1、主要內(nèi)容主要內(nèi)容有壓管的定義及其分類有壓管的定義及其分類簡單管道水力計算的根本公式簡單管道水力計算的根本公式簡單管道水力計算的根本類型簡單管道水力計算的根本類型串聯(lián)管道的水力計算串聯(lián)管道的水力計算并聯(lián)管道的水力計算并聯(lián)管道的水力計算分叉管道的水力計算分叉管道的水力計算4.1 有壓管的定義及其分類有壓管的定義及其分類 管道的整個橫斷面都充溢了液體，管內(nèi)不存在自在外表，管道周界上的各點均遭到液體壓強的作用，這種管就叫有壓管。壓力鋼管壓力鋼管有壓管的工程實例有壓管的工程實例引水隧洞引水隧洞虹吸管虹吸管輸水管道輸水管道有壓管的工程實例：有壓管的工程實例：水電站的壓力鋼管水電站的壓力鋼管有壓引水隧洞有壓

2、引水隧洞 / 管道管道水庫的有壓泄洪隧洞水庫的有壓泄洪隧洞 / 管道管道供水管網(wǎng)供水管網(wǎng) / 輸水管道輸水管道保送流體管道石油、天然氣、煤氣、保送流體管道石油、天然氣、煤氣、 供熱、通風供熱、通風按按2 2類水頭損失所占比例分類類水頭損失所占比例分類內(nèi)容之一：計算水頭損失內(nèi)容之一：計算水頭損失jfwhhh 長管長管短管短管根據(jù)所占比重不同分為根據(jù)所占比重不同分為部分水頭損部分水頭損失失沿程水頭損沿程水頭損失失長長 管管 以沿程水頭損失為主以沿程水頭損失為主, , 部分水頭損失和速度水頭在部分水頭損失和速度水頭在總水頭損失中所占的比重很小總水頭損失中所占的比重很小5% hf A v2 0Z0有效

3、作用水頭有效作用水頭基準面不變基準面不變淹沒淹沒出流出流( (續(xù)續(xù)) )gvdlhhhZjfw2)(2210 00221zgzgdlvc 02zgAvAQc 管系流管系流量系數(shù)量系數(shù)2cQAgzv0 0淹沒出流淹沒出流( (續(xù)續(xù)) )210 whz闡明闡明:在淹沒出流情況下，包括行近流在淹沒出流情況下，包括行近流速水頭的有效作用水頭全部耗速水頭的有效作用水頭全部耗費于沿程和部分損失中費于沿程和部分損失中兩種出流比較兩種出流比較 自在出流：自在出流： 淹沒出流：淹沒出流：問題：問題： 1 1作用水頭作用水頭HH出口中心至上游水面的出口中心至上游水面的高差高差 2 2管系流量系數(shù)管系流量系數(shù) dl

4、c111作用水頭作用水頭Z上下游水位差上下游水位差2管系流量系數(shù)管系流量系數(shù) dlc1c (自在自在)= c (淹沒淹沒)？ 自在出流自在出流 淹沒出流淹沒出流 gvdlH2)(220 gvdlz2)(20 多一項多一項gv2222 隱含一項進口部分水頭隱含一項進口部分水頭損失損失知知22,12jvhAg 進口為水池本質(zhì)上二者管系流量系數(shù)是相等的本質(zhì)上二者管系流量系數(shù)是相等的 兩種出流比較兩種出流比較(續(xù)續(xù)) 以上的討論中以上的討論中 引言：引言：jfwhhh 按短管計算按短管計算現(xiàn)思索長管的情況現(xiàn)思索長管的情況 0222gvhj gvdlhhfw22 長管水力計算長管水力計算短管短管:長管長

5、管:gvdlH2)(22 0222gvhj gvdlhHf22 長管水力計算長管水力計算( (續(xù)續(xù)) )工程中有壓管道的水流工程中有壓管道的水流 阻力平方區(qū)阻力平方區(qū) 由謝才公式由謝才公式 RJCv JRACRJACvAQ RACK 流量模數(shù)流量模數(shù) K KJKQ 其中：其中：K量綱量綱 ？m3/s 與與Q 一樣一樣, J 無量綱無量綱P171 Table 4-1流量：流量：長管水力計算長管水力計算( (續(xù)續(xù)) )lhKJKQf lKQhHf22 問題：問題： 長管是以管道的絕對長度來定義的長管是以管道的絕對長度來定義的 ？流量：流量：水頭：水頭：225%2jfvhhg 長管水力計算長管水力計

