水力学-第四章 水流阻力

1、水力学 第四章 水流阻力 齐洪亮 主要内容 p水流阻力与水头损失的分类 p液体流动的两种形态及判别 p均匀流的基本方程 p层流均匀流 p紊流均匀流 p紊流均匀流的计算公式及其沿程阻力系数 p局部水头损失 p短管的水力计算 2021-6-25长安大学2 4.1 水流阻力与水头损失的分类 2021-6-25长安大学3 问题：理想液体和实际液体的区别？ 粘滞性摩擦阻力能量损失水头损失 单位重量的液体自 一断面流至另一断 面所损失的机械能。 粘滞性及固壁 边界条件变化 产生漩涡引起 局部阻力 （急变流段） 局部水 头损失hj 粘滞性及水和固 壁相互作用引起 沿程阻力 （渐变流段） 沿程水头损失hf 与

2、流程成正比 均匀流： 12 1 212 ()() f pp hzz 1 21 21 2wfj hhh 两者不相互干扰时 Hf=JL 4.1 水流阻力与水头损失的分类 2021-6-25长安大学4 hf 1hf 2 hf 3 hf 4 进口进口突然放大突然放大突然缩小突然缩小 弯管弯管 闸门闸门 jfw hhh 4.2 流体运动的两种形态及判别 2021-6-25长安大学5 水流阻力和水头损失的形成原因，除了与边界条件有关外，还与液体 内部微观运动结构有关。 1883年提出：按照液体微观运动结构可以将液体 的流态层流和紊流，提出以雷诺数判别流态。 雷诺：O.Osborne Reynolds (1

3、8421912)， 英国力学家、 物理学家和工程师，杰出实验科学家。 1867年-剑桥大学王后学院毕业 1868年-曼彻斯特欧文学院工程学教授 1877年-皇家学会会员 1888年-获皇家勋章 1905年-因健康原因退休 4.2 流体运动的两种形态及判别 2021-6-25长安大学6 雷 诺 实 验 打开下游阀门，打开下游阀门， 保持水箱水位保持水箱水位 稳定，测出流稳定，测出流 量量Q Q，求出速，求出速 度度v v。 再打开颜色水再打开颜色水 开关，则红色开关，则红色 水流入管道，水流入管道， 观测红色水流观测红色水流 形态。形态。 量测两测压管量测两测压管 中的高差中的高差h hf f

4、。 （重复第一、（重复第一、 三步若干次）三步若干次） 建立水头损失建立水头损失 h hf f 和管中流速和管中流速 v v的试验关系。的试验关系。 Q 小 大 层流 紊流 过渡流 4.2 流体运动的两种形态及判别 2021-6-25长安大学7 雷诺实验结果分析 层流层流 C D A B E 紊流紊流 vC Q 由 小 变 大 Q 由 大 变 小 4.2 流体运动的两种形态及判别 2021-6-25长安大学8 雷诺实验结果分析 层流 过渡 紊流 B D A C E vC vC 60.363.4 45 下临界流速上临界流速 lglglg tan f m f hkmv hkvm ， 45 ,1m

5、则 = 60.3 63.4 1.75 2.0m 则 = 层流 紊流 问题：能否用 流速作为判断 流态的标准？ 4.2 流体运动的两种形态及判别 2021-6-25长安大学9 对同一种液体、在同一组实验中，可以用下临界流速作为液体流态判 别的标准。当管径和液体种类发生变化时，下临界流速将发生变化。 引入雷诺数：无因次数，反映液体流动的惯性力和粘滞力的对比关系。 322 v m alvl t 惯性力 2 duv Alv l dyl 粘性力 Re vl Re vd 2000Re cr Re2000 层流 Re2000 紊流 4.2 流体运动的两种形态及判别 2021-6-25长安大学10 当液流边界

