸水管和压水管的布置和管线长度如下图所示：确定水泵的安装高度（最大）以高程 1420 米水面为基准面，在水泵的渐变流去过水断面 1-1 ，在水泵的进口（吸水管末端）取过水断面 2-2 ，列能量方程：0+0+0=hs-P2V吸2+hw吸r2ghw吸 =( 吸 l吸+网 +弯 ) V吸 2=（0.046 × 6+3.1+1.1 ）× 1.85 2=0.85md吸2g0.42 9.8hw压 =（ 压 l 压+） V压2=（0.046 × 46.7+

7、0.55+0.83+1 ）× 1.852=1.35md压2g0.42 9.8最大安装高度hs =4.975m , 泵房的地面高程 H=1425+1=1426m扬程 H=Z+ hw 吸 + h w压 =42+0.85+1.35=44.2m通过查表选用泵形为 FLG350-410A 流量为 278L/s, 扬程 45m,电机功率为 180kw 的泵 3 台。故总装机功率 P=3×180=540kw1.4 渠道工程1.41 渠道工程概况渠区有干渠一条，支渠四条，斗、农渠 24 条，共计 29 条，长 46 公里。其中干渠长 3 公里，全部采用填方以利灌溉。 渠道的底坡 i 和边坡

8、系数 m植可按表1、表 2 选用，渠堤的超高可按表3 确定：表 13设计流量围（ m/s ）渠道类别土渠石渠10 751 5<1.01/5000 1/100001/3000 1/50001/1000 1/20001/500 1/1000表 2填方渠道边坡系数 m表3流量（ m/s ）>10.02.0 10.00.5 2.0<0.5渠道土质坡外坡坡外坡坡外坡坡外坡黏土、重壤土、中壤土 1.251.001.001.001.001.001.001.00轻壤土1.251.251.001.001.001.001.001.00砂壤土1.751.501.501.251.501.251.25

9、1.25砂土2.252.002.001.751.751.501.501.50表 3渠道超高 a 值表375030.0 50.010.0 30.0加大流量（ m/s ）超高（ m）1.0 以上0.8 1.00.6 0.8加大流量（ m3/s）1.0 10.00.3 1.0 0.3超高（ m）0.4 0.50.3 0.40.2 0.3表 4实用经济断面水力计算表11.011.021.031.04h/h m10.8220.7620.7180.683m022.9923.533.9964.4620.251.5612.4592.9463.3683.790.51.2362.0972.5642.9683.37

10、30.7511.8682.3392.7463.15410.8281.7342.2262.6523.0781.250.7041.6732.1992.6543.1091.50.6081.6532.2212.7123.2021.750.5281.6582.2712.8023.33220.4081.712.3772.9553.5332.250.421.7442.4633.0583.7072.50.381.8082.5833.2543.92530.321.9672.863.6334.417确定水力最佳断面1干渠的断面尺寸3（ 1）由提水工程得 Q=0.698m/s, 查表 1、表 2、表 3 设计 i=

11、1/1900 m=1.00 n=0.022查表得 m=0.83, 所以面积22水力半径 R=hm/2A=（ m+m）hm =1.83 h m11=1hm11由曼宁公式、才系数mm 66=40.5 hm6C =nR0.022()2上述结果代入明渠均匀流公式Q=AC Ri ，可得0.698=1.83 h2×40.5 h1hm1hm=0.816mm 6 ×m21900所以底宽 bm=mhm=0.83 × 0.816=0.677m(2) 校核渠道的流速查表 6-2 的轻土壤不冲允许流速为V =(0.60 0.80)m/s,不淤允许流速 Vm=0.5m/s而 Rm= 0.8

12、16 =0.408m,取1241则不冲允许流速为 V=(0.60 0.80)×0.408 4 =0.48 0.64(m/s)渠道的断面平均流速为Q0.6980.572 (m/s)V=(bmmbm) hm(0.67710.816)0.816 V VVm, 所设计断面满足允许流速的要求2支渠的断面尺寸（ 1） Q=Q总/4=0.1745m3/s ，查表设计， i=1/1000 m=1.00 n=0.022查表得 m=0.83, 所以面积22水力半径 R=hm/2A=（ m+m）hm =1.83 h m由曼宁公式、才系数 Cm= 11=1( hm11Rm 6) 6=40.5 h m6n0.

