水力学资料

项目建筑物壁面静水荷载分析与计算有压管道水力分析与计算渠道水力分析与计算堰、闸泄流能力计算建筑物下游水流衔接及消能水力计算有压管道水力分析与计算单元1：简单有压管道水力分析计算单元2：虹吸、倒虹吸管水力分析计算单元3：水泵装置水力计算单元4：有压隧洞水力分析计算单元1：简单有压管道水力分析与计算一、有压管道及管流有压管道是指管道的整个横断面均被液体所充满，横断面的周界即是湿周，管内水流没有自由水面，液体的压强一般不等于大气压强，管道的边壁处处受到水流压力的作用。有压管道中的水流属于有压流，一般叫管流。第一节概述二、有压管道分类在有压恒定管流中，根据有压管道中水流的沿程水头损失、局部水头损失及流速水头所占的比重不同，有压管道可分为长管和短管。指管道中水流的沿程水头损失较大，而局部水头损失和流速水头较小，两项之和小于沿程水头损失的5%，局部水头损失和流速水头可以忽略不计的管道。长管：指管道中局部水头损失与流速水头两项之和大于沿程水头损失的5%，则局部水头损失和流速水头不能忽略的管道。短管：单元1：简单有压管道水力分析与计算二、有压管道分类根据管道的布设情况，有压管道又可分为简单管道和复杂管道。简单管道：管径相等、无分支、沿程糙率及流量不变的管道。复杂管道：管径不同或有分叉的管道，主要有串联管道、并联管道、枝状管网和环状管网等，如下图所示。思考：本章解决的水力计算问题？单元1：简单有压管道水力分析与计算第二节简单管道水力计算一、简单短管的水力计算公式1、自由出流ocgHAvAQ2当进口前断面0-0的断面平均流速v0很小时v0≈0，则gHAQc2dLc11μc称为管道自由出流流量系数；H0—作用总水头；H—管道出口断面中心点与上游水位的高差。gvHH22000断面0-0、2-2列能量方程可得：单元1：简单有压管道水力分析与计算2、淹没出流断面0-0、2-2列能量方程可得：02gzAvAQc当进口前断面0-0的断面平均流速v0很小时v0≈0，则gZAvAQc2系数。为管道淹没出流的流量dLc1z0—作用总水头；z—上下游水位的高差。gvz2z2000单元1：简单有压管道水力分析与计算令，则二、简单长管的水力计算公式对于自由出流、淹没出流布设的简单长管进行水力计算时，流速水头和局部水头损失可忽略不计，作用水头fhH当有压输水管道中的水流位于紊流阻力平方区，可采用谢才公式计算沿程水头损失，由谢才公式可得LhRACRJACAvQfRACKLKQhHf22K称为流量模数，它综合反映管道的断面形式、尺寸及边壁粗糙对过水能力的影响。对于自由出流；对淹没出流HHzH当管中流速比较小时(v＜1.2m/s)LKQkhHf22K为修正系数，查表或计算可得。单元1：简单有压管道水力分析与计算三、简单管道水力计算类型(二)已知管线布置、管道断面尺寸、粗糙系数和输水量，(三)已知管线布置、输水量、粗糙系数，确定管道断面尺寸（d）1、已知作用水头：对于长管，可按下式先求出流量模数LHQK（一）已知管线布置、管道断面尺寸、作用水头、粗糙系数，计算管道的输水能力（Q）。见例6确定作用水头（H或z）。见例1管道采用圆管，则可根据求得K值，查表确定所需要的管径。见例3。单元1：简单有压管道水力分析与计算对于短管，无论自由出流或淹没出流，管道的断面面积均表示为：HgQAc2采用试算法求解管道的断面尺寸，见例4。2、作用水头未知：一般要从技术和经济两方面综合考虑，按经济流速或允许流速确定管道的断面尺寸。见例5。(四)已知管线布置、管道尺寸、作用水头和流量，确定沿管道各断面的压强（p/r）。见例6。单元1：简单有压管道水力分析与计算对于管线布置一定的管道，如果能绘制出总水头线和测压管水头线，便可知道沿管道各断面的压强大小及其变化。