6、横向轮廓的形状为非圆形时，如矩形、梯形等，仍可以用 雷诺数作为判断流态的指标，但长度特征参数将发生变化，为水力半径R。 A R A:过水断面面积 x:过水断面的湿周，过水断面 与固体边界接触的周界线。 4 4 2 d d d A R 对满流圆管 Re500 层流 Re500 紊流 b h 对浅宽明渠（b远大于h） h b h h bh bhA R 12 2 4.2 流体运动的两种形态及判别 2021-6-25长安大学11 例：某段自来水管，d=100mm，v=1.0m/s。水温10，（1）试判断管中 水流流态？（2）若要保持层流，最大流速是多少？ 解:（1）水温为10时，水的运动粘度，由下式计

7、算得： 则： 即：圆管中水流处在紊流状态。 （2） 要保持层流，最大流速是0.026m/s。 Re vd 2 2 0.01775 0.0131/ 10.03370.000221 cms tt 100 10 Re76336Re2000 0.0131 c vdcm 4 Re2000 0.0131 10 Re0.026/ 0.1 cc cc v d vm s d 4.3 均匀流基本方程 2021-6-25长安大学12 均匀流沿程水头损失与切应力关系的方程 1.液体均匀流动的沿程水头损失 伯诺里方程式： f h g Vp z g Vp z 22 2 222 2 2 111 1 在均匀流时： 21 VV

8、 则： g V g V 22 2 22 2 11 )()( 2 2 1 1 p z p zh f 4.3 均匀流基本方程 2021-6-25长安大学13 2.液体均匀流的基本方程式 在管道或明渠均匀流中，任意取出一段总流来分析，作用在该总流段上的 力有： 压力： 11 ApFP 22 ApFP 重力： gAlG 摩阻力： 0 lF 均匀流前进方向上合力为零： 120 cos0ApApgAlal 12 cos zz a l 各项除以gA，得： 4.3 均匀流基本方程 2021-6-25长安大学14 012 12 ()() f ppl zzh A 0 f h J lR 0 J R 0 f l h

9、A 均匀流基本方程 层流紊流都适用 J与R成反比，R与X成反比，故J与X成正比，在A一定的条件下，X 越小，水头损失越小。A一定时，圆形的X最小。 水力学中把影响水头损失的断面几何条件称为水力要素。由于R （水力半径）与J（水力坡度）有关，可以反映水头损失的因素，所 以A、X、R可以称为断面水力要素。 4.3 均匀流基本方程 2021-6-25长安大学15 0 abcde Kv R 由试验观测可知，0与流速v、水力半径R、液体密度、液体的动 力粘滞系数以及边界固壁的粗糙凸起高度等有关，可以通过量纲分 析建立以上各因素之间的关系。 沿程水头损失的通用计算公式 223 ()() () abcde

10、L TLLMM MLL TL TLTLLT 各量纲因次相等，求出或者表达出a、b、c、d、e，整理得： 222 0 ()()(Re)()(Re,) dede vR KvKvfv RRR 4.3 均匀流基本方程 2021-6-25长安大学16 22 8 42 f lfvlv hf ARg 2 2 0 =8 842 f lv fvh Rg 令达西公式 2 2 f lv dRh dg 圆管中， =4 , 所以，沿程水头损失的计算问题就转化为求解沿程阻 力系数的问题。将在后续章节重点介绍。 4.4 层流均匀流 2021-6-25长安大学17 层流的沿程阻力 质点运动特征：液 体质点是分层有条不紊、 互

11、不混杂地运动着。 r u r0 x y umax y r r0 r r dr r0 每一圆筒层表面的切应力： 0 () xxx dududu dyd rrdr 0 J R又 2 x dur J dr 2 4 x J urC 当r=r0时，ux=0，代入上式得： 2 0 4 J Cr 22 0 () 4 x J urr 抛物型流 速分布 4.4 层流均匀流 2021-6-25长安大学18 层流的沿程阻力 当r=0时，速度最大： 2 0 4 max J ur 0 0 22 0 0 2 0 0 22 00 () 2 2 4 82 r r maxA J rrrdr urdr uudAJ vr Arr

