《有压管流》多媒体课件.pptx

1、第 6 章 有压管流 有压管流指液体在管道中的满管流动。除特殊点外， 管中液体的相对压强一般不为零，故名。 根据沿程水头损失与局部水头损失的比例，有压管 流分为短管出流与长管出流。 短管出流指水头损失中沿程水头损失与局部水头损 比例相当、均不可以忽略的有压管流；如虹吸管或建筑 给水管等。 长管出流则是与沿程水头损失相比，局部水头损失 可以忽略或按比例折算成沿程水头损失的有压管流；按 连接方式，长管又有简单管路与复杂管路之分,如市政 给水管道等。,水头损失以沿程水头损失为主，局部水头损失和流速水头在总损失中所占比重很小，计算时可以忽略的管道,局部损失在总损失中占有相当的比重，计算时不能忽略的管道

2、,6.1 短管的水力计算 6.1.1 基本公式 短管水力计算可直接应用伯努利方程求解，也可将伯努利 方程改写成工程应用的一般形式，然后对短管进行求解。 短管出流有自由出流和淹没出流之分。 液体经短管流入大气为自由出流。 设一短管，列1-2断面伯努利方程，得,1,1,2,2,0,0,v,H,式中水头损失可表示为,解出流速,流量为,令,为短管管系流量系数,液体经短管流入液体为淹没出流。,管系流量系数为,流量计算与自由出流相同，即,0,0,H,v,1,1,2,2,其中,短管水力计算的基本类型,当已知管道尺寸和输水能力时，计算水头损失；即要求确定通过一定流量时所必须的水头。,管线布置已定，当要求输送一

3、定流量时，确定所需的断面尺寸。,当管道布置、断面尺寸及作用水头已知时，要求确定管道通过的流量。,对一个已知管道尺寸、水头和流量的管道，要求确定管道各断面压强的大小。,短管管道系统水头线的绘制,1.绘制步骤,（1）根据已知条件，计算沿流程各管段的沿程水头损失和各项局部水头损失,（2）从管道进口断面的总水头开始，沿流程依次减去各项水头损失，得各相应断面的总水头值，并连结得到总水头线。,（3）由总水头线向下位移一个沿流程相应断面的流速水头值，即可得到测压管水头线。,2.绘制注意事项,（1）局部水头损失可等效地集中绘制在局部构件所在的断面上。所以局部构件前后有两个总水头，以实降的“台阶”高度表示局部水

4、头损失的大小,（2）实际液流的总水头线永远是沿程下降的，任意两过水断面间总水头下降值即为这个断面间液流的水头损失；测压管水头线可以是沿流程下降、上升或水平的，取决于动能与势能的相互转化关系。,（3）应注意管道进出口处的边界条件。 进口，起点为上游容器的总水头 出口，自由出流Hp交于出口断面的形心上 淹没出流Hp在下游断面的自由表面上,（4）测压管水头与相应断面的管轴位置高差即为压强水头。所以Hp高出管道轴线的区域为正压区，低于则为负压区,测压管水头线的定性分析,管道水力计算特例虹吸管及水泵,虹吸管是一种压力管，顶部弯曲且其高程高于上游供水水面。其顶部的真空值一般不大于78m水柱高。虹吸管安装高

5、度Zs越大，顶部真空值越大。 虹吸管的优点在于能跨越高地，减少挖方。 虹吸管长度一般不长，故按短管计算。,通过水泵转轮转动的作用，在水泵进口端形成真空，使水流在池面大气压作用下沿吸水管上升，流经水泵时从水泵获得新的能量，从而输入压力管，再流入水塔。,安装高度,提水高度,安装高度,水泵向单位重量液体所提供的机械能，称为水泵的扬程,例题：用水泵自水库A向水库B作恒定输水。水泵扬程H10m，管道直径d100mm，管长L100m，管壁谢才系数C62.6m1/2/s，进0.8，出1.0，略去弯头损失；水库水位差为7.82m，管最高处中心点C与B水库水面高差为3m，C点至水库A的管长为60m。求管内流量Q

6、及C点真空度。,例题：用水泵自水库A向水库B作恒定输水。水泵扬程H10m，管道直径d100mm，管长L100m，管壁谢才系数C62.6m1/2/s，进0.8，出1.0，略去弯头损失；水库水位差为7.82m，管最高处中心点C与B水库水面高差为3m，C点至水库A的管长为60m。求管内流量Q及C点真空度。,解：求Q,取水库A水面为基准面，取水库水面A-A、B-B为计算断面，自由液面点为计算点，列A-A至B-B能量方程如下：,代入(1)式得:,V1.4m/s 故Q=3.140.121.4/40.011m3/s11L/s,(1),求C点真空度,列A-A断面至C-C断面能量方程：,0+0+0+H7.82+

7、3+pC/+V2/2g+hW1 （2）,hW1（L1/d）（V2/2g）+0.8V2/2g1.28m,取1.0，代入（2）式得：,pC/-2.2m 故C点真空度pV/2.2m,例题：通过管长l1=5m、管径d150mm管道连接水库和水箱。水库和水箱水位差h5m，水箱后又接一d2=d1的水平管道，且l2=l1，管道沿程阻力系数=0.03，水流为恒定流（图5-4）。求流量Q，并绘制全管道的测压管水头线（直接在图中绘出）。又，如果l2管倾斜30，水库内水位不变，求管内流量Q及此时的两水位差h。（14分）,解：列1、2断面的能量方程：h+0+0=0+0+hw,设在l1管道中的流速为v，则,列2、3断面

