5.4--管路的水力计算

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,*,管路的水力计算,在生产或生活中输送流体的各种管路，如供热管路、给水管路、通风除尘的送排风管路等，都会遇到管路计算问题，即,确定流量、水头损失及管道的几何尺寸之间的相互关系,，工程上称之为管路的水力计算。,短管,是指沿程损失和局部损失均不可忽略的管路，一般,l/d1000。,（局部损失大于总水头损失的,5,）,长管,是指局部水头损失的总和与沿程水头损失相比很小，计算时可以忽略不计的管路。,短管的水力计算,短管是指沿程水头损失和局部水头损失均不可忽略不计的管路，一般,l/d,1000。,（局部损失大于总水头损失的,5,）,短管的水力计算可分为自由出流和淹没出流。,短管自由出流的基本公式,取通过1-1和2-2断面形心的水平面为基准面，对水池中渐变流断面1-1及管道出口断面2-2列能量方程：,水头损失为所有局部水头损失和沿程水头损失之和。,短管淹没出流的基本公式,取上游断面1-1和下游断面2-2，以下游水池水面为基准面，列能量方程：,自由出流,淹没出流,淹没出流的流量系数与自由出流的流量系数,虽计算公式不同，但同一个管路系统的计算结果相等。,虽然流量系数相等，但,Q,值却不等。因为它们的作用水头不同，自由出流近似的等于出口断面中心与上游水位之间的高差，不受下游水位变化的影响；而淹没出流的作用水头则是上下游的水位差，受下游水位的升高而减小，故,淹没出流的流量小于自由出流的流量,。,短管水力计算的问题,例,1,已知短管,l=200m,，,d=400mm,，,H=10m，,相同的两个弯头局部水头损失系数为,0.25,，闸门全开的局部水头损失系数为,0.12,，沿程阻力系数,=0.03,，,求闸门全开时通过管道的流量,Q,。,解：,先计算流量系数,例,2,水箱供水，,l=20m,，,d=40mm,，,=0.03,，,总局部水头损失系数为15。求流量,Q=2.75L/s,时的作用水头,H。,解：,例3 如图有压管，,l=50m,，,上下游水位差3,m，,=0.03,，,局部水头损失系数：进口,1,=0.5,。第一个转弯,2,=0.71，,第二个转弯,3,=0.65，,4,=1.0，,求流量,Q=3m,3,/s,时的设计管径,d,。,解：,有压管出流相当于短管淹没出流问题。,代入已知数据，化简得：,用试算法得：,取标准值：,虹吸管的计算,虹吸管有着极其广泛的应用。如为减少挖方而跨越高地铺设的管道，给水建筑中的虹吸泄水管，泄出油车中石油产品的管道及在农田水利工程中都有普遍的应用。,凡部分管道轴线高于上游供水自由水面的管道都叫做虹吸管。,为保证虹吸管能通过设计流量，工程上一般限制管中最大允许的真空度为,h,v,7,8.5m,。,例,1,如图所示虹吸管，通过虹吸作用将左侧水流引向下游。已知虹吸管管径,d=100mm,，,H,1,=2.5m,，,H,2,=3.7m,，,l,1,=5m,，,l,2,=5m,。管道沿程损失因素,=0.025,，进口设有滤网，其局部损失因素,e,=8,，弯头阻力因素,b,=0.15,。试求：,(1),通过虹吸管流量；,(2),计算虹吸管最高处,A,点的真空度。,解,（,1,）,首先取两过流断面,11,和,22,，以右侧水面为零基准面，在两断面之间建立伯努利方程，计算点取在各断面的液面上，其压强均为大气压强，相对压强为零,（,2,）管道最高点,A,处的真空度为最大，在,11,段面和管道,A,断面之间建立伯努利方程,并仍以左侧水面为零基准面，有,如图,，,虹吸管越过山丘输水。虹吸管,l,=,l,AB,+,l,BC,=20+30=50m,d,=200mm。,两水池水位差,H,=1.2m，,已知沿程阻力系数,=0.03，,局部水头损失系数：进口,e,=0.5,出口,s,=1.0,弯头1的,1,=0.2,。弯头2、3的,2,=,3,=0.4，,弯头,4,=0.3，,B,点高出上游水面4.5,m，,试求流经虹吸管的流量,Q,和虹吸管顶点,B,的真空度。,解：取1-1和2-2断面，,O-O,为基准面，列能量方程：,在对2-2和3-3断面（,O-O,为基准面），列能量方程：,水泵吸水管的计算,水泵从蓄水池抽水并送至水塔，需经吸水管和压水管两段管路。