12、断面平均流速v： 3 3 2 A u dA v A 22 0 () 4 J urr 2 0 8 J vr 2 2 1.33 A u dA v A x y umax y r r0 r r dr r0 4.4 层流均匀流 2021-6-25长安大学19 圆管层流的沿程水头损失计算公式 f hv 22 0 832 f vv hJlll rd 222 2 32646464 22Re2 f vl vl vl v hl dvddgvd dgdg 64 Re 在圆管层流中，只与Re有关。即：=f( Re)。 4.4 层流均匀流 2021-6-25长安大学20 例例=0.85g/cm=0.85g/cm3 3的

13、油在管径的油在管径100mm,100mm,v v=0.18cm=0.18cm2 2/s/s的管中以的管中以6.35cm/s6.35cm/s的速度作层流运的速度作层流运 动，求：（动，求：（1 1）管中心处的最大流速；（）管中心处的最大流速；（2 2）在离管中心）在离管中心r=20mmr=20mm处的流速；（处的流速；（3 3） 沿程阻力系数沿程阻力系数 ；（；（4 4）管壁切应力）管壁切应力0 0及每及每kmkm管长的水头损失。管长的水头损失。 222 0max () 44 JJ urru r 解 :（1）管中心最大流速： （2）离管中心r=20mm处的流速： 当r=50mm时，管壁处u=0，

14、则有0=12.7-K52，得K=0.51，则r=20mm在 处的流速： max 22 6.3512.7/uvcm s 2 max uukr可写成： 2 12.70.51 210.7/ucm s 4.4 层流均匀流 2021-6-25长安大学21 （3）沿程阻力系数 先求出Re： （4）切应力及每千米管长的水头损失 6.35 10 Re353 0.18 vd 6464 0.18 Re353 22 2 0 0 2 00 8488 850 0.0635 0.77/ 2Re353 rvvv RJN m rr 22 10000.0635 0.180.37 20.12 9.8 f l v hm dg 4.

15、5 紊流特征 2021-6-25长安大学22 雷诺实验表明层流与紊流的主要区别在于紊流时各流层之间液体质 点有不断地互相混掺作用，而层流则无。 质点的互相混杂使流区内各点的流速、压强等运动要素在数值上发 生一种脉动现象。 紊流的特点： p无序性：流体质点相互混掺，运动无序，运动要素具有随机性。 p耗能性：除了粘性耗能外，还有更主要的由于紊动产生附加切应力引 起的耗能。 p扩散性：除分子扩散外，还有质点紊动引起的传质、传热和传递动量 等扩散性能。 4.5 紊流特征 2021-6-25长安大学23 紊流运动要素的脉动与时均化的研究方法 运动要素的脉动现象：瞬时运动要素（如流速、压强等）随时间发生波

16、 动的现象。 ux t x u瞬时流速 时均法：把紊流运动看成是由时 间平均流动和脉动流动叠加而成。 x u时均流速 xxx uuu 或 xxx uu u 0 1 T xx uu dt T 0 1 0 T xx uu dt T x u 脉动流速 4.5 紊流特征 2021-6-25长安大学24 紊流切应力 紊流运动看成是由时间平均流动和脉动流动叠加而成，故切应力由两种 流动形式产生。 12 由相邻两流层间时间平均流速 相对运动所产生的粘滞切应力 纯粹由脉动流速所产生 的附加切应力 22 () xx dudu l dydy 层流流速分布 紊流流速分布 紊流流速分布 4.5 紊流特征 2021-6

