第五章有压管流水力计算

第五章有压管流水力计算内容回顾：水头损失及分类；沿程水头损失和局部水头损失水流流态：层流和紊流、雷诺数沿程水头损失计算：谢才公式局部水头损失计算：lRCvhf22gvgvAAhj22)1(221212短管、长管的概念；淹没出流、自由出流的概念。短管的水力计算；长管的水力计算；复杂管路得水力计算。第五章有压管流水力计算本章内容：第一节概述有压管道：管道周界上的各点均受到液体压强的作用。有压管中的恒定流：有压管中液体的运动要素不随时间而变管道根据其布置情况可分为：简单管道与复杂管道。复杂管道又可分为：串联管道、并联管道、分叉管道、均匀泄流管道。根据hf与hj两种水头损失在损失中所占比重的大小，将管道分为长管及短管两类。第五章有压管流水力计算对恒定流，有压管道的水力计算主要有下列几种。一、输水能力计算已知管道布置、断面尺寸及作用水头时，要求确定管道通过的流量。计算如上节例题。二、当已知管道尺寸和输水能力时，计算水头损失；即要求确定通过一定流量时所必须的水头。三、管道直径的确定第五章有压管流水力计算第一节概述简单管道水力计算的基本类型先分析沿管道总流测压管水头的变化情况，再计算并绘制测压管水头线。因为流量和管径均已知各断面的平均流速即可求出，入口到任一断面的全部水头损失也可算出。该点压强为由此可绘出总水头线和测压管水头线。管内压强可为正值也可为负值。当管内存在有较大负压时，可能产生空化现象。wiiiiihgvzHp221四、对一个已知管道尺寸、水头和流量的管道，要求确定管道各断面压强的大小。第五章有压管流水力计算第一节概述简单管道：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。一、自由出流对1-1断面和2-2断面建立能量方程令且因212222201whgvgvH02012HgvHjfwhhh21第二节简单短管的水力计算第五章有压管流水力计算故上式表明，管道的总水头将全部消耗于管道的水头损失和保持出口的动能。因为沿程损失局部水头损失有jfhhgvH2220gvdlhf22gvhj22gvdlH2)(220第二节简单短管的水力计算第五章有压管流水力计算取则管中流速通过管道流量式中称为管道系统的流量系数。当忽略行近流速时，流量计算公式变为120211gHdlv0211gHAdlQ02gHAcgvdlH2)1(20dlc11gHAQc2第二节简单短管的水力计算第五章有压管流水力计算管道出口淹没在水下称为淹没出流。取符合渐变流条件的断面1-1和2-2列能量方程因则有在淹没出流情况下，包括行进流速的上下游水位差z0完全消耗于沿程损失及局部损失。2122222201whgvgvz02v2121102whgvzz第五章有压管流水力计算二、淹没出流第二节简单短管的水力计算因为整理后可得管内平均流速通过管道的流量为式中，称为管道系统的流量系数。当忽略掉行近流速时，流量计算公式为021gzdlv02gzAvAQcgvdlhhhjfw2)(221dlc1gzAQc2第二节简单短管的水力计算第五章有压管流水力计算三、管径的确定管线布置已定，当要求输送一定流量时，确定所需的断面尺寸（圆形管道即确定管道直径）1．管道的输水能力、管长l及管道的总水头H均已确定。管道直径，流量系数与管径有关，需用试算法确定。gHQdc24cdlc1第五章有压管流水力计算第二节简单短管的水力计算2．管道的输水量Q，管长l已知，要求选定所需的管径及相应的水头。从技术和经济条件综合考虑。(1)管道使用要求：管中流速大产生水击，流速小泥沙淤积。(2)管道经济效益：管径小，造价低，但流速大，水头损失也大，抽水耗费也增加。反之管径大，流速小，水头损失减少，运转费用少，但管道造价高。当根据技术要求确定流速后管道直径即可由右式计算：vQd4第二节简单短管的水力计算第五章有压管流水力计算四、绘制总水头线和侧压管水头线（一）、绘制总水头和测压管水头线的具体步骤（二）、绘制总水头线和测压管水头线应注意的问题1.沿程水头损失沿管均匀分布，局部水头损失发生在局部边界突变的概化断面上。2.在等直径的管段中，测压管水头线与总水头线平行。3.进口的边界条件4.出口的边界条件5.测压管水头线可以上升或下降，但总水头线总是下降。第二节简单短管的水力计算第五章有压管流水力计算（三）负压段的判断1.根据流量计算速度和沿程水头损失以及局部水头损失2.计算每段管端的总水头值，绘总水头线3.总水头减去速度水头即为侧压管水头第五章有压管流水力计算第二节简单短管的水力计算一、虹吸管的水力计算虹吸管是一种压力输水管道，其顶部高程高于上游供水水面。