计算绘制总水头线和测压管水头线的步骤如下：(1)选定基准面，计算出管道进口前断面的总水头。(2)以产生局部水头损失的断面为分界断面将管道分段，计算出各管段沿程水头损失和各个局部水头损失。(3)计算出分界断面的总水头和测压管水头。(4)绘制总水头线和测压管水头线单元1：简单有压管道水力分析与计算00ghHw225111122455433总水头线测压管水头线gi22iZirPiih任一断面i—i的总水头：iiiihHgvpz11222根据总水头线和测压管水头线很容易得出管道各断面的压强水头。如果测压管水头线在断面中心的上方，该断面中心点压强为正值；测压管水头线在断面中心点的下方，该断面中心点的压强为负值。单元1：简单有压管道水力分析与计算定性绘制总水头线和测压管水头线注意问题：（1）先绘总水头线再绘测压管水头线。绘制总水头线一般从上游进口断面开始，向下游绘制，并假设局部水头损失集中在一个断面上。测压管水头线一般从出口断面开始，向上游绘制。（2）对于管径不变的管道，二者为倾斜下降相互平行的直线。测压管水头线低于总水头线一个流速水头值。（3）有局部水头损失断面总水头线画成竖直下降的直线。（4）在绘制水头线时，应注意管道进、出口的边界条件。单元1：简单有压管道水力分析与计算图5-8图5-9绘制水头线时，应注意管道进、出口的边界条件单元1：简单有压管道水力分析与计算[例题1]由水塔引一简单长管向工厂供水，管长L为3500m，直径d为50mm．拟采用正常铸铁管，管道布设如图所示。工厂所需水头Hc为20m，若需保证向工厂供水量Q为0.085m3/s，试确定所需水塔高度H。解1、给水管道按长管计算，计算管道内流速smsmAQv2.188.035.014.341085.023、计算沿程水头损失mLKQkhf47.113500517.1085.0044.122224、确定水塔高度mzzhHHcbfc47.11)110130(47.1120)(2、由流速查表内插得修正系数k是1.044；由管径查表得新铸铁管K=1.517m3/s。单元1：简单有压管道水力分析与计算解1、按正常管道考虑取n=0.0125，先求流量模数K[例题3]由一条长为3300m的新铸铁管向某水文站供水，作用水头H为20m，需通过流量Q为0.032m3/s，试确定所需管径d。sLHQK/1.41120330032l2、根据K=411.1L/s查表取标准管径d=225mm3、计算管内流速，确定修正系数k，1.2m/sm/s805.0225.014.3032.044v22dQAQ1.059k查表取修正系数4、由修正系数求流量模数K，确定管径dsLHQK/00.423203300059.132lk由流量模数查表得d=225mm单元1：简单有压管道水力分析与计算单元虹吸管水力分析计算一、虹吸管的水力计算虹吸管是一种跨越河堤、土坝或高地，向低处输水的简单管道，一般属于短管，其布置如下图所示。虹吸管的工作原理是：先将管内空气排出，使管内形成一定的真空值，在管内外形成压强差，水流由压强大的地方流向压强小的地方。为了保证虹吸管能正常工作，虹吸管内的真空值不能太大，一般限制在7～8m水柱高以下。虹吸管顶部管轴线到上游水面的距离为虹吸管的安装高度(hs)。虹吸管的水力计算主要有以下两项：(1)计算虹吸管的泄流量。(2)已知允许真空值确定虹吸管的允许安装高度或已知安装高度校核允许真空值。【例4】有一渠道用直径d=１.0m的混凝土虹吸管来跨过山丘，如图所示。渠道上、下游水位差z=1m，虹吸管长度L1=8m，L2=12m，L3=15m，中间有两个60°弯头，每个弯头的局部水头损失系数为0.365，若已知进口局部水头损失系数为0.5，下游水池流速忽略不计，试确定：①虹吸管泄流量；②当虹吸管中的最大允许真空值为7m时，问虹吸管的允许安装高度是多少?