17、-25长安大学25 层流底层 紊流核心 层流底层 层流底层厚度的确定 * 11.6 v 0 * v 切应力流速 2 0 42 f llv h RRg 2 0 8 v 32.8 Re d 可见，当管径d相同时，液体随着流速增大，Re，即层流厚度 与雷诺数成反比。 4.5 紊流特征 2021-6-25长安大学26 层流底层对紊流沿程阻力和沿程水头损失的影响 大量的实验资料和现场实地观测资料表明：紊流沿程阻力和沿程水头损 失的变化受层流底层厚度和液体流动固壁表面粗糙程度的影响较大。 层流底层厚度和液体流动固壁表面粗糙程度大小关系不同，对沿程 阻力和沿程水头损失的影响不同。 绝对粗糙度粗糙凸出固体 壁

18、面的平均高度。 相对粗糙度绝对粗糙度与过流断面上某 一特性几何尺寸的比值， /d，或/R。 4.5 紊流特征 2021-6-25长安大学27 层流底层对紊流沿程阻力和沿程水头损失的影响 当Re较小时，相对较大。当时，紊流阻力不 受影响，仅与Re有关，这样的紊流称为紊流光滑， 这时的固壁面称为水力光滑面，这种管道称为“水力 光滑管”。 32.8 Re d 当Re较大时，相对较小。当时，水流影响 很大，产生漩涡，引起新的能量损失。 几乎与Re 无关，仅与壁面的/R有关。这样的紊流称为紊流粗 糙，这时的固壁面称为水力粗糙面，这种管道称为 “水力粗糙管”。 当与相当时， 不能完全消除对水流的影响。 与

19、Re及/R均有关。这样的紊流称为紊流过渡。 4.5 紊流特征 2021-6-25长安大学28 层流底层对紊流沿程阻力和沿程水头损失的影响 0.4 ,Re*5 或 0.46 ,5Re*70 或 6 ,Re*70 或 * Re*, v 粗糙雷诺数 4.5 紊流特征 2021-6-25长安大学29 紊流过水断面上的流速分布 紊流核心 层流底层 紊流过 水断面 层流区 紊流区 抛物线分布直线分布计算 紊动附加切应力 0 J R 22 () x du l dy 0 x y 0 r 0 / 2Rr 00 / 2J r / 2J r 00 /r r r 0 r lky r 4.5 紊流特征 2021-6-2

20、5长安大学30 紊流过水断面上的流速分布 22 () x du l dy 0 x y 0 r r 222 0 00 () x durr k y rrdy * 1 ln V dudyuvyc Kyk 尼库拉兹管道流速分布公式： 2.5ln8.5 x uy v 2.75lg5.0 x uv y v 光滑管 粗糙管 4.6紊流均匀流的计算公式及其沿程阻力系数 2021-6-25长安大学31 圆管有压流的沿程水头损失计算公式 2 2 f lv h dg 沿程水头损失的计算问题就转化为求解沿程阻力系数的问题。实验 分析表明，沿程阻力系数与雷诺数和管壁粗糙程度有关。 (,)f Re d 1933年，尼古拉

21、兹在人工粗糙圆管中对沿程阻力系数进行了实验研究。 实验方法： （1）选择一组不同相对粗糙度的人工粗糙管。用砂粒的突出高度（砂 粒直径）表示壁面的绝对粗糙。/d表示相对粗糙。 4.6紊流均匀流的计算公式及其沿程阻力系数 2021-6-25长安大学32 圆管有压流的沿程水头损失计算公式 2 2 f lv h dg 实验方法： （2）实验装置： （3）对不同相对糙度的圆管，分别测 得一系列Q、hf、t、l、d 。 （4）计算、lg(100)与lgRe。 （5）绘制Re/d曲线（如图） 4.6紊流均匀流的计算公式及其沿程阻力系数 2021-6-25长安大学33 实验分析 区：ab线，lgRe 3.3,

