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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,*,恒定管流,1,概述,液体完全充满输水管道所有横断面的流动，称为,管流,。,管流的过水断面不存在自由表面，过水断面的压强，一般不等于大气压强，即过水断面上作用的相对压强一般不为零，故管流又称为,有压流,。,管道有恒定流与非恒定流。,2,管道的水力要素有：管道系统的总水头或管道系统中的泵的扬程，管道系统的流量，管径，管道各断面的压强等。,恒定管流水力计算的主要任务是：,1,.,确定管道系统的总水头,H,或管道系统中泵的扬程,Hm,；,2,.,确定,管的流量；,3,.,确定管径；,4,.,确定管道泵断面的压强。,3,长管道和短管道,在管道系统中，如果局部水头损失只占沿程水头损失的,5,10,以下，则在管流的水力计算中可将局部水头损失忽略不计，这样的管道称为,长管道,。,在管流的水力计算中，如果局部水头损失占相当重的比重，因而计算中不能将局部水头损失和流速水头忽略，这样的管道称为,短管道,。,4,根据管道的布置，管道系统可分为简单管道和复杂管道。,管径不变，无分支的单线管道，称为,简单管道,。,由两根以上的管道组成的管道系统，称为,复杂管道,。,5,恒定管流的基本原理和基本公式,总能量方程和连续方程的实际应用,沿程和局部水头损失计算,局部水头损失计算查相应公式计算,计算沿程水头损失有两各通用公式：达西魏斯巴哈公式和谢才公式。,6,达西魏斯巴哈公式,谢才公式,由上两式，可知：,7,得,其中,K,称为流量模数，,K,的单位和流量的单位相同；,S,0,称为比阻，即单位管长在单位流量下的沿程水头损失，,S,0,的单位为,s,2,/,m,6,。,上述公式是恒定管流计算的基本公式，适用于管流的各种流态。,8,如果管流为紊流粗糙区，谢才系数采用曼宁公式计算，则 流量模数,K,、比阻,S,0,和沿程阻力系数,的计算式简化为：,9,简单管道的水力计算,自由出流和淹没出流的简单管道的水力计算,自由出流？若管道出口水流流入大气，则称,自由出流,。,以通过管道出口中心的水平面为基准面，就贮水池水面和管道出口两过水断面，写总流的能量方程，得,取 称为,作用水头,。,10,v,0,A,B,C,D,i,i,H,H,0,11,水头损失,h,w,，写为,可得到,取,=1,，得,12,称为管道系统的流量系数，简称管系流量系数。,如行进流速水头 很小，,可忽略,，则,H,0,=,H,，流量为,13,上式为简单管道自由出流时水力计算的基本公式，可用来流量,Q,、管径,d,或作用水头,H,14,如果,ABCD,管是由不同管径、不同沿程阻力系数和不同管长的管道组成，则任一管段的沿程水头损失和任一局部水头损失，都以管道出口断面的流速水头表示，应为,15,所以管系的水头损失为,则管系的流量系数为,16,管道出口淹没在水面之下，则从管道出口流出的水股，也淹没在水体中，这种出流称为,淹没出流,。运用总能量方程，可推得淹没出流时管道系统水力计算的基本公式：,17,A,B,C,D,0,0,Z,Z,0,V,0,V,18,为淹没出流时管系流量系数,Z,为上下游水面高差。,19,虹吸管的水力计算,输水管如有部分管段在真空条件下工作，这种管道称为,虹吸管,。常见的虹吸管，部分管段高出水源，这种虹吸管常见跨越河堤、土坝或高地，以向下游低处输水或泄水。,虹吸管工作时必须先排除管内空气，使管内形成真空。对于直径较大的虹吸管，通常利用真空泵从顶部将管内空气抽出。水源可以从管口上升到顶部，向下游输水。,20,虹吸管的水力计算任务是确定虹吸管的流量和确定虹吸管顶部的安装高度。,确定流量的计算方法和前述的简单管道相同。,顶部安装高度直接影响虹吸管能否可靠的工作。,取下游水面为基准面，对水源断面,0,0,和虹吸管顶部断面,C,-,C,写总流的能量方程：,21,式中,h,S,虹吸管顶部超出水源水面的高度，称为顶部安装高度；,l,虹吸管进口,A,至顶部,C,-,C,断面间管长。,虹吸管顶部,C,-,C,断面真空值。