水利基础分析计算 2

任务2

水头损失的计算

2.2.1任务导入

中哈原油管道是中国的第一条战略级跨国原油进口管道。中哈原油管道是中国石油在中亚及俄罗斯地区投资建设的第一条管线，西起哈萨克斯坦阿特劳，途经肯基亚克、库姆克尔和阿塔苏，东至阿拉山口—独山子输油管道首站，全线总长2700多公里，被誉为“丝绸之路第一管道”。管段长度(km)管径(mm)设计压力(MPa)设计输量(万吨/年)投运时间阿特劳—肯基亚克448.86106.36002003年底肯基亚克—库姆科尔7616106.314002009.7库姆科尔—阿塔苏6266106.320002009.7阿塔苏—阿拉山口962.28136.320002006.5全线2798610/8136.320002009全线贯通介质：哈萨克斯坦原油，密度约850–870kg/m³，运动黏度5–20mm²/s（50℃），属高黏易凝原油，需加热输送。

地形：穿越2278km冻土区（-40℃）、山地、荒漠，存在翻越点，水力坡降与高程叠加是设计难点。

运行模式：加热+加压串联输送，全线设多座输油泵站+加热站，采用智能温控+数字孪生控温（误差≤0.5℃）。

2.2.1任务导入

中哈原油管道的建成投产是中哈两国经济互补的双赢之举，既推动了哈萨克斯坦原油出口的多元化，也为中国提供了安全可靠的原油资源。哈萨克斯坦原油的到来，开启了中国境外陆路原油管线供油时代，标志着中国进入了一个更加稳定、安全、持续供油的时代。战略意义：1.能源安全：替代马六甲海峡海运通道，降低海上运输风险，成为中国原油进口陆路主通道之一，年输油量占中国原油进口量约15%。2.双边合作：推动中哈能源深度协同，2008年起连续六年占哈国对华出口贸易总额50%以上，助力哈方优化出口结构，降低对单一市场依赖。3.区域联动：衔接中国西部原油管网（阿拉山口—独山子—乌鲁木齐），支撑西北炼化产业发展，同时与里海区域能源资源形成互补。2.2.1任务导入任务：中哈原油管道的输油路程长，弯道多，还有阀门等，从输油端开始，总能量就会因为这些因素不断消耗，最终使原油不再继续向前流动，那么就需要泵站给原油增加能量，使之能继续克服这些能量消耗，最终达到目的地。泵站给原油增加的能量和原油输送途中消耗能量应该如何计算？2.2.2水头损失的特点分析（一）水头损失产生的根源和分类

问题：理想液体和实际液体的区别？有无黏滞性是理想液体和实际液体的本质区别。

黏滞性是液流产生水头损失的根本原因。一、水头损失2.2.2水头损失的特点分析根据水流流动类型把水头损失分为两类：

(1)沿程水头损失：发生在均匀流或渐变流中，水头损失沿程都有，并随着流程的长度而增加。常用hf表示。(2)局部水头损失：发生在急变流段内，由于水流的扩散和漩涡的形成，产生的较大的水头损失。常用hj表示。常见的发生局部水头损失区域2.2.2水头损失的特点分析液流的总水头损失hw代表该流段中各分段的沿程水头损失的总和；代表该流段中各种局部水头损失的总和。2.2.2水头损失的特点分析（二）边界对水头损失的影响液流过水断面与固体或液体边界接触的周界称为湿周，用表示。假设有相同流量，一般情况下，过水断面面积大时，湿周也较大，此时水头损失大，但面积大的流速小，故水头损失小，那么此时水头损失是大是小，无法准确判断。为了全面表征过水断面的水力特征，水力学中将两者相互联系起来，即过水断面面积与湿周的比值称为水力半径，用R表示。水力半径2.2.2水头损失的特点分析二、水流运动的两种形态（一）雷诺试验/stlab/syjxsp/list.htm2.2.2水头损失的特点分析当水流流速较小的时候，各流层质点有条不紊，互不混合地分层流动，这种流动型态为层流。当水流流速较大时，各流层中的水流质点已形成漩涡，在流动中互相混合，这种流动型态为紊流。水流具有两种不同的流动型态：2.2.2水头损失的特点分析（二）水流型态的判别进一步研究发现，在管流中，液体流态的转换取决于液体流速v和管径d的乘积与液体运动黏滞系数的比值。这一研究结果也适用于明渠流动，只要用水力半径R代替直径d。该比值称为雷诺数，用Re表示。圆管雷诺数明渠雷诺数雷诺数表示水流惯性力与黏滞力的比值，是一个无量纲数。2.2.2水头损失的特点分析临界雷诺数——流态转换时的雷诺数临界雷诺数只与过水断面形状有关，与液流性质、断面大小无关。经试验测得：圆管临界雷诺数2320，明渠临界雷诺数580。层流层流圆管明渠紊流紊流01022.2.3水头损失的计算方法一、沿程水头损失的分析与计算（一）达西公式该公式先由德国人魏斯巴赫(Weisbach)于1850年首先提出，法国人达西(Darey)在1858年用实验的方法进行了验证，故称为达西—魏斯巴赫公式，简称“达西公式”。

该公式适用管流和渠流所有流区，是一通用理论公式，水利工程中所有具体的计算公式都是由达魏公式推导而来。对于圆管，其水力半径，故沿程水头损失的表达式可写为：2.2.3水头损失的计算方法（二）谢才公式1769年法国工程师谢才（Chezy）根据明渠均匀流的实测资料提出的谢才公式，该公式为一经验公式。谢才公式其中2.2.3水头损失的计算方法(三）实际工程中沿程水头损失的计算公式1.灌溉：渠灌及喷灌、低压管灌须按照我国《灌溉与排水工程设计标准》（GB50288-2018）《喷灌工程技术规范》

GB/T50085-2007、《管道输水灌溉工程技术规范》GB/T20203-2017中规定的公式：（1）渠流计算公式（曼宁公式）或式中2.2.3水头损失的计算方法（2)管流计算公式2.2.3水头损失的计算方法2.室外给水:(城镇工作、生活、公共设施、消防、绿化等)室外给水管、渠须按照我国《室外给水设计标准》（GB50013-2018）中规定的公式：(1)各类塑料管（由达西公式推得）2.2.3水头损失的计算方法(2)混凝土管及采用水泥砂浆内衬的金属管、混凝土渠巴甫洛夫斯基公式谢才公式2.2.3水头损失的计算方法

（3)输配水管道、给水管网2.2.3水头损失的计算方法二、局部水头损失分析与计算其中，局部