4有压管中的恒定流.ppt

1、第四章有压管中的定常流有压管路：管路周边的各点受到液体压强力的作用(均为固体界限)。 有压管中的定常流：有压管中液体的运动要素不随时间变化。 管道根据其版结构可分为简单管道和复杂管道。 复杂的管道可以分为串联、并联、分支、均匀的泄流管道。 根据hj在损失中所占的比例的大小，将配管分类为长管和短管两种。 短管：局部水头损失和流速水头在总水头损失中占很大比重，而订正时不能忽视的管道，一般参考标准是局部水头损失和流速水头之和大于总水头损失(或沿途水头损失)的5%。 水泵的吸水管、虹吸管、混凝土坝内的压泻水管应用短管进行修正。 长管：只有长、局部水头损失小的管道可以用长管进行补正。 按照经验，在l/d

2、1000的情况下，可以用长管进行校正。 4-1单纯配管水力修正算的基本公式、单纯配管：指配管直径不变、没有分支的配管。 单纯的管道水力修正算法可以分为自由流出和淹没流出。 一、在自由流出对1-1断面和2-2断面作成能量方程式令，因此，将管中的流速作为管路产水量式中被称为管路系统的产水量系数。 忽略行近流速时，产水量修正公式为(4-4)、4-1单纯配管水力修正计算的基本公式，二、淹没流出配管出口被淹没在水中称为淹没流出。 之所以取满足渐变流条件的截面1-1和2-2列的能量方程式，是因为在淹没流出的情况下，包含行进流速的上游水位差z0被沿路损失和局部损失完全消耗。 4-1单纯配管水力修正计算的基本

3、公式是，整理后管内平均流速能够通过配管的产水量在公式中称为配管系统的产水量系数。 忽略行近流速时，产水量修正公式为(4-6)、4-1单纯配管水力修正计算的基本公式，注：在相同条件下，淹没流出流或自由流出流的产水量系数值相等。 4-1单纯配管水力修正计算的基本公式为，在长管的情况下，无视局部水头损失及流速水头损失。 有水利工程的有压输水管道水流一般属于湍流的水力粗糙度区，其水头损失可以直接用谢齐公式计算，即(4-8)水力学中的k称为产水量模块或特性产水量。 综合反映了管道截面形状、尺寸及边壁粗糙度对输水能力的影响。 4-1单纯配管水力修正计算的基本公式、4-1单纯配管水力修正计算的基本公式、长管

4、修正计算时的双水头线、供水配管中的水流，一般流速不太大，可能属于紊流粗糙的区域或者过渡粗糙的区域。 经验上，v1.2m/s时，管流属于过渡粗糙度区，hf可近似为流速v的约1.8次方。 因此，当根据常用的经验方程校正代谢系数c以获得hf时，校正因数k (即，管道的产水量模块k )乘以右端，并且校正因数k可以通过相关手册的资料来获得。 (参照本P163页的表4-1 )表4-1 (部分)、4-1单纯配管水力修正计算的基本公式、例4-1单纯配管如图4-3所示。 已知长度为800m，管径为0.1m，水头为20m，管路中间有两个弯头，每个弯头的局部水头损失系数为0.3，沿途阻力系数为0.025，所以要求通

5、过管路的产水量。 4-1单纯配管水力修正计算的基本式是，(1)首先将配管作为短管，求出通过配管产水量。 根据(4-4)式，如果不考虑近流速水头，则局部损失包括入口损失和弯头损失。 因此，4-1简单的管路水力修正计算的基本公式为，(2)为了修正边缘损失以及局部损失管的流速水头边缘损失局部损失，修正边缘水头损失在总水头中所占的百分率，所以该管路可以用长管进行修正。 4-1单纯配管水力补正算的基本式，(3)由于在长管中补正配管通过的产水量，所以在长管中补正的话，和在短管中补正的产水量有0.00004m3/s不同，相对误差是。由此可知，如果用长管修正上述管道，则误差小。 4-1单纯配管水力修正计算的基

