压力管道水力计算课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,工程流体力学,第五章 压力管路的水力计算,主 讲：陈小榆,2008,年,8,月,有压管道：,管道被水充满，管道周界各点受到液体压强作用，其断面各点压强，一般不等于大气压强。,液 体,管 壁,有压管道,液体自由面,管 壁,无压管道,压力管道计算原理,工程中，常用各种有压管道输送液体，如水电站压力引水钢管；水库有压泄洪隧洞或泄水管；供给的水泵装置系统及管网；输送石油的管道。,管道按布置分,简单管道,复杂管道,串联管道,并联管道,分枝管道,短管,长管,两种水头损失大小比重,局部水头损失、流速水头占总水头损失比例较大（大于,5%,），计算时不能忽略,沿程水头损失水头为主，局部损失和流速水头在总水头损失中所占比重很小，计算时可忽略。,1,长管和短管不按管道绝对长度决定。,2,当管道存在较大局部损失管件，例如局部开启闸门、喷嘴、底阀等。既是管道很长，局部损失也不能略去，必须按短管计算。,3,长管：,忽略局部水头损失和流速水头（沿程损失不能略去），计算工作大大简化，其对结果又没有多大影响。,注意,压力管道水力计算的,主要内容,就是确定水头损失，包括,沿程水头损失,和,局部水头损失,。,5.1,管路特性曲线,5.2,长管的水力计算,管道的种类,:,简单管道,串联管道,并联管道,一、简单管道,管道直径和管壁粗糙度均相同的一根管子或这样的数根管子串联在一起的管道系统。,计算基本公式,连续方程,沿程损失,能量方程,三类计算问题,（,1,）已知,q,V,、,l,、,d,、,、,，求,h,f,；,（,2,）已知,h,f,、,l,、,d,、,、,，求,q,V,；,（,3,）已知,h,f,、,q,V,、,l,、,、,，求,d,。,简单管道的水力计算是其它复杂管道水力计算的基础。,第一类问题,的计算步骤,（,1,）已知,q,V,、,l,、,d,、,、,，求,h,f,；,q,V,、,l,、,d,计算,Re,计算,计算,h,f,第二类问题的计算步骤,（,2,）已知,h,f,、,l,、,d,、,、,，求,q,V,；,假设,由,h,f,计算,v,、,Re,计算,New,校核,New,= ,New,N,Y,由,h,f,计算,v,、,q,V,第三类问题的计算步骤,（,3,）已知,h,f,、,q,V,、,l,、,、,，求,d,。,h,f,q,V,l,计算,与,d,的函数曲线,计算,New,校核,New,= ,New,N,Y,由,h,f,计算,v,、,q,V,二、串联管道,由不同管道直径和管壁粗糙度的数段根管子连接在一起的管道。,A,B,H,2,1,串联管道特征,1.,各管段的流量相等,2.,总损失等于各段管 道中损失之和,两类计算问题,A,B,H,2,1,（,1,）已知串联管道的流量,q,V,，,求总水头,H,；,（,2,）已知总水头,H,，,求串联管道的流量,q,V,。,v,0,Q,1,Q,2,Q,3,q,1,q,2,l,1,d,1,l,2,d,2,l,3,d,3,h,f,1,h,f,2,h,f,3,H,1,1,6.4.1,按长管计算,上式是串联管道的基本公式，联立以上三式，可,解算,Q,、,d,、,H,等问题。,IR,1,U,IR,2,IR,3,v,0,Q,1,Q,2,Q,3,q,1,q,2,l,1,d,1,l,2,d,2,l,3,d,3,h,f,1,h,f,2,h,f,3,H,1,1,在长管的条件下，各段的测压管水头线与总水头,线重合，管道水头线呈折线，因为各管段流速不同，,水头线坡度也各不相同。