22、Re 2000，层流区。 =f(Re )=64/Re。 区：bc线， 3.3 lgRe 3.6 2000 Re 3.6，Re 4000，紊流 光滑管区。=f(Re )，计算公式较多。 5 0.25 0.3164 100.4Re Re （或者） 46 1 2lg()0.8 5 103 10ReRe （） 4.6紊流均匀流的计算公式及其沿程阻力系数 2021-6-25长安大学34 实验分析 区：cd，ef之间的曲线群，不 同的相对粗糙管的实验点分布落 在不同的曲线上。表明即与Re 有关，又与/d有关。紊流光滑 区紊流粗糙区过度区。=f(Re、 /d)。 区：ef右侧水平的直线簇，不同的相对粗糙管的

23、实验点分别落在不同的 的水平直线上，只与/d有关，与Re无关。紊流粗糙管区或阻力平方区， =f(/d)。 12.51 2lg() 3.7dRe 1 (2lg1.14) d 实验的意义：较具体的揭示了影响的 各因素之间的具体关系。 4.6紊流均匀流的计算公式及其沿程阻力系数 2021-6-25长安大学35 莫迪图 12.51 2lg() 3.7dRe 4.6紊流均匀流的计算公式及其沿程阻力系数 2021-6-25长安大学36 1 0.02,7.076.84假定 例：有一直径为20cm的水管，绝对粗糙度为0.2mm，液体的运动粘滞系数为0.015cm2/s。求 Q为40000cm3/s时的管道沿程

24、阻力系数。 22 (20)314 4 Acmcm 解： 22 /40000(/ ) / 314127.4/vQAcmscmcms 2 Re/127.4(/ )20/ 0.015(/ )1696002000vdcmscmcms /0.02/ 2000.001dmmmm 12.51 2lg() 3.7dRe 2 0.021,6.96.86 3 0.022,6.746.86 4 0.0213,6.856.86 0.0213 4.6紊流均匀流的计算公式及其沿程阻力系数 2021-6-25长安大学37 明渠流动的沿程水头损失计算 2 2 f lv h dg 工程上常用法国水力学家谢才于1775年提出的公

25、式： RJcV L h Rc V J f 2 2 c为谢才系数 222 22 2 22 f V Lg L VL V h c RcRgdg 2 88gg c c 或 如无特别说明，谢才公式只适用于粗糙区（阻力平方区）。谢才系数可以 通过实验观察确定。 1 6 1 n 0.02R 0.5cR n （ 及 ） y R n c 1 1.01.5 1.01.3 Ryn Ryn 0.1mR3.0m，0.011n0.04 4.6紊流均匀流的计算公式及其沿程阻力系数 2021-6-25长安大学38 例题：有一粗糙混凝土护面的梯形渠道，底宽10m，水深3m，两岸边坡为1：1，流 量为39m3/s，水流属于阻力平

26、方区的紊流，求每公里渠道上的沿程水头损失。 b h 1：1 1：1 解： B 水面宽 216Bbmhm 2 39 2 bB Ahm 过水断面面积 湿周 2 2118.5bhmm水力半径 2.11 A Rm 谢才系数 12 11 66 11 2.1166.5/ 0.017 CRms n 沿程水头损失 2 2 0.11 f V L hm C R 断面平均流速 1/ Q Vm s A 粗糙混凝土粗糙系数n=0.017。 4.7 局部水头损失 2021-6-25长安大学39 局部水头损失成因 如下图所示，局部边界条件急剧改变是引起局部水头损失的根本成因。 它对水流运动的影响有两个方面： (1)导致液流

27、中产生游涡，加大水流的紊乱与脉动，增大液流的能量损失。 (2)造成液流断面流速重新分布，加大流速梯度及紊流附加切应力，导致 局部较集中的水头损失。 4.7 局部水头损失 2021-6-25长安大学40 圆管有压流动过水断面突然扩大的局部水头损失 1 1 2 2 1 V 1 P 2 V 2 P L 00 A BC AB为流速调整段 BC为调整结束段 AB只考虑局部损失 BC只考虑沿程损失 4.7 局部水头损失 2021-6-25长安大学41 圆管有压流动过水断面突然扩大的局部水头损失 22 11 1222 12 22 j pVpV zzh gg 22 121 122 12 22 j ppVV h