第三节短管应用举例第五章有压管流水力计算特点：顶部真空高度理论上不能大于10m，一般其真空高度值限制在(6~8m)；虹吸管长度一般不大，应按短管计算。虹吸管的水力计算包括：已知上下游水位差，管径，确定输水流量；由公式进行计算。由虹吸管的允许真空度，确定管顶最大安装高度；或者已知安装高度，校核最大真空。列能量方程：得到gzAQc2gvdlgavpzgvabeBBs2)(220022201gvdlzpbeBsB2)1(2第五章有压管流水力计算第三节短管应用举例二、泵装置的水力计算水力计算包括吸水管及压力水管的计算，主要任务有：管径的计算，水泵安装高度，水泵的扬程和功率的计算。第三节短管应用举例第五章有压管流水力计算1．管道的直径和安装高度主要任务是确定吸水管和压力管的管径及水泵的最大允许安装高程。吸水管管径一般是根据允许流速计算。通常吸水管的允许流速为为1.2～2m/s。流速确定后管径为水泵的最大允许安装高程zs决定于水泵的最大允许真空值hv和吸水管的水头损失。vQd4gvlhzvs2)(222第五章有压管流水力计算第三节短管应用举例2．水泵的扬程和功率水流经过水泵时，从水泵的动力装置获得了外加的机械能。因而动力机械的功率为为水泵向单位重量液体所提供的机械能，成为水泵的总水头或扬程。上式表明水泵向单位重量液体所提供的机械能一方面是用来将水流提高一个几何高度，另一方面是用来克服水头损失PtQHN4321wwthhzHtwHhz41第三节短管应用举例第五章有压管流水力计算二、倒虹吸管的水力计算在渠道与其他渠道或公路、河道相交叉时，常常在公路或河道的下面设置一段管道，这段管道就是倒虹吸管。倒虹吸管的水力计算主要任务有：过流能力计算，上下游水位差的计算，管径的计算。第三节短管应用举例第五章有压管流水力计算（1）过流能力的计算：（2）上下游水位差的计算：gzAQc2gAQzc2222第五章有压管流水力计算第三节短管应用举例（3）管道直径的计算因所以而gzdgzAQcc2422gzQdc24dlc1因为沿程阻力系数λ或谢才系数C都是d的复杂函数，因此需用试算法或迭代法。第三节短管应用举例第五章有压管流水力计算第四节长管的水力计算如果作用水头的95%以上用于沿程水头损失，我们就可以略去局部损失及出口速度水头，认为全部作用水头消耗在沿程，这样的管道流动称为水力长管。否则为水力短管。lhKJKRJACvAQfHhQKlf22长管:作用水头全部消耗于沿程损失一、简单长管的水力计算第五章有压管流水力计算第四节长管的水力计算第四节长管的水力计算lKQkhHf22),(dnfRACK流量模数1/2.11/2.12.0ksmvvksmv时，当时（过渡区），当第五章有压管流水力计算第四节长管的水力计算1、管线布置、作用水头、管道材料已定，当要求输送一定流量时，确定所需的管径；参见P139例5-7二、简单长管水力计算类型，再确定标准管径求出K第五章有压管流水力计算第四节长管的水力计算3、已知管道尺寸、材料、管线布置和输水能力，计算作用水头（确定水塔高度）。参见P139例5-62、已知作用水头、尺寸、材料及管线布置，计算输水能力；6-5139,例参见PlHKQ第四节长管的水力计算第五章有压管流水力计算第五节复杂管路水力计算二.复杂管道的水力计算串联管道。n段串联管道，各段损失分别计算然后叠加，认为作用水头全部用于沿程损失，可得一个方程。HhQKlfiiiiinin2211各段流量间的关系由连续原理确定，又可得n-1个方程)3,2(1iqQQiii第五章有压管流水力计算第五节复杂管路水力计算第五节复杂管路水力计算并联管道n段并联管道的水头损失是相同的，给出n-1个方程hQKlfiiii22constQKhlQiifiiinin11流量之和为总流量，又可得一个方程(i=1,…,n)第五章有压管流水力计算第五节复杂管路水力计算第五节复杂管路水力计算沿程均匀泄流管lkQhrf22）为贯通流量（转输流量折算流量tutrQQQQ55.0qlQu途泄流量第五章有压管流水力计算第五节复杂管路水力计算若沿程均匀泄流管道只有途泄流量，而贯通流量为零，则lkQhuf2231管道水头损失相当于途泄流量集中在管道末端泄出时水头损失的1/3第五章有压管流水力计算第五节复杂管路水力计算第五节复杂管路水力计算枝状管网应按最不利点设计干管，在干管各段的流量分配给定，管径由经济流速确定的情况下，可以决定所需作用水头。此后的支管设计就成为已知水头和流量求管径的问题。参考P150例5-12zhKlQzhheeiiieefiH22第五章有压管流水力计算