保证虹吸管顶部不产生空化的允许真空值为,6,7,m,水柱。,由上式可见顶部真空值的大小与顶部安装高度有关，与从进口到顶部的水头损失有关。顶部安装的越高，该处的真空值越大；从进口到顶部的水头损失越大，顶部的真空值也越大。,降低顶部的真空值，可降低顶部安装高度或减小,22,从进口到顶部的管长,l,。,A,C,C,Z,hs,0,0,23,离心泵装置的水力计算,泵是能将动力机的机械功变为液体机械能的水力机械。最常见的是离心泵。,吸水管、离心泵及其配套动力机、压水管和一些管道附件，组成了离心泵装置。,离心泵叶轮的转动，造成吸水管末端断面（泵进口）和水源间的压强差。水在压强的作用下从吸水管上升至水泵进口。水流获得泵的机械能，便经泵壳和压水管流至离水源很高很远的用水场所。离心泵装置水力计算的任务是确定泵的安装高度和水泵的扬程。,24,离心泵安装高度的确定,在实践中，往往不能或在经济上不宜将水泵安装在水源水面以下。离心泵转轮轴线超出水源水面的高度，称为,离心泵安装高度,。,以水源水面为水平基准面，对于水源断面,1,1,和水泵进口前吸水管断面,2,2,，写总流的能量方程：,而,25,吸水管,泵,压力管,1,1,2,2,3,3,Z,P,26,所以,Z,P,为离心泵安装高度；,l,和,d,为吸水管的管长和管径；,v,为吸水管内平均流速；,p,2,为吸水管,2-2,断面的绝对压强；,为断面,2-2,的真空压强或真空值。,由式可见，,z,p,越大，则真空值越大，但过大的真空值会引起泵水流的空化现象，,27,严重的空化将导致泵流量的减小和泵的转轮叶片的空蚀。各离心泵都有其允许真空值，制造厂有说明，确定安装高度时必须查阅说明。,28,离心泵扬程的确定,离心泵传给单位重量液体的能量，或单位液体从离心泵获得的能量，称为,离心泵扬程,，也称离心泵水头。,以任意水平面为基准面，水泵进口断面,2-2,水流的能量为,水泵出口断面,3-3,水流的能量为,29,离心泵的扬程，,式中,p,2,和,p,3,都是绝对压强。在水泵进出口断面,2-2,和,3-3,装有真空表和压力表的时候，因为表的压强都以相对压强计算，则,30,(,z,3,-,z,2,),为压力表和真空表中心的高程差，所以,原式写为,上式为计算离心泵扬程的一种公式，在水泵正常运行时测算扬程很方便。,如果压力表与真空表中心高程相同，吸水管和压力管的管径相同，则,z,2,=,z,3,，,v,2,=,v,3,，上式为,31,复杂管道的水力计算,水电站厂内技术供水系统，给水工程系统，农田灌溉管道系统都是常见的复杂管道系统。,复杂管道组成的基本方式是：管道的串联和并联。在给水工程中，复杂管道系统都以长管道计算。,32,串联管道,由不同管径的管道依次联接的管道系统称为,串联管道,。,串联管道在输水过程中如有流量,Q,(i),(,i,=1,，,2,，,3,),分出，则各管段通过的流量不断减小。因此顺次串联管道的管径也顺次减小，各管段的水头损失，按谢才公式,33,Q,(1),Q,(2),Q,(3),h,f1,h,f2,h,f3,d,1,d,2,d,3,串联管道,H,l,1,l,2,l,3,Q,1,Q,2,Q,3,34,串联管道的全部水头损失等于各管段水头损失之和：,流量的计算可以根据连续性原理求得：,式中 为在第,i,管段末端分出的流量。,35,并联管道,数条管道在同一处分叉，然后又在另一处会合的管道，称为,并联管道,。在分叉处,A,，,1,，,2,，,3,管道有共同的测管水头,H,A,，在会合点，有共同的测管水头,H,B,。,诸管道有一样的水头损失,因此，,36,A,B,H,A,H,B,并联管道,d,1,，,l,1,，,Q,1,d,2,，,l,2,，,Q,2,d,3,，,l,3,，,Q,3,Q,h,f,37,或,根据连续性方程，并联各管的流量之和，应等于分叉前干管上的总流量,Q,，,Q,=,Q,1,+,Q,2,+,Q,3,由上两方程，可以解出,Q,1,，,Q,2,，,Q,3,及,h,f,。,注意：各管的水头损失虽然相同，但各管长度不等，所以各管的水力坡度是不相同的。,38,39,
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