水力学讲义

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,*,第四章 有压管中的恒定流,以上各章中讨论了液体运动的根本规律，导出了水力,学的根本方程连续方程、能量方程及动量方程，并,阐述了水头损失的计算方法，应用这些根本原理即可研,究解决工程中常见的水力计算问题，如有压管道中的恒,定流、明渠恒定流及水工建筑物的水力计算等。本章讨,论的重点是有压管中恒定流的水力计算。,水力学讲义,1,第四章 有压管中的恒定流,4.1 简单管道水利计算的根本公式,简单管道是指管道直径不变且无分支的管,道。简单管道的水力计算可分为自由出流,和淹没出流两种情况。,水力学讲义,2,第四章 有压管中的恒定流,一,、,自由出流,管道出口水流流入大气，水股四周都受大气压强的,作用，称为自由出流管道。,图,4,1,中，列断面,1,1,、,2,2,的能量方程,图,4,1,水力学讲义,3,第四章 有压管中的恒定流,总水头：,管中流速：,水力学讲义,4,第四章 有压管中的恒定流,通过管道的流量,：,H,0,作用水头，指管道出口形心至上游水池水面,的水头与上游行进流速的流速水头之和。当,行近流速较小时，可以近似取,H,0,=,H,。,水力学讲义,5,第四章 有压管中的恒定流,管系流量系数,水力学讲义,6,第四章 有压管中的恒定流,二、淹没出流,管道出口淹没在水下，称,淹没出流,。,图,8-2,中，列断面与,的能量方程：,图,8,2,水力学讲义,7,第四章 有压管中的恒定流,令：,且w1w,w2w，那么有：,水力学讲义,8,第四章 有压管中的恒定流,说明：,简单管道在淹没出流的情况下，其,作用水头,H,0,完全被消耗于克服管道由于沿程阻,力、局部阻力所作负功所产生的水头损失上。,即：,水力学讲义,9,第四章 有压管中的恒定流,管中流速：,通过管道的流量：,水力学讲义,10,第四章 有压管中的恒定流,式中：,管系流量系数，它反映了沿,程阻力和局部阻力对管道输水能力的影响。,H,0,作用水头，指上、下游水位差加上游行进流速的流速水头。,局部阻力系数，包含出口损失 。,水力学讲义,11,第四章 有压管中的恒定流,以上讨论中同时考虑了管道的沿程损失及局部水头损失，是按短管计算的情况。,假设管道较长，局部水头损失及流速水头可以忽略,可以得到:,水力学讲义,12,第四章 有压管中的恒定流,对于紊流阻力平方区可采用流量模数 来计算.,即得：,或,水力学讲义,13,水力学讲义,如果您有任何问题，请毫不犹豫地提出,!,In case of you have any question,DO NOT hesitate to ask me!,欢 迎 提 问,14,第四章 有压管中的恒定流,4.2 简单管道水利计算的根本类型,一、输水能力计算,当管道布置、断面尺寸及作用水头时，要求确,定管道通过得流量。对于短管和长管都可以用公式直接,求解。,水力学讲义,15,第四章 有压管中的恒定流,二、管道尺寸和输水流量Q，求保证输水,流量的作用水头H。实际是求通过流量Q时,管道的水头损失，可以直接计算，但需要,求管内流速，以判别是否要进行修正。,水力学讲义,16,第四章 有压管中的恒定流,三、管线布置和输水流量，求输水管径d。,对于长管：,按求得的流量模数，即可由41确定所需的管道直径。,对于短管：,上式中 与管径d有关，所以需要试算。,水力学讲义,17,第四章 有压管中的恒定流,四、流量和管长，求管径d和水头H；这是工程中常见的实际问题。通常是从技术和经济两方面综合考虑，确定满足技术要求的经济流速。有了经济流速就可以求出管径，这样求水头H即转化为第二类问题。,水力学讲义,18,第四章 有压管中的恒定流,五、对于一个管道尺寸、水头和流量的管道，要求确定管道各压面的大小,根据能量方程，管路中任意断面处的测压管水头为：,即管路中任意断面i处的测压管水头等于总水头H0减去该断面以前的沿程水头损失与局部水头损失，再减去该断面的流速水头。把各断面的测压管水头连接起来，就得到整个管路的测压管水头线。,水力学讲义,19,水力学讲义,如果您有任何问题，请毫不犹豫地提出,!,In case of you have any question,DO NOT hesitate to ask me!,欢 迎 提 问,20,第四章 有压管中的恒定流,4.3 简单管道水力计算特例虹吸管及水泵,装置的水力计算,一、虹吸管的水力计算,虹吸管是一种压力输水管道，如图顶部弯曲且其高程高于上游供水水面。