第五章有壓管流水力計(jì)算34

1、第五章 有壓管流水力計(jì)算,內(nèi)容回顧：水頭損失及分類；沿程水頭損失和局部水頭損失 水流流態(tài)：層流和紊流、雷諾數(shù) 沿程水頭損失 計(jì)算：謝才公式 局部水頭損失計(jì)算：,短管、長管的概念；淹沒出流、自由出流的概念。 短管的水力計(jì)算； 長管的水力計(jì)算； 復(fù)雜管路得水力計(jì)算。,第五章 有壓管流水力計(jì)算,本章內(nèi)容：,第一節(jié)

2、 概 述,有壓管道：管道周界上的各點(diǎn)均受到液體壓強(qiáng)的作用。有壓管中的恒定流：有壓管中液體的運(yùn)動要素不隨時間而變 管道根據(jù)其布置情況可分為：簡單管道與復(fù)雜管道。復(fù)雜管道又可分為：串聯(lián)管道、并聯(lián)管道、分叉管道、均勻泄流管道。根據(jù)hf與hj兩種水頭損失在損失中所占比重的大小，將管道分為長管及短管兩類。,第五章 有壓管流水力計(jì)算,對恒定流，有壓管道的水力計(jì)算 主要有下列幾種。 一、輸水能力計(jì)算

3、已知管道布置、斷面尺寸及作用水頭時，要求確定管道通過的流量。計(jì)算如上節(jié)例題。 二、當(dāng)已知管道尺寸和輸水能力時，計(jì)算水頭損失；即要求確定通過 一定流量時所必須的水頭。 三、管道直徑的確定,第五章 有壓管流水力計(jì)算,第一節(jié) 概 述,簡單管道水力計(jì)算的基本類型,先分析沿管道總流測壓管水頭的變化情況，再計(jì)算并繪制測壓管水頭線。 因?yàn)榱髁亢凸軓骄阎鲾嗝娴钠骄魉偌纯汕蟪觯肟诘饺我粩嗝娴娜克^損失也可

4、算出。該點(diǎn)壓強(qiáng)為由此可繪出總水頭線和測壓管水頭線。 管內(nèi)壓強(qiáng)可為正值也可為負(fù)值。當(dāng)管內(nèi)存在有較大負(fù)壓時，可能產(chǎn)生空化現(xiàn)象。,四、對一個已知管道尺寸、水頭和流量的管道，要求確定管道各斷面壓強(qiáng)的大小。,第五章 有壓管流水力計(jì)算,第一節(jié) 概 述,簡單管道：指管道直徑不變且無分支的管道。簡單管道的水力計(jì)算可分為自由出流和淹沒出流。 一、自由出流

5、 對1-1斷面和2-2斷面 建立能量方程 令 且因,第二節(jié) 簡單短管的水力計(jì)算,第五章 有壓管流水力計(jì)算,故

6、 上式表明，管道的總水頭將全部消耗于管道的水頭損失和保持出口的動能。 因?yàn)檠爻虛p失 局部水頭損失 有,第二節(jié) 簡單短管的水力計(jì)算,第五章 有壓管流水力計(jì)算,取 則

7、 管中流速通過管道流量式中 稱為管道系統(tǒng)的流量系數(shù)。當(dāng)忽略行近流速時，流量計(jì)算公式變?yōu)?第二節(jié) 簡單短管的水力計(jì)算,第五章 有壓管流水力計(jì)算,管道出口淹沒在水下稱為淹沒出流。 取符合漸變流條件的斷面1-1和2-2列能量方程因 則有 在淹沒出流情況下，包括行進(jìn)流速的上下游水位