28、zz gg 列11和22断面的列总流能量方程： 为了得到hj与v的关系式，必须消掉p, 为此选择2233控制体进行受力分析， 列动量方程。 4.7 局部水头损失 2021-6-25长安大学42 圆管有压流动过水断面突然扩大的局部水头损失 作用在过水断面11上的总压力P1： P1=p1A1 11面上环形面积管壁上的作用力P：P=p1(A2-A1) 作用在过水断面22上的总压力P2： P2=p2A2 断面11和22间液体重量在运动方向上的分力为： 212 21 22 coszzA L zz LALA 12121222111122 AApzzAApApFVVQ 122 12221 1 ppV zzV

29、V g 22 121 122 12 22 j ppVV hzz gg g vv g vvv hj 2 )( 2 22 2 1121122 4.7 局部水头损失 2021-6-25长安大学43 圆管有压流动过水断面突然扩大的局部水头损失 g vv g vvv hj 2 )( 2 22 2 1121122 1212 ,11. 因为近似等于 ，故令其全部为 2 12 2 j vv h g （） 1 122 =AvA v 2222 22 222111 21 12 11 2222 j AvvAvv h AggAgg （）=（） 22 12 2 21 = 1=1 AA AA 1 令：（） ，（） ，称为断

30、面突然扩大的局部阻力系数 1 2 0=1 A A 当时，则，称为出口局部阻力系数 4.7 局部水头损失 2021-6-25长安大学44 平面上断面突变的局部水头损失 2 2 2 jc v h g A2/A10.10.20.40.60.81.0 c0.50.40.30.20.10 4.7 局部水头损失 2021-6-25长安大学45 渠道断面扩宽的局部水头损失 2 12 2 j vv h g （） 扩宽条件 突然扩宽（直角出口）0.82 逐渐扩宽（边墙直线扩宽）1:10.87 1:20.68 1:30.41 1:40.29 4.7 局部水头损失 2021-6-25长安大学46 其他类型的局部水头

31、损失 取决于局部障碍的类型 2 2 j v h g 目前，大多数局部水头损失还不能用理论方法推导，但由于基本特征相 同，故用如下通用计算公式表示： 4.7 局部水头损失 2021-6-25长安大学47 管道流动的水力计算 由不同直径或粗糙度的数段管子连接 在一起的管道称为串联管道。 串联管道各管段的流量是相同的； 串联管道的损失等于各管段损失之和。 串联管道的计算问题： 已知流过串联管道的流量q，求所需要 的总水头H； 已知总水头H，求通过的流量q。 串联管道计算问题的解题思路： 能量方程：H和hw1-2 连续性方程:v1和v2 4.7 局部水头损失 2021-6-25长安大学48 管道流动的

32、水力计算 1 2 00000 w Hh （1）由A-A、B-B断面能量方程： 1 2wfj Hhhh 22 1122 12 12 22 j L vL v h dgdg （2）联合连续性方程：A1V1=A2V2，确定局部损失系数求解。 4.7 局部水头损失 2021-6-25长安大学49 管道流动的水力计算 00000 wA B Hh wA Bfj Hhhh 22 1122 12 12 22 f L vL v h dgdg （2）联合连续性方程：A1V1=A2V2，得： V1=4V2 【例】如图所示，串联管道的i=0.5 ，L1=300m，d1=0.1m，1=0.015； L2=240m，d2=