解(1)虹吸管的泄流量计算由淹没出流公式计算流量。虹吸管的作用水头z=1m，混凝土管n=0.014，采用曼宁公式计算谢才系数smRnC2161617.5641014.011024.07.568.98822Cg虹吸管的泄流量为smgzAQc32985.118.924114.3571.02第三节工程中管流水力计算571.0365.025.0135024.0112)(1111321弯进dLLLdLc单元2：虹吸、倒虹吸管水力分析计算(2)虹吸管允许安装高度hs计算本题虹吸管中最大真空发生在第二个弯头前，即2-2断面。以上游渠道自由水面为基准面，对上游断面1-1及断面2-2列能量方程。jfshhgvhgv2)7(200222211smAQvv53.214.3985.11422mgvdLLhs24.68.9253.2)365.05.0120024.01(72)(1722221弯进故虹吸管的允许安装高度为6.24m。单元2：虹吸、倒虹吸管水力分析计算[例题5]某渠道与河道相交，用钢筋混凝土倒虹吸管穿过河道，如下图所示。已知通过的流量Q=3m3/s，管长L=50m，倒虹吸管上下游水位差z=3m，沿程水头损失系数λ=0.025，折角30°处局部水头损失系数均为0.20，进口局部水头损失系数为0.5，出口局部水头损失系数为0.8，上下游渠道中的流速相等，若采用圆管，试确定倒虹吸管管径。解：以下游渠道中的水面为基准面对进口前1-1断面和出口后2-2断面列能量方程gzAAvQc2则用试算法求管径d222636.09.0414.340.9mdmdA，令569.08.02.025.09.050025.011dLcsmgzAQc377.238.92636.0569.02smgzAQc377.238.92636.0569.02单元2：虹吸、倒虹吸管水力分析计算与已知流量不符，重新试算设d=0.93m，按上述步骤可求得Q=2.98m3/s。实际可取管径d=0.95m。单元2：虹吸、倒虹吸管水力分析计算二、水泵装置的水力计算抽水系统由吸水管、压水管、水泵及其配套的动力机械和一些管道附件组成。水泵装置的水力计算主要有：(1)确定水泵的允许安装高度。(2)确定水泵的扬程及动力机械功率。(一)水泵的允许安装高度水泵的允许安装高度与水泵的最大允许真空值及吸水管的水头损失有关。其计算方法与虹吸管允许安装高度的计算方法相同。(二)水泵的扬程水泵向单位重量液体所提供的能量即水泵的扬程。单元3：水泵装置水力分析计算水管水头损失为，水泵的扬程为H，则设水泵的提水高度为，吸水管水头损失为，压z吸h压h压吸hhzH(三)水泵的动力机械功率p水流经过水泵获得了能量，即水泵对水流做了一定的ppQHN注意式中每项意义及单位功，而水泵是在动力机械的带动下转动的，动力机械的功率可由下式计算单元3：水泵装置水力分析计算二、水泵装置的水力计算【例6】水泵装置系统如图5-11所示。水泵流量Q=25m3/h，吸水管长度解(1)确定水泵的允许安装高度。选取吸水管允许流速，则smv0.2允mvQd066.036000.214.32544允吸mmd75吸选票准管径smdQv57.13600075.0414.325422吸吸jfshhgvh2)6(000222gvdLhs2622吸吸吸mhs35.48.9257.16.05.8075.05045.0162故水泵最大安装高度为4.35m为5m，压水管长度为20m。60°弯头的局部水头损失系数为０.6，沿程水(2)水泵的扬程；(3)带动水泵的动力机械功率。6m，水泵和动力机械总效率为70%。试确定：(1)水泵的允许安装高度；