,v,0,1,l,1,d,1,v,1,l,2,d,2,v,2,l,3,d,3,v,3,v,3,H,1,2,v,2,2,2,g,1,v,1,2,2,g,3,v,3,2,2,g,6.4.2,按短管计算,v,0,1,l,1,d,1,v,1,l,2,d,2,v,2,l,3,d,3,v,3,v,3,H,1,2,v,2,2,2,g,1,v,1,2,2,g,3,v,3,2,2,g,对上游断面和出口断面列能量方程，则,三、并联管道,由几条简单管道或串联管道，入口端与出口端分别连接在一起的管道系统。,并联管道特征,1.,总流量是各分管段流量之和。,2.,并联管道的损失等于各分管道的损失。,A,Q,Q,1,d,1,h,w1,Q,2,d,2,h,w2,Q,3,d,3,h,w3,B,Q,特点：一般按长管进行水力计算,两类计算问题,（,1,）已知,A,点和,B,点的静水头线高度（即,z+p/,g,),，,求总流量,q,V,；,A,Q,Q,1,d,1,h,w1,Q,2,d,2,h,w2,Q,3,d,3,h,w3,B,Q,假设,由,h,f,计算,v,、,Re,由,Re,、,查莫迪图得,New,校核,New,= ,New,N,Y,由,h,f,计算,v,、,q,V,求解方法相当于简单管道的第二类计算问题。,（,2,）已知总流量,q,V,，,求各分管道中的流量及能量损失,。,假设管,1,的,q,V1,由,q,V1,计算管,1,的,h,f1,由,h,f1,求,q,V2,和,q,V3,h,f1,=,h,f2,=,h,f3,q,V1,=,q,V1,N,结束计算,按,q,V1,、,q,V2,和,q,V3,的比例计算,q,V1,、,q,V2,和,q,V3,计算,h,f1,、,h,f2,和,h,f3,Y,A,Q,Q,1,d,1,h,w1,Q,2,d,2,h,w2,Q,3,d,3,h,w3,B,Q,Q,h,f,Q,H,A,B,h,fA,h,f1,=h,f2,=h,f3,=,h,f,l,1,d,1,Q,1,l,3,d,3,Q,3,l,2,d,2,Q,2,H,B,H,A,设各管径、流量为,d,i,、,Q,i,，,i,=1,，,3,，考虑能量方程，则,Q,h,f,Q,H,A,B,h,fA,h,f1,=h,f2,=h,f3,=,h,f,l,1,d,1,Q,1,l,3,d,3,S,3,Q,3,l,2,d,2,K,2,Q,2,H,B,H,A,各支的流量与总流流量,之间,应满足连续方程，即,各支水头损失，按长管计算，则,各支的流量与总流流量,之间,应满足连续方程，即,设各管径、流量分别为,d,i,、,Q,i,，,i,=1,，,3,。,考虑每一支的能量方程，则,h,f,求出后，再求出各支管的流量,若总流的流量及各并联支管的直径、长度、和粗糙度已知时，可求出总流量、支流量以及水头损失；,塔里木油田，管投产,1,年零,9,个月,CO,2,腐蚀穿孔,四川达窝输气管线，,H,2,S,腐蚀造成开裂爆炸事故，,24,人死亡,油气管道开裂和泄漏造成的环境污染严重,美国,1993,年、,1994,年在华盛顿和新泽西洲发生的两起输气管,道爆裂事故,四、分枝管路,分支管道特征,流入汇合点的流量等于自汇合点流出的流量。,计算问题新建管道，确定管径、起点压力,已知管网结构形式（地形、长度、用户位置）、用水量、用户所需自给水头，确定管径和管网起点水压。,2,1,3,J,z,2,z,1,z,3,1,根据管网布置图，将管网分段编号,2,用连续性方程确定各段流量,3,以经济流速确定各段管径,4,取标准管径后，计算流速和摩阻,5,按长管计算各段水头损失,hw,6,按串联管道计算起点到控制点的总水头损失。