水力学第六章

1、第六章恒定压力管道流量，6-1概述6-2短管水力计算，6-3长管水力计算，6-1概述，压力管道流量：如果水流充满整个管道段而没有自由水面，则该管道称为压力管道，压力管道中的水流称为压力管道流量。无压管道流：如果管道中有自由水面，管道内表面压力为零的管道称为无压管道流。无压管道流属于明渠流。三、恒压管道流量水力计算的主要问题，以确定管道的输水能力。了解管道布置、断面尺寸和必要的运输流量，并确定相应的水头。确定流量和相应的作用压头和管道直径，计算管道各段的压力。恒压管道流量的计算基于能量方程、连续性方程和水头损失计算公式。根据沿程水头损失和局部水头损失在总水头损失中的比例，管道分为长管和短管。长管

2、：与沿程水头损失相比，管流的速度水头和局部水头损失之和很小，计算时速度水头和局部水头损失均可忽略。短管：管流的速度水头和局部水头损失之和占沿途水头损失的相当大的比例，在计算中速度水头和局部水头损失都不能忽略。管道的分类，描述：管道流分为长管和短管，这不是简单地根据管道的长度来区分，而是为了简化水力计算。当不清楚是长管还是短管时，应按短管计算。根据管线的布局，可分为简单管线和复杂管线。简单管道：指单直径无分支的管道。复杂管道：指由两条或多条具有不同特性的管道组成的管道系统。6-2短管水力计算，可分为自由出流和淹没出流。如果管道出口处的水流直接流入大气，这种管道流称为自由流出。以穿过管道出口段中心

3、线的水平面为参考平面。选择上游池的梯度流段为1-1段，管道出口段为2-2段。V0:池中的流速称为近流速；短管自由出流的流量系数、流量公式，如果管道出口淹没在水面以下，则称为淹没出流。以下游水池的水面为基准面，列出了1-1段和2-2段的能量方程，这些方程被忽略、排序和解释：管道的所有水头都被沿途水头损失和局部水头损失所消耗。短管淹没出流的流量公式与短管自由出流和淹没出流的计算公式形式相同。虽然流量系数的表达式不同，但淹没出流的 项比自由出流的 项多一个出口局部水头损失系数。在淹没外流的情况下，如果下游池较大，出口局部水头损失系数=1.0。一些讨论表明，两者的行动负责人是不同的。总压头线和测压管压

4、头线，即管道各段总压头的连接。压力计头线是各段压力计头的连接线。1.总的头线不是直线，而是由几条虚线组成的。在有局部损失的地方，总水头线会急剧下降。下降距离等于局部水头损失。关于总水头线和测压管水头线的一些规律。在管径不变的情况下，压力计头线是总头线向下平行移动一个管道速度头的距离。当管道中的某一点出现真空时，即当该点的绝对压力小于大气压力时，则该点的压力计的头线低于该点的管道轴线。自由出流和淹没出流的总水头线和测压管水头线。在淹没出流出口处，总水头等于测压管水头和定位水头。在自由流出口处，总水头不等于测压管水头，而是饼形最大允许真空度：虹吸管顶部的真空度不应太大。当虹吸管中的压力低于对应于液

5、体温度的汽化压力时，液体将会汽化并发生气穴现象。安装高度：从虹吸管轴线最高点到上游水面的高度差称为虹吸管的安装高度。工程中虹吸管的最大允许真空度为7 8m水柱。示例6.3.1渠道使用直径为0.5m的钢筋混凝土管道将水从河流中引出来进行灌溉。上下游水位差h为1.5m.虹吸管长30米，从第二个弯管到出水口的长度为15米。水过滤阀安装在进口处，管道顶部有两个600倍的弯头。还已知管道的粗糙度系数n为0.0138，最大允许真空度为7m。试着找出：(1)通过虹吸管的流量；(2)虹吸管的最大安装高度。(1)计算虹吸流量、淹没出流、计算沿程水头损失系数、局部水头损失系数、不带底阀的滤水阀、600弯头和淹没出

6、口；(2)计算虹吸管最大安装高度hs。虹吸管的最大真空度出现在管道轴线位置最高、水头损失最大的部分。第1-1节和第2-2节列出的能量方程以上游水面为基准面，表明最大真空度将超过该高度的允许值，水流的连续状态将被破坏。(2)离心水泵管道系统，由吸入管和压力管组成。取水点和泵进口段2-2之间的管道称为吸水管；从泵出口段3-3到水塔的管道称为压力水管。当泵工作时，在其入口处必须形成一定的真空。水池中的水在大气压力的作用下流向吸水管，流经泵时从泵中获得新的能量，然后沿着压力管流入水塔。水泵安装高度：水泵进口段2-2质心与水库水面的高度差称为水泵安装高度hs。水泵扬程：单位重量的水通过水泵获得的能量称为

7、水泵扬程，用h表示。水泵的装机容量：即电机的输入功率，单位为瓦，通常也是马力，1马力=735瓦=0.735瓦。是电机和水泵的总机械效率。例6.3.2吸入管和压力管都是铸铁管，粗糙度系数n为0.011，吸入管直径为200毫米，吸入管长度为10米，在入口和底部阀门处连接水过滤网，以及一个900弯管，入口的局部水头损失系数为5.2，弯管处为1.10。压力管道的直径为150毫米，长度为500毫米，有两个600的弯头，每个弯头的局部损失系数为0.55。水塔水位与水库水位高差z为20m，泵流量为30L/s，泵最大允许真空值为6m，电机效率为0.9，泵效率为0.75。试着确定：(1)水泵的安装高度hs；(2