水泵工作时，由于转轮的转动，使水泵进口端形成真空，水流在水池水面大气压的作用下沿吸水管上升，经水泵获得新的能量后进入压水管送至水塔。,图,79,水泵装置系统,安装高度的确定,离心泵的安装高度，是指水泵的叶轮轴线与水池水面的高差，以,H,s,表示。以水池水面为基准面，写出,1,1,和,2,2,断面的能量方程,。,如图，水泵向水池抽水，两池中液面高差,z=45m，,吸水管和压水管的直径均为500,mm，,泵轴离吸水池液面高度,h=2m。,吸水管长10,m，,压水管长90,m，,沿程阻力系数均为0.03。局部水头损失系数：吸水口,1,=3.0,出口,s,=1.0,两个90度弯头,2,= ,3,=0.3，,水泵吸水段,4,=0.,1，压水管至水池进口,5,=1.0,。流量为0.4,m,3,/s。,吸水管的真空度。,解：对1-1和3-3断面列能量方程,5,.4,长管的水力计算,长管是指局部水头损失的总和与沿程水头损失相比很小，计算时可以忽略不计的管路。分,简单管路、串联管路、并联管路、管网,等类型。,简单管路,简单管路是指管道直径和流量沿程不变，且没有分支的管道。,如图为水池引水的简单管路自由出流，管长为,l,管径为,d，,沿程阻力系数为,，,管路出口中心距水池水面高度为,H,选水池1-1断面和管路出口断面2-2，以通过2-2断面形心的水平面为基准面列能量方程,长管局部水头损失和 忽略不计,式中：,a,管道比阻，指单位流量通过,单位长度,管道的水头损失。,S,管道阻抗，指,单位流量,通过管道的水头损失。,例,1,由水塔向工厂供水，采用铸铁管。已知工厂用水量,Q,280,m /h,，管道总长,2500,m,，管径,300,mm,。水塔处地形标高为,61,m,，工厂地形标高为,42,m,，管道末端需要的自由水头,H,2,25,m,，求水塔水面距地面高度,。,例,3,远距离输水管路如图，拟采用钢筋混凝土管道，管长10,km，,上游水库水位标高171,m，,下游水库水位标高139,m，,管壁粗糙系数,n=0.014，,输水流量约为0.7,m,3,/s,试设计管径。,查表可知，,n=0.014,d=0.8m,时,a=0.00663,最为接近，故选用管径为800,mm,相应的输水流量为：,串联管路的水力计算,由直径不同的几根简单管段依次连接的管路称为串联管路。各管段流量相等，总损失为各串联管段的损失之和，全管路总的阻抗等于各管段阻抗之和。,例,:,如图供水管路。管路总长3000,m，,作用水头为28,m，,要求输水流量为160,L/s，,试求管路设计成串联的两根铸铁管管段，以便充分利用水头和保证流量。,并联管路的水力计算,在两节点之间并设两根以上管段的管道称为并联管道，每根管道的管径、管长及流量均不一定相等,.,并联管路的水力特征是,所有相互并联管段的水头损失相等,总管道的流量应等于各支管流量之和,。即：,式中，,n,为并联管段的数目。也可写成：,设并联管路通过的总流量为,Q,可推出：,并联节点上的总流量为各支管中流量之和；并联各支管上的单位重量流体的阻力损失相等，总管路的阻抗平方根的倒数等于各支管阻抗平方根倒数之和。,例： 三根并联混凝土管路的粗糙系数为0.013，总流量,Q=0.32m,3,/s,已知,d,1,=300mm,d,2,=250mm,d,3,=200mm,l,1,=l,3,=1000m,l,2,=800m,试求三根管段的流量。,查表得，,n=0.013,d,1,=300mm, a,1,=1.07s,2,/m,6,d,2,=250mm, a,2,=2.83s,2,/m,6,d,3,=200mm, a,3,=9.3s,2,/m,6,由,代入数值得：,解：,代入连续性方程,得：,管网计算基础,管网：,由不同的简单管路以并联和串联管路组合而成。,枝状管网,环状管网,枝状管网,管线于某点分开后不再汇合到一起，呈树枝形状，一般情况下，枝状管网的总长度较短，建造费用较低，工程上大都采用此种管网，但当某处发生事故切断管路时，就要影响到一些用户，所以枝状管网的安全性能较低，但是运行控制较简单。,环状管网,管线在一公共节点汇合形成一,封闭管路,。工作的可靠性高，不会因某段管路发生故障切断时而中断其余管线的供给，即运行的安全性强。因此，一般比较重要的场合，如城市集中供热管网、城市给水管网等常采用环状。但这种管网规模大，需管材多，故造价较高，运行控制较复杂。,