8、差z0完全消耗于沿程損失及局部損失。,第五章 有壓管流水力計(jì)算,二、淹沒出流,第二節(jié)簡單短管的水力計(jì)算,因?yàn)檎砗罂傻霉軆?nèi)平均流速通過管道的流量為式中， 稱為管道系統(tǒng)的流量系數(shù)。當(dāng)忽略掉行近流速時，流量計(jì)算公式為,,第二節(jié) 簡單短管的水力計(jì)算,第五章 有壓管流水力計(jì)算,三、管徑的確定管線布置已定，當(dāng)要求輸送一定流量時，確定所需的斷面尺寸（圓形管道即確定管道直徑）

9、 1．管道的輸水能力、管長l及管道的總水頭H均已確定。管道直徑，流量系數(shù) 與管徑有關(guān)，需用試算法確定。,第五章 有壓管流水力計(jì)算,第二節(jié) 簡單短管的水力計(jì)算,2．管道的輸水量Q，管長l已知，要求選定所需的管徑及相應(yīng)的水頭。從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)條件綜合考慮。(1) 管道使用要求： 管中流速大產(chǎn)生水擊，流速小泥沙 淤積。(2) 管道經(jīng)濟(jì)效益

10、：管徑小，造價低，但流速大，水頭損失也大，抽水耗費(fèi)也增加。反之管徑大，流速小，水頭損失減少，運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用少，但管道造價高。當(dāng)根據(jù)技術(shù)要求確定流速后管道直徑即可由右式計(jì)算：,第二節(jié) 簡單短管的水力計(jì)算,第五章 有壓管流水力計(jì)算,四、繪制總水頭線和側(cè)壓管水頭線,（一）、繪制總水頭和測壓管水頭線的具體步驟（二）、繪制總水頭線和測壓管水頭線應(yīng)注意的問題1.沿程水頭損失沿管均勻分布，局部水頭損失發(fā)生在局部邊界突變的概化斷面上。2.在

11、等直徑的管段中，測壓管水頭線與總水頭線平行。3.進(jìn)口的邊界條件4.出口的邊界條件5.測壓管水頭線可以上升或下降，但總水頭線總是下降。,第二節(jié) 簡單短管的水力計(jì)算,第五章 有壓管流水力計(jì)算,（三）負(fù)壓段的判斷1.根據(jù)流量計(jì)算速度和沿程水頭損失以及局部水頭損失2.計(jì)算每段管端的總水頭值，繪總水頭線3.總水頭減去速度水頭即為側(cè)壓管水頭,第五章 有壓管流水力計(jì)算,第二節(jié) 簡單短管的水力計(jì)算,一、虹吸管的水力計(jì)算

12、 虹吸管是一種壓力輸水管道，其頂部高程高于上游供水水面。,第三節(jié) 短管應(yīng)用舉例,第五章 有壓管流水力計(jì)算,特點(diǎn)：頂部真空高度理論上不能大于10m，一般其真空高度值限制在(6~8m )；虹吸管長度一般不大，應(yīng)按短管計(jì)算。,虹吸管的水力計(jì)算包括：已知上下游水位差，管徑，確定輸水流量；由公式 進(jìn)行計(jì)算。由虹吸管的允許真空度，確定管頂最大安裝高度；或者已

13、知安裝高度，校核最大真空。列能量方程：得到,第五章 有壓管流水力計(jì)算,第三節(jié) 短管應(yīng)用舉例,二、泵裝置的水力計(jì)算 水力計(jì)算包括吸水管及壓力水管的計(jì)算，主要任務(wù)有：管徑的計(jì)算，水泵安裝高度，水泵的揚(yáng)程和功率的計(jì)算。,第三節(jié) 短管應(yīng)用舉例,第五章 有壓管流水力計(jì)算,1．管道的直徑和安裝高度 主要任務(wù)是確定吸水管和壓力管的管徑及水泵的最大允許安裝高程。 吸水管管徑一般是根據(jù)允許流速計(jì)算。通常吸水管的允許

