第六章 孔口、管嘴与有压管道流动12-9

1、 6-26-2 管嘴恒定出流管嘴恒定出流 6-16-1 孔口恒定出流孔口恒定出流 6-36-3 孔口（或管嘴）的变水头出流孔口（或管嘴）的变水头出流 6-46-4 短管的水力计算短管的水力计算 6-56-5 长管的水力计算长管的水力计算 6-6 6-6 管网水力计算基础管网水力计算基础 6-76-7 离心式水泵及其水力计算离心式水泵及其水力计算 6-86-8 水击简介水击简介管流管流孔口孔口管嘴管嘴明渠流明渠流堰流堰流渗流渗流v 孔口、管嘴出流属于急变流孔口、管嘴出流属于急变流。其水头损失以局部损失为主，沿程损失往往忽略不计。这类水流形式在实际工程中广泛存在v 有压管道是一切生产、生活输送流体

2、系统的重要组成部分。孔口孔口管嘴管嘴 自由出流自由出流( (freefree discharge discharge) )：若经孔口流出的水流直接若经孔口流出的水流直接进入空气中，此时收缩断面的压强可认为是大气压强，则该进入空气中，此时收缩断面的压强可认为是大气压强，则该孔口出流称为孔口自由出流。孔口出流称为孔口自由出流。 淹没出流淹没出流( (submergedsubmerged discharge discharge) )：若经孔口流出的水流不是进入空气，若经孔口流出的水流不是进入空气，而是流入下游水体中，致使孔口淹没在而是流入下游水体中，致使孔口淹没在下游水面之下，这种情况称为淹没出流下

3、游水面之下，这种情况称为淹没出流116-1-1 薄壁小孔口恒定出流薄壁小孔口恒定出流v 薄壁孔口薄壁孔口( (thin-wall orificethin-wall orifice) ) ：当孔口具有锐缘当孔口具有锐缘时，孔壁与水流仅在一条周线上接触，即孔口的壁厚对时，孔壁与水流仅在一条周线上接触，即孔口的壁厚对出流并不发生影响出流并不发生影响 。 1.1.收缩断面与收缩系数收缩断面与收缩系数 液流从各个方向涌向孔口，由液流从各个方向涌向孔口，由于惯性作用，流线只能逐渐弯曲，于惯性作用，流线只能逐渐弯曲，水股在出口后继续收缩，直至离开水股在出口后继续收缩，直至离开孔口孔口d/2d/2处，过流断面

4、达到最小，处，过流断面达到最小，此断面即为收缩断面此断面即为收缩断面C-CC-C断面。断面。AAc/00wcchgvgvH200202200gVhhcjw220 2.2.薄壁小孔口恒定自由出流的流速与流量计算薄壁小孔口恒定自由出流的流速与流量计算 0 . 1,22000cgVHHgVHc212000002211gHgHVc0022gHAgHAVAqccv011whgVgpHgVgpH222222221111gVgVHH222222110gVhHcsw2200 21AAcs 3. 3. 小孔口的淹没出流小孔口的淹没出流gVhHcsw22000002211gHgHVc0022gHAgHAqvm3/

5、s淹没出流淹没出流与自由出流相比与自由出流相比、相同，只是自由出流时相同，只是自由出流时上游速度水头全部转化为作用水头，而淹没出流，仅上游速度水头全部转化为作用水头，而淹没出流，仅上下游速度水头之差转化为作用水头。上下游速度水头之差转化为作用水头。gHAqv2 =qv1qv2qv1qv26-1-2 小孔口的收缩因素及流量因素小孔口的收缩因素及流量因素边界条件的影响： 对于薄壁小孔口，试验证明，不同形状孔口的流量系数差别不大。 孔口在壁面上的位置对收缩系数却有直接影响。 全部收缩全部收缩: :当孔口的全部边界都不与容器的底边、侧边或液面重合时，孔口的四周流线都发生收缩的现象；如图中I、两孔。 不