13、0222上述结果代入明渠均匀流公式Q=AC Ri ，可得1hm10.1745=1.83 h m2 ×40.5 h m 6 × hm=0.43m21000所以底宽 bm=mhm=0.83 × 0.43=0.3569m(2) 校核渠道的流速查表 6-2的轻土壤不冲允许流速为V =(0.60 0.80)m/s,不淤允许流速 Vm=0.5m/s而 R =0.43=0.215m, 取1，m241则不冲允许流速为V=(0.60 0.80) ×0.215 4 =0.410 0.545(m/s)渠道的断面平均流速为V=Q0.17450.516 (m/s)(bm mbm)

14、 hm(0.3569 1 0.43) 0.43 V VVm, 所设计断面满足允许流速的要求3用经济断面设计干支渠断面查表 4取=1.02 ，则 h/h =0.762,m=1.00故 =2.226m1 h=0.762× 0.816=0.62m ， b=h=0.62 × 2.226=1.38m,Rm=h/2=0.31m 取41则 V=(0.60 0.80) × 0.31 4 =0.448 0.597 m/s渠道的断面平均流速为 V=Q0.6980.563 (m/s)mb ) h(1.38 1 0.62) 0.62(bmmm V VVm, 所设计断面满足允许流速的要求第

15、二章复杂管道水力计算2.1 概述有一给水系统， 管网布置及供水末端高程如下图所示，水管的粗糙系数 n=0.0125 ，要求供水终点应保留的压力水头为 h 端6m,试确定所需的水塔高度。计算各管段的水头损失f1-2=Q 2L(0.0152×500=11.86m以 1-5 段为例 hK20.0974)计算结果如下表：管长流量管径流速流量模数水头损失管段l/mQ(m3/s)d/mmv/(m/s)k/(l · s)hf/m2-340081001.0253.729.111-2200241501.36158.44.59A-1250392001.24341.13.272-43009100

16、1.1553.728.481-5500151251.2297.411.86确定水塔水面高程HA123=hfi +he+Ze =9011+4.59+3.27+6+15=37.97(m)HA124=hfi +he+Ze =3.27+4.59+8.48+6+14=36.34(m)HA15=hfi +he+Ze=3.27+11.86+6+12=33.13(m)由以上计算可看出，最不利管段为 A123 分叉管路，根据以上计算值略加安全系数，选用水塔水面高程为 38.5 米，于是水塔水面距地面高差为 Z=38.5-20=18.5（ m）2.2 环状管网水力计算如图所示的管网，为铸铁管，糙率 n=0.012

17、5，由 A、B、C、D 四个结点组成，各管 段 长 度 和直 径分 别在 下 表 中 标 出 。 已 知 QA=0.06m3/s ， QB=0.02m3/s ， QC=0.055m3/s ，QD=0.015m3/s 。试确定各管段的流量。（要求闭合差 hfi 小于 0.1m）管号12345管长（ m）450400500500550管径（ m）0.250.20.250.150.2初拟流向，分配流量。初拟各管段的流向表 2-1所示。根据结点流量平衡 Qi=0检查两环水头损失的闭合差hfi是否满足要求。根据第一次分配的流量， 环闭合差 hfi =-0.25m； 环闭合差 hfi =0.34m，闭合差

18、均大于规定值。分别计算两环的校正流量 Q，将 Q与各段第一次分配的流量相加，得第二次分配流量。第二次分配流量均在闭合差以。完全符合要求。表 2-1环号管段管长管径一次分Ki(m 3/s)Vi(m/s)修正hfi(m)hfi/Qi校正配流量系数 Q流量DB5500.2-0.0240.3411-0.76-1.06-2.870.12-0.59DC5000.150.0160.15840.911.025.200.33-0.25BC5000.25-0.0390.6185-0.79-1.05-2.080.05-0.25-0.250.250.50AD4500.250.0250.61850.511.140.84

19、0.030.34DB5500.20.0250.34110.801.053.090.120.09AB4000.2-0.0350.3411-1.11-0.98-4.120.120.340.34-0.190.28环号管段管长管径一次分Ki(m 3/s)Vi(m/s)修正hfi(m)hfi/Qi校正配流量系数 Q流量DB5500.2-0.020.3411-0.78-1.05-3.000.12-0.09DC5000.150.020.15840.891.025.060.320.05BC5000.25-0.040.6185-0.80-1.05-2.110.050.050.050.00-0.050.50AD4

20、500.250.030.61850.521.140.860.030.14DB5500.20.030.34110.801.053.110.120.18AB4000.2-0.030.3411-1.10-0.98-4.050.120.140.14-0.070.27第三章黄河水院新水利馆给排水水力计算3.1 工程概况3新水利馆流量 Q=10.8m/s, 主管管径按 400mmPE钢管设计 , 管流速 2.53m/s, 水利馆主要用蓄水池 (800m3) 井水 .蓄水池设计蓄水池体型考虑到蓄水池的蓄水量 , 以及工程施工方便、经济问题，蓄水池暂设计为梯形。蓄水池尺寸为减轻施工工程量，蓄水池深度不宜过大，