6、本公式、4-2单纯配管水力修正计算的基本类型相对于定常流，有压配管的水力修正计算主要如下。 已知水头h、管径d、阻力系数之和，计算产水量q。 根据已产水量q、管径d、阻力系数之和计算水头h (决定水箱高度或水泵扬程)； 计算产水量q、阻力系数和、水头h作用的管径d (设定管径或非园管的截面尺寸)的解析要确定各截面的压力p的变化，使压力不要过大或负压过大。 主要以定性或定量描绘压力管水头线和总水头线的方式表示。 4-2简单管道水力修正计算的基本类型，4.2.1送水能力修正计算自由流出(4-4)淹没流出(4-6)长管(4-8) (例题4-1) 4.2.2设置水塔时的地面海拔zb为130.0m，工厂

7、区的地面海拔zc为110.0m，工厂所需的水位Hc为25m 在需要保证工厂供水量q为85 l/s的情况下，求出水塔高度(即，从地面到水塔水面的垂直距离)。 (求h )，4-2简单配管水力修正计算的基本类型，解：供水配管总是由长管修正。 管路内流速故校正因数k1。 查附表P349页表1-1，取新铸铁管粗糙度系数n=0.011，根据式(或查旧书表4-1 )得到修正水头损失所需的水塔高度、4-2单纯管水力修正计算的基本类型、4-2单纯管水力修正计算的基本类型、4.2 .时的管径决定如果管道为长管，则产水量模数能够从古书表4-1中检测出必要的管径。 或者补正短管(以自由流出为例)的产水量系数与管径有关

8、时，必须由实验算法决定。4-2简单管道水力修正计算的基本类型、2管道的送水量q、管长l已知，要求选择必要的管径和相应的水头。 从技术和经济条件综合考虑。 (1)管道使用要求：管道中的流速大时发生水击，流速小时堆积砂土。 (2)管道经济效益：管径小，成本低，但流速大，水头损失大，抽水成本也增加。 相反管径大，流速小，水头损失减少，营运成本小，但管道费用高。 根据技术要求决定流速后的管径，可以根据决定管径d，用上述4-2-2节的方法求水头的公式计算。 4-2简单配管水力补正算的基本类型，例4-3横过河道的钢筋混凝土逆虹吸管如图所示。 通过产水量q为3m3/s，逆虹吸管上下流水路的水位差z为3m，逆

9、虹吸管长度l为50m，经过其中两个300的折角回转，可知其局部水位损失系数b为0.20的入口局部水位损失系数e为0.5，出口局部水位损失系数0为1.0，上下流水路的流速v1及v2 试着确认倒虹吸管直径d。 4-2单纯配管水力修正计算的基本类型，解：逆虹吸管一般进行短管修正计算。 本问题的管道出口埋在水中，另外，在上下游通道中流速相同，流速水头消失。 因此，沿路阻力系数或谢才系数c都是d的复杂函数，需要实验算法。 4-2简单管道水力修正计算的基本类型是，首先假定d0.8m，修正沿路阻力系数：因此，要求与假定不一致。 4-2因为是简单的管道水力修正算法的基本类型，假设d=0.95，再修正算法。 由

10、于得到的直径与第2次的假设值非常接近，因此管径d采用0.95m。 4-2单纯管水力修正算的基本类型，4-2单纯管水力修正算的基本类型，补充： Excel单变量求解1 )先求出的式子，通式，本例具体式，4-2单纯管水力修正算的基本类型，补充： Excel单变量求解2 )。因为在等式的d分母的项中出现，所以F2的d也首先输入非零的初始值。 在A2中输入上面的公式(注意公式以等号开头)，返回车辆。 当光标位于任意单元格中时，“一键工具”溶解热选择输入“营销对象单元格”和“可变单元格”绝对地址，然后输入q营销对象值3，得到d结果。 请参照下图。4-2简单管道水力修正计算的基本类型，补充： Excel栈

11、内存求解(可编写隐式函数形式)1)以结构栈内存式例题简化式为例进行隐式变形：2)Excel栈内存求解标头部分与初始值和公式输入，注意品质因子引用绝对地址，i=1精度决定复制的行数和指定的初始值退出的标准可以由相对误差控制。 4.2.3修正压力，沿管道总流分析压力管的水头变化情况，然后修正压力管的水头线进行描绘。 (以本P168图4-6为例)由于知道产水量和管径以及各断面的平均流速，所以可以求出从入口到任意断面I的总水头损失。 由此，该点压能够描绘总水头线和修正管水头线。 管内压力可以是正值也可以是负值。 如果管内存在大的负压，则有可能发生空化作用空化作用现象。4-2简单管道水力补正算的基本类型