,计算问题扩建管道，确定管径,已知管网结构形式（地形、长度、用户位置）、用户用水量，起点压力，确定管径。,2,1,3,J,z,2,z,1,z,3,1,根据管网布置图，将管网分段编号,2,计算每一个主干线的平均水力坡度，选择其中最小的作为扩建管网的控制干线,3,按平均水力坡度，计算各段摩阻,4,选择管径,中国天然气管道,川渝环网,干线：,北干线,南干线,管长：,2906,千米,管径：最大,720mm,钢材：,X60,欧洲天然气管道,北海海底管网,阿意输气管道,美国天然气管道,湾流管道系统,俄罗斯输气管道,俄罗斯已建和拟建跨国输气管道,一个抽水系统通过水泵转动转轮的作用，在水泵进水口形成真空，使水流在池面大气压强的作用下沿吸水管上升，流经水泵时从水泵获得新的能量，进入压力管，再流入水塔。,1,水泵吸水管的水力计算,5.4,短管的水力计算,吸水管和压力水管,吸水管,:,短管 压力水管,:,长管,水泵系统的水力计算,虹吸管是一种压力输水管道，顶部弯曲且其高程高于上游供水水面。在虹吸管内造成真空，使作用虹吸管内产生真空，水流则能通过虹吸管最高处引向其他处。,2,虹吸管的水力计算,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，故按照短管计算。,p,a,1,1,2,2,z,z,s,虹吸管顶部,虹吸管顶部的真空压强理论值不能大于最大真空值（,10mH2O,）。,当虹吸管内压强接近该温度下的汽化压强时，液体将产生汽化，破坏水流连续性，可能产生空蚀破坏，故一般虹吸管中的真空值,7,8mH2O,。,例,1,：有一渠道用两根直径为,1.0m,的混凝土虹吸管来跨越山丘， 上游水位为,1,100.0m,下游水位为,2,99.0m,虹吸管长度,l,1,= 8m,；,l,2,= 15m,；,l,3,= 15m,，弯头的局部水头损失系数为,0.365,，进口局部水头损失系数为,0.5,；出口局部水头损失系数为,1.0,。试确定：,当虹吸管中的最大允许真空度为,7mH,2,O,时，虹吸管,最高,安装高程,z,s,为多少？,0,0,B,B,z,s,z,l,1,l,3,l,2,求流量,0,0,B,B,z,s,z,l,1,l,3,l,2,1,1,列,0,0,、,1,1,伯努力方程,v,虹吸管中最大真空一般发生在管道最高位置。,本题最大真空发生在第二个弯头前的,B-B,断面。考虑,0-0,断面和,B-B,断面的能量方程，则,0,0,B,B,z,s,z,l,1,l,3,l,2,0,0,B,B,z,s,z,l,1,l,3,l,2,v,列,0,0,、,B,B,伯努力方程,5.5,孔口出流,流体在水头或压差作用下流过器壁孔口或孔板都称为,孔口出流,。,薄壁孔口：,厚壁孔口：,小孔口：,大孔口：,一、薄壁小孔口恒定出流,令收缩系数,完善收缩：,不完善收缩：,局部收缩：,大孔口,5.6,管嘴泄流,管嘴出流流量公式,比较孔口和管嘴的流速系数和流量系数,管嘴,管嘴,=1,=0.82,=0.82,孔口,=0.64,=0.97,=0.62,柱状管嘴内的真空度,列,c-c,1-1,断面的伯努力方程,突然扩大：,各种管嘴的出流系数,外伸管嘴,薄壁孔口,内伸管嘴,扩张管嘴,收缩管嘴,流线性管嘴,损失系数,收缩系数,C,c,流速系数,C,v,流量系数,C,q,0.06,0.5,1,0.09,4,0.04,0.63,1,1,0.98,1,1,0.97,0.82,0.71,0.96,0.45,0.98,0.61,0.82,0.71,0.95,0.45,0.98,