8、的能量方程,设v2为l2中的流速，,因为d2=d1，所以v2=v,当l2管倾斜30时，列1、3断面的能量方程：,设H=h+h2+ l2sin30=5+5+52=12.5m,例题：如图所示，用一根虹吸管从水箱中取水，虹吸管管径d5cm，管总长10. 5m，管道沿程阻力系数0.30，弯管局部阻力系数弯0.2，进口处局部阻力系数为1，lAB3.5m，试求管中流量和管内最大真空度。（15分）,例题：如图所示，用一根虹吸管从水箱中取水，虹吸管管径d5cm，管总长10. 5m，管道沿程阻力系数0.30，弯管局部阻力系数弯0.2，进口处局部阻力系数为1，lAB3.5m，试求管中流量和管内最大真空度。（15分

9、）,解：以管出口处为基准面，列1-1,2-2断面的能量方程,进1.0,解得v=1.226m/s, 故,管道最高点B处的真空度为最大，以水箱水面为基准面， 在水箱水面与管道B点之间建立伯努利方程：,解得,所以B点真空度为：3.28m水柱,6-2长管的水力计算,列1-1,2-2断面能量方程,一、简单管路：管径、管壁粗糙状况和流量沿流程不变的无分枝的管道,比阻,比阻计算方法,（）谢才公式,将,代入上式得,若已知n,d即可求出S0,（3）舍维列夫公式（针对旧钢管与旧铸铁管）,紊流过渡区 V1.2m/s,粗糙区 V1.2m/s,【解】 首先计算作用水头,【例1】采用铸铁管由水塔向车间供水。已知水管长25

10、00m，,管径400mm，水塔地面标高61m，水塔高18m，车间地面,标高45m，供水点要求最小服务水头25m，求供水量。,然后查表求比阻，查表6-1,求得流量为,求得比阻,查表6-1，求管径,【例2】其他条件同【例1】，供水量增至 0.152 m3/s，求管径。,【解】 作用水头不变,D = 450mm， a = 0.1230 s2/m6 ；,可见，所需管径界于上述两种管径之间，但实际上无此规,D = 400mm， a = 0.230 s2/m6 。,格。采用较小管径达不到要求的流量，使用较大管径又将浪费,投资。合理的办法是分部分采用，然后将二者串联起来。,二、串联管道的水力计算,没有流量流

11、出，各管段的联接点水流符合连续性方程：,计算特点：串联管道的总水头损失等于各串联管段水头损失之和,【解】设 D1= 450mm的管段长 l1， D2= 400mm的管段长 l2,【例3】【例2】中，为充分利用水头和节省管材，采用,450mm和400mm两种直径管段串联，求每段管长度。,由表6-1查得 D1= 450mm，a1= 0.123 s2/m6,D2= 400mm，a2= 0.230 s2/m6,于是,解得 l1= 1729 m， l2= 771 m,三、并联管道的水力计算,各支管的流量与总流量应满足连续性方程,各支管的水头损失相等,水流满足能量方程,或,【例4】三根并联铸铁输水管道，总

12、流量 Q = 0.28m3/s；各 支管管长分别为 l1 = 500m，l2= 800m，l3= 1000m；直径分 别为D1 = 300mm， D2 = 250mm， D3 = 200mm 。试求各支 管流量及 AB 间的水头损失。,【解】查表6-1求比阻,D1= 300mm，a1= 1.07s2/m6,根据各管段水头损失的关系：,D2= 250mm，a2= 2.83s2/m6,或,再与流量关系,联立解得：,A,B,l1, D1, Q1,l2, D2, Q2,l3, D3, Q3,AB 间水头损失：,D3= 200mm，a3= 9.30s2/m6,四、沿程均匀泄流管道的水力计算,沿程均匀泄流

13、管路：给水工程中，有的配水管和冲洗管要求沿着管子泄出，若单位长度上泄出的流量均为q（q称为途泄流量），这种管子称,转输流量Q：通过这一段管路并继续向下游管道输送的流量,设距出口x处的M断面上,流量为 QM=qx+Q,近似写成,Q0=Q+0.55ql,实际计算中,常引用计算流量,当转输流量Q=0时,若沿程均匀泄流管道无转输流量Q,而只有途泄流量Q0时,其水头损失仅为简单管道在通过流量为Q时的1/3,【例5】水塔供水的输水管道，由三段铸铁管串联而成，BC 为沿程均匀泄流段。管长分别为 l1 = 500m， l2= 150m ， l3= 200m；管径 D1 = 200mm ，D2 = 150mm，D3 = 100mm ， 节点B分出流量q = 0.07m3/s ，通过流量 Qp = 0.02m3/s，途泄流量Qs = 0.015m3/s，试求所需作用水头H。,【解】BC 段途泄流量折算后,H,Qp,作用水头为各段损失之和，即,A,B,C,q,Qt,l1D1,l2D2,l3D3,q+0.45Qs,0.55Qs,例题：图示为水塔供水的串联管道。各管段的管长L1300m， L2200m，L3100m。各管管径d1=200mm，d2=150mm，d3=100mm，沿程阻力