21、取h=3.5m，为使蓄水池长度与西邻3水利馆达到整齐美观，设计为l=20m, 宽 b=11.43m, 蓄水池容量为V=800m蓄水池高程H=-h=-3.5m此次设计的蓄水池为东西走向，东西南角为90°，北面为边坡系数是0.5 斜坡。3.2 泵房设计确定设计流量Q和选择泵型设计使用 3 台水泵，每台 0.32m3/s 的流量，总流量为 0.96m3 /s ，满足流量在 0.8 1.0m3/s 的要求。吸水管使用 n=0.0125,d=400mm的 PE钢管。V吸=4Q40.322.55 m/s 满足速度在 2.53.0m/s的要求3.14d23.140.42L 吸 =2.5+1+0.6

22、+3.5=7.6mL 压 =13.0-0.6+5.4+1+2.5=21.3mhw吸 =( 吸 l吸+网 +弯 ) V吸 2=（0.026 × 7.5+0.36+3.1）× 2.552=1.31md吸2g0.42 9.8hw压 =（ 压 l 压+） V压2=（0.026 × 21.3 +0.36 ×4）× 2.55 2=0.94md压2g0.42 9.8扬程 H=Z+ hw 吸 + h w压 =14.5+1.31+0.94=16.75m通过查表选用泵形为 FLG350-315A 流量为 347L/s, 扬程 24m,电机功率为 110kw 的泵

23、3 台。故总装机功率 P=3×110=330kw泵房尺寸由于机组间距大于 1.2 米，机组与墙之间的间距应大于 0.7 米，泵房主要通道宽应大于 1.2 米。所以设机组间距为 1.5 米，机组与墙之间的间距为 2 米，泵房的主要通道为 1.5 米。设计布置如附图。3.3 水利馆大厅干支沟设计干支沟断面形状的确定根据经验及参考有关资料设计干支沟为矩形混凝土断面.3查得资料得混凝土糙率n=0.018，Q=1m/s,取底坡 i=1/100.由于三个支渠不会3同时使用故设干渠和支渠的流量为Q=1m/s 。考虑到支渠出现阻塞或其他破坏时便于维修 , 断面宽度取 b=1.3m利用试算法确定干沟正

24、常水深.QAC Rih/mA/m2X/mR/mC/(m1/2 /s)(m3/s)0.200.261.700.15340.660.410.250.3251.800.18141.820.580.300.391.900.2142.870.770.350.4552.00.227543.440.940.400.522.100.24844.071.140.450.5852.200.26644.591.35经过计算可得 h0 =0.398mV=QQ1.93m，V=1.93m满足 12m/sAbh绘制给排水系统泵房, 供水管道平面图 , 剖面图及排水系统干支沟平面 , 横断面图 . 见附图 .小结通过此次课程

25、设计的学习， 使我感受最深的是实践与理论的相结合，也是对我们以前学的知识的总结和概括， 使得我们在设计的过程中体会到了水力学的重要性，体会到了我们所学的知识的用途和方向。水力学课程设计是我们进入黄河水院后的又一次独立运用理论知识、解决问题。因此，我们是在不断摸索中探讨学习，积累经验，也因此使我们获益匪浅。本次课程设计是经过一学期的水力学学习之后展开的， 使我们巩固知识、运用知识的一次课堂，让我们深刻的体会水力学的价值。作好本次设计： 中堡坪灌区提水工程、 渠道工程设计以及复杂管道水力计算，最后就是黄河水院新水利馆给排水水力计算。 这些都是我们给排水专业实际运用的， 同时，我发现了过去在学习水力

26、学中的漏洞和不足之处， 这也告诉我需要在哪方面改进， 也为我进行给排水专业的设计打下了基础。知识上的收获重要， 精神上的丰收让我更加可。 让我知道了学无止境的道理。我们每一个人永远不能满足于现有的成就， 人生就像在爬山，一座山峰的后面还有更高的山峰在等着你。挫折是一份财富，经历是一份拥有。所以说，在以后的工作和生活中，我们一定要时时刻刻的保持一颗谨慎的心 . 这次课程设计必将成为我人生旅途上一个非常美好的回忆！参考文献：水力学耀先 主编化学工业目录前言 ············

27、;····················2第一章中堡坪灌区提水工程、渠道工程1.1 基本概况·························

28、83;······31.2 灌区概况····································31.3 提水工程····

29、83;·····························3提水工程概况· ··················&

30、#183;·········3提水工程设计流量确定· ·····················3管道的尺寸、布置、管线长度··············

31、;·······4确定水泵的安装高度（最大）···························41.4 渠道工程· ···········

32、;··················5渠道工程概况· ···························5确定水力最佳断面·

33、 ·······························6第二章复杂管道水力计算2.1 水塔高度计算· ··············

34、·············8计算各管段的水头损失· ······················9确定水塔水面高程· ·········&#

35、183;···················92.2 环状管网水力计算· ···························

36、····9第三章黄河水院新水利馆给排水水力计算3.1 工程概况··································10蓄水池设计································113.2 泵房设计···············