8、)泵头h；(3)水泵装机容量(1)确定水泵的安装高度hs，选择水池水面作为基准面，设置1-1节和2-2节的能量方程；(2)计算扬程h，选择水塔水面为4-4段，设置1-1段和4-4段的能量方程，忽略水库近流速和水塔流速，z为水泵提水高度。吸水管的水头损失计算，压力管的水头损失计算，(3)水泵的装机容量，(3)倒虹吸，它是一种通过道路或运河等障碍物的输水管道。一般来说，倒虹吸管不会产生真空，只是因为它是倒虹吸管。倒虹吸的本质：短管淹没外流。(6.3.3)当道路与河道相交时，采用钢筋混凝土倒虹吸穿过路基，使水流经涵洞流向下游。管道长度为50m，河流上下游水位差h为3m，流量q为3m3/s，沿途水头损

9、失系数为0.03，局部水头损失系数 in=0.5，弯道=0简单管道和测压管的总水头线，自由出流的总水头线是从进口段自由水面到出口段2-2质心的直线。淹没外流的总水头线是进口自由水面和出口自由水面之间的连接线。长管的速度头可以忽略，长管的总水头线与测压管的水头线重合。沿道路水头损失的计算，k与流量具有相同的维数。它综合反映了管道截面形状、尺寸和侧壁粗糙度对输水能力的影响。不同直径和粗糙度的水管对应的流量模量值见表6.3.1。流量模数，对于给水工程中的旧钢管和旧铸铁管，常采用切弗列夫公式计算沿途水头损失系数，1。湍流过渡带，2。水力粗糙区、比阻和比阻S0，可根据切弗勒夫公式或曼宁公式、管道简单水力

10、计算类型、输水能力计算、已知管道长度L、管道直径D或流量糙率系数N和总水头H计算，确定总水头，已知管道长度L、直径D和糙率系数N，确定保证一定流量q所需的总水头h。 确定管道的直径，确定管道的长度l，通过了解总水头h和通过流量来确定管道的直径d。6 . 3 . 1水塔向工厂供水。 使用旧铸铁管，管长l为900米，管径d为250毫米，管道末端要求的剩余水头H2为25米，水塔离地高度H1为18米，水塔地面标高为61米，工厂地面标高为45米，即zt为16米，计算通过管道的流量q。以工厂地面标高为基线，列出水塔水面与管道末端之间的能量方程。查阅表6.3.1。当D为250毫米时，正常管道的流量系数K为6

11、18.5升/秒，如果采用比阻计算，假设管道内的水流为v1.2米/秒，查表6.3.2得到S0=2.752。用流量模量法计算的结果非常接近。由几条简单管道组成的复杂管道的水力计算。根据不同的管道布置，如串联管道、并联管道、分叉管道和管网，假设流量在阻力平方区。串联管道，由不同直径的管道依次连接而成。串联管道通常用于供水，一定的流量经过一定的距离后被分开。随着流量的减小，采用的管径也相应减小。(1)总水头损失等于各管段水头损失之和。每一段的管径、流速和流速都不一样，所以需要计算沿该段的水头损失。(2)串联管道的流量计算应满足连续方程，串联管道的测压管头线和总头线重合。由于各管段的流速不同。因此，水力

12、梯度不同，因此整个管道的总水头线被破坏。例6.3.2工厂的管道系统如图所示。如果水塔向工厂供水的流量为40L/s，水塔离地面的高度H1为44m，水塔与工厂地面的高差zt为16m，管道末端剩余水头H2为25m，管道总长l为2500m。为了充分利用水塔的水头，节约钢材，决定将直径为300毫米和直径为200毫米的两种管道串联，计算每种管道的长度l1和l2。当d=300mm和d=200mm时，平行管道、两个或更多管段从一点分叉并在另一点汇合的管道称为平行管道，管段分叉或汇合的点称为节点。(1)平行管道中各管段两端的水头差相等。(2)虽然并联管道各段的水头损失是相同的，但流量一般是不同的，各段的流量和总

13、流量应该是相同的根据公式计算或在表6.3.1中查找的流量系数为：当d1=300mm，d2=250mm，d3=200mm时，分叉管道从主管段分成两个或两个以上的支管，分叉后不相交的管道称为分叉管道。AB:主管道；BC和BD分别是支管。(1)作业成本法管道和作业成本法管道串联。分叉管道的水力计算可按串联管道计算。对于ABC管道，对于ABD管道，分叉管道水力计算的基本公式(2)满足连续方程。例6.3.4水电站引水钢管在B点分为两根支管，为两台水轮机供水，如图所示。主管长l为40m，直径d为400mm，支管长l1为55m，直径d1为200mm；支管长度l2为60m，直径d2为200mm，根据清洁管，粗糙度系数为0.011。找出每个单元的流程Q1和Q2。一路均匀排放管道，每单位长度管道的排放流量相等。在管的末端具有x的截面m处的流量，以及来自管的末端的流量被称为转移流量Qt；单位长度均匀排放的流量为q。沿程均匀排放管道水力计算的基本公式是，流量沿程变化，管道内水流为非均匀流，因此水头损失不能用均匀流公式直接计算。换算流量，如果转移流量Qt=0(所有流量沿程均匀排放)，此时，沿均匀排放管道的水头损失等于所有排放流量集中在末端时沿程水头损失的三分之一。沿途均匀排放管道的总水头线。沿程均匀排放管道的