6、算( (續(xù)續(xù)) )2) 當知管道尺寸和輸水才干時，計算水頭損失；即要求當知管道尺寸和輸水才干時，計算水頭損失；即要求確定經(jīng)過一定流量時所必需的水頭。確定經(jīng)過一定流量時所必需的水頭。3) 管線布置已定，當要求保送一定流量時，確定所需的管線布置已定，當要求保送一定流量時，確定所需的斷面尺寸。斷面尺寸。1) 當管道布置、斷面尺寸及作用水頭知時，要求確定管當管道布置、斷面尺寸及作用水頭知時，要求確定管道經(jīng)過的流量。道經(jīng)過的流量。4) 對一個知管道尺寸、水頭和流量的管道，要求確定管對一個知管道尺寸、水頭和流量的管道，要求確定管道各斷面壓強的大小。道各斷面壓強的大小。4.3 簡單管道水力計算的根本類型簡單

7、管道水力計算的根本類型 輸水才干計算輸水才干計算 1輸水才干計算輸水才干計算知：知：l 管道布置管道布置 d 管徑管徑 H 作用水頭作用水頭求：求：Q = ?解：短管：解：短管： 長管：長管：02gHQc 自在出流自在出流淹沒出流淹沒出流02gZQc JKQ 知：知：l 管道布置，管道布置，d 管徑管徑 Q 輸水才干輸水才干( 以需定供以需定供 )求：求： H = ? 供水，求水塔高度供水，求水塔高度解：解： 計算水頭損失計算水頭損失 ？思索自在水頭？思索自在水頭810m 長管長管 ： 短管：短管：2222fl vQHhldgKgvdlH2)(22 樓頂高樓頂高, ,任務任務和消防壓力和消防壓

8、力確定所需的水頭確定所需的水頭設計管道斷面尺寸設計管道斷面尺寸( (圓管圓管D)D)知：知：l 管道布置，管道布置， Q 保送流量保送流量 求：求： 設計管道直徑設計管道直徑 D = ?解：解： I：假設知總水頭：假設知總水頭 H D 是獨一的是獨一的 純純 水力學水力學 問題問題 II: 設計管徑設計管徑D 及相應水頭及相應水頭H 需經(jīng)濟技術比較需經(jīng)濟技術比較 how ? 知：知：l 管道布置，管道布置， Q 保送流量保送流量 求：求： 設計管道直徑設計管道直徑 D = ? 解解 I ：假設知總水頭：假設知總水頭H fhHQKJKKll1618,gKACRCRn QKHL 長管長管計算知：知

9、：l 管道布置，管道布置， Q 保送流量保送流量 求：求： 設計管道直徑設計管道直徑 D = ? 解解 I ：假設知總水頭：假設知總水頭 H 短管短管 42cQDgH dlc11需試算需試算 ！短管計算224ccDQAgHgH 2設計管徑設計管徑D D 及相應水頭及相應水頭H H 經(jīng)濟技術比較經(jīng)濟技術比較技術要求技術要求經(jīng)濟效益經(jīng)濟效益 vdvd水擊水擊破壞破壞淤積淤積$,$,wwdvhHenergydvhHenergy ，目的函數(shù)目的函數(shù) = 管道投資管道投資 + 運轉(zhuǎn)費用運轉(zhuǎn)費用 min經(jīng)濟流速經(jīng)濟流速 經(jīng)濟管徑經(jīng)濟管徑 確定所需水頭確定所需水頭常見管道系統(tǒng)經(jīng)濟流速常見管道系統(tǒng)經(jīng)濟流速確定

10、管道各斷面的壓強分布確定管道各斷面的壓強分布本質(zhì)上是畫測壓管水頭線本質(zhì)上是畫測壓管水頭線 求各斷面壓強水頭求各斷面壓強水頭 由能量方程由能量方程:任一斷面壓強任一斷面壓強iwiiiihgvZHp 0202 管徑不變，且只需管徑不變，且只需 hf 的管段的管段 直線銜接直線銜接測壓管水頭線在管軸線上方測壓管水頭線在管軸線上方 壓強為壓強為 +測壓管水頭線在管軸線下方測壓管水頭線在管軸線下方 壓強壓強 為為 - 空蝕空蝕1 1虹吸管的水力計算虹吸管的水力計算問題的提出：工程上輸水管道跨越河堤、土壩等問題的提出：工程上輸水管道跨越河堤、土壩等虹吸管：虹吸管： 是一種壓力輸水管道，是一種壓力輸水管道，