14、流速為為1.2～2m/s。流速確定后管徑為 水泵的最大允許安裝高程zs決定于水泵的最大允許真空值hv和吸水管的水頭損失。,第五章 有壓管流水力計(jì)算,第三節(jié) 短管應(yīng)用舉例,2．水泵的揚(yáng)程和功率 水流經(jīng)過水泵時，從水泵的動力裝置獲得了外加的機(jī)械能。因而動力機(jī)械的功率為 為水泵向單位重量液體所提供的機(jī)械能，成為水泵的總水頭或揚(yáng)程。上式表明水泵向單

15、位重量液體所提供的機(jī)械能一方面是用來將水流提高一個幾何高度，另一方面是用來克服水頭損失,第三節(jié) 短管應(yīng)用舉例,第五章 有壓管流水力計(jì)算,二、倒虹吸管的水力計(jì)算 在渠道與其他渠道或公路、河道相交叉時，常常在公路或河道的下面設(shè)置一段管道，這段管道就是倒虹吸管。倒虹吸管的水力計(jì)算主要任務(wù)有：過流能力計(jì)算，上下游水位差的計(jì)算，管徑的計(jì)算。,第三節(jié) 短管應(yīng)用舉例,第五章 有壓管流水力計(jì)算,（1）過流能力的計(jì)算：

16、（2）上下游水位差的計(jì)算：,,第五章 有壓管流水力計(jì)算,第三節(jié) 短管應(yīng)用舉例,（3）管道直徑的計(jì)算 因 所以 而,因?yàn)檠爻套枇ο禂?shù)λ或謝才系數(shù)C都是d 的復(fù)雜函數(shù)，因此需用試算法或迭代法。,第三節(jié) 短管應(yīng)用舉例,第五章 有壓管流水力計(jì)算,第四節(jié) 長管的水力計(jì)算,,,如果作用水頭的95%以上用于沿程水頭損失，我們就可以略去局部損失及

17、出口速度水頭，認(rèn)為全部作用水頭消耗在沿程，這樣的管道流動稱為水力長管。否則為水力短管。,長管:作用水頭全部消耗于沿程損失,一、簡單長管的水力計(jì)算,第五章 有壓管流水力計(jì)算,第四節(jié) 長管的水力計(jì)算,第四節(jié) 長管的水力計(jì)算,,第五章 有壓管流水力計(jì)算,第四節(jié) 長管的水力計(jì)算,,,,1、管線布置、作用水頭、管道材料已定，當(dāng)要求輸送一定流量時，確定所需的管徑 ；參見P139 例5-7,二、簡單長管水力計(jì)算類型,第五章 有壓管流水力計(jì)

18、算,第四節(jié) 長管的水力計(jì)算,,,,3、已知管道尺寸、材料、管線布置和輸水能力，計(jì)算作用水頭（確定水塔高度） 。參見P139 例5-6,2、已知作用水頭、尺寸、材料及管線布置，計(jì)算輸水能力 ；,第四節(jié) 長管的水力計(jì)算,第五章 有壓管流水力計(jì)算,第五節(jié) 復(fù)雜管路水力計(jì)算,,二. 復(fù)雜管道的水力計(jì)算,串聯(lián)管道。,n 段串聯(lián)管道，各段損失分別計(jì)算然后疊加，認(rèn)為作用水頭全部用于沿程損失，可得一個方程。,各段流量間的關(guān)系由連續(xù)原理確定，又可

19、得 n-1個方程,第五章 有壓管流水力計(jì)算,第五節(jié) 復(fù)雜管路水力計(jì)算,第五節(jié) 復(fù)雜管路水力計(jì)算,,并聯(lián)管道 n段并聯(lián)管道的水頭損失是相同的，給出n-1個方程,流量之和為總流量，又可得一個方程,(i=1,…, n),第五章 有壓管流水力計(jì)算,第五節(jié) 復(fù)雜管路水力計(jì)算,第五節(jié) 復(fù)雜管路水力計(jì)算,沿程均勻泄流管,,,第五章 有壓管流水力計(jì)算,第五節(jié) 復(fù)雜管路水力計(jì)算,,若沿程均勻泄流管道只有途泄流量，而貫通流量為零，則,,管