水力学第六章第三节

1、6 6 有压管道的恒定流有压管道的恒定流 虹吸管是一种压力输水管道，顶部弯曲且其高程高于虹吸管是一种压力输水管道，顶部弯曲且其高程高于上游供水水面。在虹吸管内造成真空，使作用虹吸管内上游供水水面。在虹吸管内造成真空，使作用虹吸管内产生真空，水流则能通过虹吸管最高处引向其他处。产生真空，水流则能通过虹吸管最高处引向其他处。6.3 6.3 虹吸管及水泵的水力计算虹吸管及水泵的水力计算 6.3.1 6.3.1 虹吸管的水力计算虹吸管的水力计算 虹吸管的优点在于能跨越高地，减少挖方。虹吸管的优点在于能跨越高地，减少挖方。 虹吸管虹吸管长度一般不长，故按照短管计算。长度一般不长，故按照短管计算。pa11

2、22zzs虹吸管顶部虹吸管顶部 虹吸管顶部的真空压强理论值不能大于虹吸管顶部的真空压强理论值不能大于最大真空值最大真空值（10mH2O10mH2O）。 当虹吸管内压强接近该温度下的汽化压强时，液体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，破坏水流连续性，可能产生空蚀破坏，将产生汽化，破坏水流连续性，可能产生空蚀破坏，故一般虹吸管中的真空值故一般虹吸管中的真空值7 78mH2O8mH2O。 例例 有一渠道用两根直径为有一渠道用两根直径为1.0m的混凝土虹吸管来跨的混凝土虹吸管来跨越山丘，越山丘， 渠道上游水位为渠道上游水位为1100.0m，下游水位为，下游水位为299.0m，虹吸管

3、长度，虹吸管长度l1 = 8m l2= 15m；l3 = 15m，中间，中间有有60的折弯两个，每个弯头的局部水头损失系数为的折弯两个，每个弯头的局部水头损失系数为0.365，若进口局部水头损失系数为，若进口局部水头损失系数为0.5；出口局部水头；出口局部水头损失系数为损失系数为1.0。试确定：。试确定： 当虹吸管中的最大允许真空度为当虹吸管中的最大允许真空度为 7mH2O时，虹吸管时，虹吸管最高安装高程最高安装高程 zs为多少？为多少？ 00BBzszl1l3l2 虹吸管为淹没出流虹吸管为淹没出流00BBzszl1l3l2s/.gHAQ.)dl(.Cg.RnC.zgzAvAQcicc3222

4、616121985116191143250571025710136502501350240110240756898875641014011010099001002mm ）（求流量求流量 00BBzszl1l3l2虹吸管中最大真空一般发生在管道最高位置。虹吸管中最大真空一般发生在管道最高位置。本题最大真空发生在第二个弯头前的本题最大真空发生在第二个弯头前的B-B B-B 断面。断面。考虑考虑0-00-0断面和断面和B-B B-B 断面的能量方程，则断面的能量方程，则 00BBzszl1l3l2m246222222002212122122122200.gv)dll(hzhgv)dl(zpgv)dl

5、(gvpzhgvpzgvvsvBsBBBswBs 00BBzszl1l3l2vm246222222002212122122122200.gv)dll(hzhgv)dl(zpgv)dl(gvpzhgvpzgvvsvBsBBBswBs d1154d22232l1h1Hl200h211 一个抽水系统通过水泵转动转轮的作用，在水泵一个抽水系统通过水泵转动转轮的作用，在水泵进水口形成真空，使水流在池面大气压强的作用下沿进水口形成真空，使水流在池面大气压强的作用下沿吸水管上升，流经水泵时从水泵获得新的能量，进入压吸水管上升，流经水泵时从水泵获得新的能量，进入压力管，再流入水塔。力管，再流入水塔。 6.3

6、6.3 虹吸管及水泵的水力计算虹吸管及水泵的水力计算 6.3.1 6.3.1 虹吸管的水力计算虹吸管的水力计算6.3.2 6.3.2 水泵的水力计算水泵的水力计算1100223344z测压管水头线测压管水头线zs吸水管吸水管压水管压水管水泵的水力计算水泵的水力计算 吸水管和压力水管吸水管和压力水管 吸水管吸水管: : 短管短管 压力水管压力水管: :长管长管 l吸水管的水力计算吸水管的水力计算确定管径和水泵最大允许安装高程确定管径和水泵最大允许安装高程 吸水管的管径一般是根据允许流速计算，通常吸吸水管的管径一般是根据允许流速计算，通常吸 水管的允许流速约为水管的允许流速约为0.81.25 m/

7、s，或根据有关规范，或根据有关规范 确定。确定。 流速确定后，管径可按下式计算流速确定后，管径可按下式计算允vQd4 水泵的最大允许安装高程，取决于水泵的最大允水泵的最大允许安装高程，取决于水泵的最大允 许真空度许真空度hv 以及吸水管水头损失以及吸水管水头损失hw 。计算方法和虹。计算方法和虹 吸管允许安装高程的计算方法相同。吸管允许安装高程的计算方法相同。1100223344z测压管水头线测压管水头线zs吸水管吸水管压水管压水管考虑断面考虑断面1-1和水泵进口断面和水泵进口断面2-2的能量方程，则的能量方程，则 gvdlhzvs2)(22 l 压力管的水力计算压力管的水力计算 确定管径和水