11、頂部彎曲，且高于上游頂部彎曲，且高于上游水源液面，樣子象彩虹。水源液面，樣子象彩虹。4.4 簡單管道水力計算特例簡單管道水力計算特例 虹吸管、水泵安裝虹吸管、水泵安裝虹吸管的任務原理虹吸管的任務原理 先將管道內(nèi)空氣排出先將管道內(nèi)空氣排出 ，使管內(nèi)構成一定的真空，使管內(nèi)構成一定的真空 ，使上游水面的大氣壓強和虹吸管內(nèi)的壓強構成壓差，那使上游水面的大氣壓強和虹吸管內(nèi)的壓強構成壓差，那么水流即能經(jīng)過虹吸管的最高處到達下游低處。么水流即能經(jīng)過虹吸管的最高處到達下游低處。排氣排氣 真空真空 壓差壓差 流動流動 真空壓強真空壓強 pv pa pvp 汽化壓強汽化壓強普通地：常溫，一個工程大氣壓普通地：常溫

12、，一個工程大氣壓10m水柱水柱 允許最大真空度允許最大真空度78m 水柱水柱虹吸管測壓管水頭線優(yōu)點優(yōu)點 : 跨越高地，減少或防止開挖跨越高地，減少或防止開挖gzAQc2 堤內(nèi)外水位差為堤內(nèi)外水位差為Z, Z, 管徑為管徑為d, d, 糙率為糙率為n,n,每個彎管的每個彎管的Example 部分水頭損失系數(shù)相等部分水頭損失系數(shù)相等2= 3= 5,2= 3= 5,閥門部分水頭損失系數(shù)閥門部分水頭損失系數(shù) 4, 4,入口網(wǎng)罩的部分入口網(wǎng)罩的部分損失系數(shù)損失系數(shù)1,1,管線上游長管線上游長AB,AB,下游長下游長BCBC段段, ,沿程阻力系數(shù)沿程阻力系數(shù),虹吸管頂?shù)陌惭b高度為虹吸管頂?shù)陌惭b高度為hS

13、, hS , 試確定吸管的輸水才干并校核管頂斷面的安裝高度試確定吸管的輸水才干并校核管頂斷面的安裝高度hs hs 。gzAQc2 Example解：解：1 1確定輸水才干確定輸水才干 dlc161?i2 12222200 wahgv pZp gzAQc2 Example解：解：2校核管頂斷面的安裝高度校核管頂斷面的安裝高度 hs 即即 求管頂斷面的真空度求管頂斷面的真空度 hv 列列1-1 和和 2-2 斷面的能量方程斷面的能量方程2221 22avswppvhhhg Q / Ahs2122222000 whgvpZ 或或pm 20?倒虹吸當輸水管道需求橫過公路、河渠時當輸水管道需求橫過公路、

14、河渠時 ？計算類似，能否需計算安裝高度和最大真空度計算類似，能否需計算安裝高度和最大真空度 ？否！否！水泵安裝組成：組成：原理：原理：吸水管吸水管 + + 離心泵離心泵 + + 壓力水管壓力水管啟動前，先使吸水管和泵殼內(nèi)充溢水，啟動前，先使吸水管和泵殼內(nèi)充溢水，水泵葉輪轉(zhuǎn)動時，在泵的進口端構成真空，水泵葉輪轉(zhuǎn)動時，在泵的進口端構成真空，水流在池液面和水泵進口之間的壓差作用下，水流在池液面和水泵進口之間的壓差作用下，沿吸水管上升流入水泵內(nèi)，沿吸水管上升流入水泵內(nèi)，流經(jīng)水泵時，從水泵獲得新的能量，再經(jīng)壓流經(jīng)水泵時，從水泵獲得新的能量，再經(jīng)壓力水管流入用戶或水塔。力水管流入用戶或水塔。Fig. Pi

15、peline with pump 水泵安裝的水力計算1離心泵安裝高度離心泵安裝高度 Zs ：同虹吸管類似，受泵內(nèi)最大真空度限制防止空蝕同虹吸管類似，受泵內(nèi)最大真空度限制防止空蝕常溫常壓下，允許最大真空度常溫常壓下，允許最大真空度 67m列列1-1 和和 2-2能量方程能量方程2離心泵揚程總水頭離心泵揚程總水頭Ht ：列列1-1 和和 4-4 有能量輸入的能量方程有能量輸入的能量方程0 + 0 + 0 + Ht = Z + 0 + 0 + hw1-4 Ht = Z + hw1-4 水泵管系測壓管水頭線Hz12346l2d2l1d1H5gzAQc2 圖示水泵給水系統(tǒng)，輸水流量圖示水泵給水系統(tǒng)，輸水