假设在虹吸管内造成真空，使,水力学讲义,21,第四章 有压管中的恒定流,作用在上游水面的大气压强和虹吸管内压强之间产生压差，水流即能超过虹吸管最高处流向低处。虹吸管顶部的真空理论上不能大于最大真空值，即10米高水柱。实际上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，破坏水流的连续性。故一般不使虹吸管中的真空值大于78米。虹吸管的长度一般不大，故应按短管计算。,水力学讲义,22,第四章 有压管中的恒定流,例：用虹吸管自钻井输水至集水池。图8-5中，虹吸管,长l=lAB+lBC=30+40=70m，d=200mm。钻井至集水池间的恒,定水位高差H=1.60m。又=0.03，管路进口120弯,头90弯头及出口处的局部阻力系数分别为：,1=0.5，2=0.2，3=0.5，4=1.0。,试求:,1流经虹吸管的流量；,2如虹吸管顶部B点的,安装高度hB=4.5m，校核其真,空度。,水力学讲义,23,第四章 有压管中的恒定流,二、水泵装置的水力计算,1、吸水管的水力计算。吸水管的计算在于确定吸水管的管径及水泵的最大允许安装高程。,水力学讲义,24,第四章 有压管中的恒定流,2、压力水管的水力计算。压力水管的计算在于决定必需的管径及水泵的装机容量。,水力学讲义,25,水力学讲义,如果您有任何问题，请毫不犹豫地提出,!,In case of you have any question,DO NOT hesitate to ask me!,欢 迎 提 问,26,第四章 有压管中的恒定流,4.4 串联管道的水力计算,串联管道pipes in series：由直径不同的几,段管段顺次连接而成的管道称为串联管道，如图,水力学讲义,27,第四章 有压管中的恒定流,串联管路的特点：总水头损失等于各管段的水头损失之和，后一管段的流量等于前一管段流量减去前管段末端泄出的流量。,按长管计算：,按短管计算：,水力学讲义,28,第四章 有压管中的恒定流,在各管段的联结点水流应符合连续原理：,无流量分出,或,有流量分出,水力学讲义,29,水力学讲义,如果您有任何问题，请毫不犹豫地提出,!,In case of you have any question,DO NOT hesitate to ask me!,欢 迎 提 问,30,第四章 有压管中的恒定流,4.5 并联管道的水力计算,并联管道pipes in parallel：两条或两条以,上的管道同在一处分出，又在另一处集合，这种组合而,成的管道为并联管道。,并联管道的特点为：,1、各条管路在分叉点和集合点之间的水头损失相等。,2、管路中的总流量等于各并联管路上的流量之和。,水力学讲义,31,第四章 有压管中的恒定流,并联管路一般按长管计算，其计算公式为：,1,、各支管的流量与总流量,间应满足连续方程：,2,、单位重量流体通过所并,联的任何管段时水头损失皆相,等。即：,水力学讲义,Q,=,Q,i,32,第四章 有压管中的恒定流,并联管道水力计算根本类型：,Q总、管段情况di，li，i，求各管段流量分配。,水力学讲义,33,第四章 有压管中的恒定流,例：,如图，用长度为l的三根平行管路由A水池向B水池,引水，管径d,2,=2d,1,，d,3,=3d,1,，管路的粗糙系数n均相等，,局部水头损失不计，试分析三条管路的流量比。,水力学讲义,34,水力学讲义,如果您有任何问题，请毫不犹豫地提出,!,In case of you have any question,DO NOT hesitate to ask me!,欢 迎 提 问,35,第四章 有压管中的恒定流,4.6 分叉管道的水力计算,由一根总管分出几根支管而不再集合的管路称为分叉管路。分叉管路可以看成几根串联管路的组合，通常需要采用试算法求解。,水力学讲义,36,第四章 有压管中的恒定流,4.7 沿程均匀泄流管道的水力计算,前面讨论的管道其流量在每一管段范围内均沿程不变，流量在管段末，这种流量称为,通过流量,。但在实际工程上可能遇到从侧面不断连续泄流的管道。此管道沿程连续不断分泄出的流量称为,沿程泄出流量,，单位是米,3,秒米。一般说来，沿程泄出的流量是不均匀的，流量沿管道的变化是一个以距离为变数的复杂函数。我们只研究一种简单的情况，就是管道各单位长度上的沿程泄出流量相等，这种管道称为,沿程均匀泄流管道,。,水力学讲义,37,谢 谢,水力学讲义,38,