8、泵装机容量确定管径和水泵装机容量 压力管管径一般是根据经济流速确定，重要工程应选压力管管径一般是根据经济流速确定，重要工程应选择几个方案，进行技术经济比较。择几个方案，进行技术经济比较。 对于给排水管道可按公式确定对于给排水管道可按公式确定 80.xQd 式中，式中，x 为系数，一般取为系数，一般取x 0.81.2； d 为管径（为管径（m）；）； Q 为流量为流量(m3/s)。考虑考虑1-1断面和断面和4-4断面的能量方程，注意两者之间存断面的能量方程，注意两者之间存在水泵。考虑两个断面之间的能量方程时，应考虑有在水泵。考虑两个断面之间的能量方程时，应考虑有水力机械对水流所作功。水力机械对水

9、流所作功。水泵的装机容量水泵的装机容量 1100223344z测压管水头线测压管水头线zs吸水管吸水管压水管压水管考虑考虑1-1断面和断面和4-4断面的能量方程，注意两者之间存断面的能量方程，注意两者之间存在水泵。考虑两个断面之间的能量方程时，应考虑有在水泵。考虑两个断面之间的能量方程时，应考虑有水力机械对水流所作功。水力机械对水流所作功。水泵的装机容量水泵的装机容量 1100223344z测压管水头线测压管水头线zs吸水管吸水管压水管压水管2001 41 41 23 40002(kW)1000twtwwwtPPvHzhgHzhzhhQHN 2001 41 41 2340002(kW)1000

10、twtwwwtPPvHzhgHzhzhhQHN 式中，式中，Ht 为水泵向单位液体所提供的机械能，称为水为水泵向单位液体所提供的机械能，称为水 泵的水头或者扬程（泵的水头或者扬程（m）；）； P 为水泵和动力机械的总效率。为水泵和动力机械的总效率。 上式表明：上式表明： 水泵向单位重量液体所提供的机械能水泵向单位重量液体所提供的机械能2001 41 41 2340002(kW)1000twtwwwtPPvHzhgHzhzhhQHN l 将水流提高一个几何高度将水流提高一个几何高度l 克服全部水头损失克服全部水头损失 水泵的输入功率水泵的输入功率例题：例题： 4-5 用离心泵将湖水抽到水池中去，

11、流量为用离心泵将湖水抽到水池中去，流量为0.2（m3/s），湖面高程为），湖面高程为85.0m，水池水面高程为，水池水面高程为105.0m，吸水管长度为，吸水管长度为10.0m，水泵的允许真空，水泵的允许真空 hv = 4.5m，吸水管底阀的局部水头损失系数为，吸水管底阀的局部水头损失系数为2.5；弯；弯管的局部水头损失系数管的局部水头损失系数0.3，水泵入口前的渐变收缩，水泵入口前的渐变收缩段局部水头损失系数为段局部水头损失系数为0.1；吸水管沿程水头损失系；吸水管沿程水头损失系数为数为0.022，压力管道采用铸铁管，其直径为，压力管道采用铸铁管，其直径为500mm，长度为长度为1000m，

12、n = 0.013。 1100223344z测压管水头线测压管水头线zs例例 用离心泵将湖水抽入用离心泵将湖水抽入水池，流量为水池，流量为0.2m3/s，湖面高程为湖面高程为85.0m1100223344z测压管水头线测压管水头线zs水池水面高程为水池水面高程为105m， 吸水管长度为吸水管长度为10.0m，水泵允许真空水泵允许真空 hv= 4.5m1100223344z测压管水头线测压管水头线zs吸水管底阀局部水头损吸水管底阀局部水头损失系数为失系数为2.5；弯管的局；弯管的局部水头损失系数部水头损失系数0.3，水，水泵入口前的渐变收缩段泵入口前的渐变收缩段局部水头损失系数局部水头损失系数0

13、.1；1100223344z测压管水头线测压管水头线zs吸水管沿程水头损失系吸水管沿程水头损失系数为数为0.022，压力管用铸，压力管用铸铁管，直径铁管，直径500mm，长，长度度1000m，n = 0.013 1100223344z测压管水头线测压管水头线zs试确定：试确定： 吸水管直径吸水管直径水泵安装高度水泵安装高度水泵功率水泵功率解：解：允vQd4 （2）安装高程）安装高程mmdmmmvQdsmv500505505. 00 . 114. 32 . 044/0 . 1 选选用用标标准准直直径径取取允允允允（1）吸水管直径）吸水管直径考虑断面考虑断面1-1和水泵进口断面和水泵进口断面2-2的能量方程，则的能量方程，则 1100223344zzsmzmgvdlhzgvdlgvhzhgvhzgvssvsvswvs28.898528. 428. 422. 05 . 48 . 921)1 . 03 . 05 . 25 . 010022. 01(5 . 42)(2)(2220012232112321122200 1100223344zzs解：解：（3）水泵功率）水泵功率考虑断面考虑断面1-1和水泵进口断面和水泵进口断面4-4的能量方程，则的能量方程，则 smRACKmKQlhmhmzhhzhzHhgvzHgvw