16、流量Q=100L/sQ=100L/s，水塔距與水池液面，水塔距與水池液面高差高差H=20mH=20m，吸水管長度，吸水管長度l1=200ml1=200m，管徑，管徑d1=250mmd1=250mm，壓力管長度，壓力管長度l2=600ml2=600m，管徑，管徑d2=200mmd2=200mm。水泵真空度為。水泵真空度為7.5m,7.5m,吸水管與壓力管沿吸水管與壓力管沿程阻力系數(shù)分別為程阻力系數(shù)分別為1=0.0251=0.025，2=0.022=0.02，各部分阻力系數(shù)分別，各部分阻力系數(shù)分別為為 。試求：水泵揚程與安裝高度。試求：水泵揚程與安裝高度12 . 02 . 01 . 15 . 05

17、 . 2654321，gggdlgdlHHt2)(2)(220000022654321212222221111例題 gzAQc2 解題步驟smsmQdd/5.2/6.11.02.025.01.0414.3414.3212212222121ggHggggHzz25 . 62223202) 12 . 02 . 01 . 1 (2) 5 . 05 . 2 (22 . 060002. 0225. 0200025. 0202221222122211. 延續(xù)性方程：延續(xù)性方程：2. 列列1-2斷面能量方程：斷面能量方程：根據(jù)總流延續(xù)性方程根據(jù)總流延續(xù)性方程可求得可求得1、2斷面的平斷面的平均流速。有：均流

18、速。有： 以以1-1斷面為基準面，斷面為基準面，1斷面水體本身的總機械能為零，斷面水體本身的總機械能為零，水體依托水泵添加能量。其獲得的能量全部用于抑制吸水管、水體依托水泵添加能量。其獲得的能量全部用于抑制吸水管、壓力管的沿程水頭損失和部分水頭損失，并添加水體的勢能。壓力管的沿程水頭損失和部分水頭損失，并添加水體的勢能。此題按有能量添加時的能量方程思索。有：此題按有能量添加時的能量方程思索。有：gzAQc2 m93.42zHHzH123456221133l2d2l1d1 解得：解得： gggdlhHvs22)(2000212121211113. 列列1-3斷面能量方程：斷面能量方程：gzAQc

19、2 mHgHss365.42)15.05.225.0200025.0(5.721 1-3 1-3斷面間無能量的添加，但斷面間無能量的添加，但3 3斷面為負壓，此負壓由水斷面為負壓，此負壓由水泵的允許真空度決議。由此可求水泵的安裝高度。泵的允許真空度決議。由此可求水泵的安裝高度。引言：引言： 工程中常見的管道系統(tǒng)是由假設干個簡工程中常見的管道系統(tǒng)是由假設干個簡單管段組合而成的復雜管道系統(tǒng)單管段組合而成的復雜管道系統(tǒng)1水電站壓力鋼管，末段分叉至幾臺水輪機組水電站壓力鋼管，末段分叉至幾臺水輪機組2給水管的管網(wǎng)，干管的流量隨經(jīng)過不同分支給水管的管網(wǎng)，干管的流量隨經(jīng)過不同分支點而遞減，所以直徑也變小。點

20、而遞減，所以直徑也變小。3供熱管網(wǎng)供熱管網(wǎng)4噴滴灌灌區(qū)管網(wǎng)噴滴灌灌區(qū)管網(wǎng) 如：如：4.5 復雜管道的水力計算復雜管道的水力計算水力計算關鍵水力計算關鍵:找出各個管道之間的關系式找出各個管道之間的關系式復雜管道水力計算：復雜管道水力計算： 普通按長管計算普通按長管計算 H = hf串聯(lián)管道 由直徑不同的幾段管道依次銜接而成的管道稱為由直徑不同的幾段管道依次銜接而成的管道稱為串聯(lián)管道。串聯(lián)管道。 流量：流量： 1沿程不變沿程不變電路串聯(lián)電路串聯(lián) Q1 = Q2 = Q3 = = Qi2沿程每隔一段有節(jié)點供水流量沿程每隔一段有節(jié)點供水流量qi 分出，分出，即流量沿程遞減。如圖即流量沿程遞減。如圖 由

21、延續(xù)原理由延續(xù)原理 Qi = Qi+1 + qi Fig. Pipes in Series Q,d 不同不同 v 不同不同 hf i 不同不同 測壓管水頭線，斜率不同，延續(xù)測壓管水頭線，斜率不同，延續(xù) ? 總水頭線總水頭線 ？iiiiflKQh22 與測壓管水頭線重合長管與測壓管水頭線重合長管串聯(lián)管道的水力計算ininiiii flKQhH 112222fijiVHhhgKi第第i 段的流量模數(shù)段的流量模數(shù) 長管長管22fijiVHhhg短管短管串聯(lián)管道的水力計算22212iiiiiilAAVHd AAg 222222iiiiiil VVVHdggg2QAgH 節(jié)點處滿足延續(xù)原理節(jié)點處滿足延續(xù)原