33、0.2m，2=0.03，H=6m， 求通过该管道的流量q。 解：列A-A、B-B断面能量方程： 22 12 1 2 22 jij vv hh gg 出出 4.7 局部水头损失 2021-6-25长安大学50 管道流动的水力计算 2 2 38.76 fj Hhhv 22 22 4300240 0.0150.03 0.120.2 2 f vv h gg （） 思考：（1）当其他已知q时，如何求H？（2）当已知粗糙系数n时， 222 2222 1 4 0.5 222 j vAvv h gAgg 2 2 （） （-1）-1） 2 2 37.8v 2 2 0.9v 2 0.39v 2 2 22 0.39

34、0.012 4 d qA v 4.7 局部水头损失 2021-6-25长安大学51 管道流动的水力计算 思考：（1）当其他条件不变，已知q时， 如何求H？ 思考：（2）当已知粗糙系数n，未知 时，如何求q或者H？ 思考：（3）当已知当量粗糙度， 未知时，如何求H？ 4.7 局部水头损失 2021-6-25长安大学52 例：有一串联铸铁管路，d1=150mm、d2=125mm、 d3=100mm、L1=25m、L2=10m。沿程阻力系数： 1=0.030 2=0.032。局部阻力系数：1=0.1、 2=0.15、3=0.1、4=2.0。 问： 通过Q=25升/秒时，需要H为多少？ 若 水头H不变

35、，但不计损失，则流量将变成多少？ H 1 3 2 4 1 d 2 d 3 d Q 11 3 3 解： 对11、33列能量方程，设V1-1=0 2 23-3 1 3 0000 2 w V Hh g sm d Q A Q V/415. 1 15. 014. 3 025. 044 22 11 1 sm d Q A Q V/037. 2 125. 014. 3 025. 044 22 22 2 smV/183. 3 1 . 014. 3 025. 04 2 3 mfw hhh 31 12 2222 1122 122 12 251.415102.037 0.030.0321.053 220.15 2 9

36、.810.125 2 9.81 fff L VLV hhhmH O dgdg 4.7 局部水头损失 2021-6-25长安大学53 H 1 3 2 4 1 d 2 d 3 d Q 11 3 3 222 312 1234 222 j VVV h ggg OmH2 222 097. 1 81. 92 183. 3 0 . 2 81. 92 037. 2 1 . 015. 0 81. 92 415. 1 1 . 0 hw1-3=1.053+1.097=2.15mH2O 22 23 3 1 3 1 3.183 2.152.67 22 9.82 w V Hhm g 2 23 3 2 V H g smgH

37、V/23. 767. 281. 922 3 sLsmdVAQ/8 .56/0568. 023. 7 4 1 32 333 H=2.67m不变，但hw1-3=0，对11、33列能量方程： 4.8 短管的水力计算 2021-6-25长安大学54 短管与长管 对于有压管流，可以根据局部水头损失与沿程水头损失在总水头中所占的比例不 同，分为短管和长管。 当水流的流速水头和局部水头损失都不能忽略不计的管道称为短管。比如水泵的 吸水管、虹吸管、倒虹吸管、道路涵管等，一般均按短管计算。 当有压管流的局部水头损失与流速水头之和与沿程水头损失相比，所占比例很小 而可以忽略时的管流系统称为长管。例如城市的供水管道

38、系统。 短管的水力计算问题： （1）已知作用水头、断面尺寸和局部阻力的组成，计算管道输水能力（求流量Q） （2）已知管线的布置和必须输送的流量（设计流量），求所需水头 （3）已知管线的布置、设计流量及作用水头，求管道直径d 4.8 短管的水力计算 2021-6-25长安大学55 虹吸管的水力计算 液体由管道从较高液位的一端经过高出液面的管段 自动流向较低液位的另一端的现象，叫虹吸现象。 工作原理：将管内空气排出，使管内形成一定的真 空，作用在上游水面的大气压强与虹吸管内压强之 间产生压差，使上游水流通过虹吸管流向下游。 虹吸管顶部的真空度应该控制在78米水柱以下。 虹吸管水力计算主要确定 虹吸管的输水量或者管径， 确定其顶部允许安装高度。 虹吸管直