12、、4-3简单管道水力补正算特例虹吸管和水泵设备的水力补正算一、虹吸管的水力补正算虹吸管为压力输水管，其顶部的标高比上游供水水面高。 特点：顶部真空理论上不能超过10m水柱，一般真空值小于(78m )，虹吸管长度一般不大，应用短管修正。 例4-4用直径d为1.0m的2条混凝土虹吸管越过山丘(参照图)，虹吸管上游水面海拔1为100.0m，下游水面海拔2为99.0m，虹吸管长度l1为8m，l2为12m，l3为15m，中间有600个弯曲弯头的出口水位损失系数为1.0 (1)虹吸管每根的输水能力(2)虹吸管中的最大容许真空值hv为7m时，虹吸管的最高安装海拔是多少，4-3简单配管水力修正特例虹吸管及水泵

13、设备的水力修正，解： (1)正题配管出口被水面以下淹没，为被水淹没而流出。 不受近流速影响时，可用4-6式直接校正产水量：上下流水头差为先确定的值，用曼宁式校正c，对混凝土管n 0.014，4-3简单管道水力校正特例虹吸管和水泵设备的水力校正，管道系统的产水量系数：每根虹吸管的送水能力：4-本具体的分析是，将上游路自由面设为基准面，将从B-B截面中心到上游路水面的段差设为zs，在上游截面0-0及截面B-B列的能量方程式中，lB是从虹吸管到B-B截面的长度。4-3简单配管水力补正特例虹吸管及水泵设备的水力补正要求管内真空值在某容许值以下，即式中hv为容许真空值、hv7m。 即虹吸管最高点与上游水

14、面的台阶应满足zs6.24m。4-3简单管道水力补正特例虹吸管及水泵设备的水力补正、2、水泵设备的水力补正空化作用现象：离心水泵启动时，在其入口处形成真空。 为了使水泵正常运转，水泵入口部的真空高度受到限制。 入口压力下降到该温度下的蒸汽压力时，水气化生成的大量气泡，由于水流进入泵内的高压部位被压缩而突然地崩溃，周围的水以极快的速度与气泡崩溃点冲突。在这一点上产生将近100道工序的大气压强以上的压力。 如果集中在这样的极小面积的强冲击力作用于水泵部件的表面，零配件就会立刻破损。 这种现象叫做空化作用。 在设定水泵设备系统时，水力修正计算包括吸水管及压力水管的修正计算。 吸水管是短管，压力管根据

15、情况用短管或长管修正。 4-3简单管道水力补正特例虹吸管及水泵设备的水力补正、Ht、1吸水管的水力补正计算的主要任务是确定吸水管的管径及水泵的最大容许安装标高。 吸水管的管径一般根据容许流速计算出来。 通常的吸水管的容许流速是0.81.25m/s。 流速决定后的管径为。 水泵的最大容许安装标高zs由水泵的最大容许真空值hv和吸水管的水头损失决定。 列1-1和2-2截面能量方程是这样得到的，4-3简单管道水力补正特例虹吸管和水泵设备的水力补正、2压力水管的水力补正压力水管的补正是决定必要的管径和水泵的装机容量。 其直径取决于经济流速。 排水管路式中的x为系数，最好为0.81.2。 水流通过水泵时

16、，得到从水泵的导力器施加的机械能。 因此，动力机械的功率(KW )是水泵向每单位重量的液体供给的机械能，是水泵的总水头或扬程。 上式是水泵给单位重量液体的机械能使水流提高到几何高度，而为了克服水头损失，经4-3简单管道水力补正特例虹吸管和水泵设备的水力补正计算，例4-5是用离心泵将湖水提上池，产水量q为0.2m3/s，湖面标高为85.0m 池水面标高3为1000水泵的容许真空值hv4.5m，吸水管球阀局部水头损失系数在内2.5，900弯曲局部水头损失系数弯曲0.3，水泵入口前的徐变收缩段局部水头损失系数变化=0.1，吸水管沿线路阻力系数0.022，压力管采用铸铁管，其直径d2为500mm，长(2)水泵的安装高度2 (3)开动水泵的动力机械功率。4-3简单配管水力补正特例虹吸管及水泵设备的水力补正、1、2、3、解： (1)确定吸水管的直径：若采用设定流速v=1.0m/s，则选择标准直径d1500mm。 4-3简单管道水力补正特例虹吸管及水泵设备的水力补正、(2)水泵安装标高的确定：安装标高zs由水泵