6、全部收缩不全部收缩:不符合全部收缩的条件；如图中、两孔。 在相同的作用水头下，不全部收缩的收缩系数比全部收缩时大，其流量系数值亦将相应增大。全部收缩和不全部收缩的流量系数关系的经验公式：1SCX 式中全部收缩时孔口流量系数；S未收缩部分周长；X孔口全部周长；C系数，圆孔取0.13，方孔取0.15。 全部收缩的孔口分为： 完善收缩完善收缩：凡孔口与相邻壁面或液面的距离大于或等于同方向孔口尺寸的3倍(图中L13a及L23b)，孔口出流的收缩不受壁面或液面的影响。如图中I孔。不完善收缩不完善收缩：不符合完善收缩条件的。如图中孔。2010.64AA式中全部完善收缩时孔口流量系数；A孔口面积；A0孔口所

7、在壁面的全部面积。 上式的适用条件是，孔口处在壁面的中心位置，各方向上影响不完善收缩的程度近于一致的情况。 全部完善收缩的各项系数为：收缩系数0.64，0.97，0.62，0.06 不完善收缩的收缩系数比完善收缩的时大，其流量系数 值亦将相应增大，两者之间的关系可用下列公式估算。根据实验结果薄壁小孔口在全部完善收缩情况下根据实验结果薄壁小孔口在全部完善收缩情况下各项系数如表所示：各项系数如表所示：02dQgh dA(1)设 值沿大孔口全高不变，矩形孔口dAbdh0，而002dQbgh dh6-1-3 大孔口恒定出流大孔口恒定出流设大孔口如图所示，取其中一小孔口，流量为dQ，由薄壁小孔口出流流量

8、公式有：v 由于大孔口的高度e与其形心处水深H相比较大，应考虑孔口不同高度各点的水头不等。为此，将大孔口出流视为水头不等的各小孔口出流之总和。积分得0202eHH，代入式（2）得3 23 23 20002211322eeQbgHHH 12233(1)(1)(2)()2!3!nnnnnn nn nnabanababab 孔口高度为e，孔口形心的水头为H0，则(2)(3)将式(3)中圆括号的表达式按二项式分式展开，并取前四项2001eHH020123012302002322HH/HHgbdhghbQ式（3）得20012196eQbegHH(4)011.5eH2010.01 0.02396eH002

9、2QbegHAgH当时，在工程计算中可忽略不计，因此式（4）为0022QbegHAgH大孔口的流量系数大孔口的流量系数大孔口的流量计算式与小孔口的相同，但大孔口的收缩系数较大，因而流量系数也较大，见下表。 6-26-2 管嘴恒定出流管嘴恒定出流 6-16-1 孔口恒定出流孔口恒定出流 6-36-3 孔口（或管嘴）的变水头出流孔口（或管嘴）的变水头出流 6-46-4 短管的水力计算短管的水力计算 6-56-5 长管的水力计算长管的水力计算 6-6 6-6 管网水力计算基础管网水力计算基础 6-76-7 离心式水泵及其水力计算离心式水泵及其水力计算 6-86-8 水击简介水击简介 水流进入管嘴后，

10、仍然水流进入管嘴后，仍然形成收缩，在管嘴出流断面形成收缩，在管嘴出流断面上，水流已充满整个断面。上，水流已充满整个断面。d令令gVgVgpzgVgpzBnBBBBAAAA222222gVgppzzHAABABA220 设水箱水面压强为大气压，设水箱水面压强为大气压，管嘴为自由出流，对水箱中断面管嘴为自由出流，对水箱中断面A A- -A A与断面与断面B B- -B B列能量方程：列能量方程：gVHBnB22000221gHgHVnnBB0022gHAgHAAVqnnBvnBn1nnn115 . 0n82. 011nnnaBABApppHzz,gHAqnv2 LccBB00(1)(2)(3)gV

11、gVgpgVgpBBBaccc211222222gVgVgVgppBBBccca211222222BBccVVAAV0222HgVB022211HgppBcca64. 082. 01Bc0022275.082.0164.01164.01HHgppgpcavmmgpHv0 .975.0775.000022275.082.0164.01164.01HHgppgpcavmH0 .90dl432. 2. 判断：判断：增加管嘴的作用水头，能提高真空度，所以对于增加管嘴的作用水头，能提高真空度，所以对于管嘴的出流能力，作用水头越大越好。管嘴的出流能力，作用水头越大越好。1. 孔口、管嘴若作用水头和直径孔口

12、、管嘴若作用水头和直径d相同时，下列那些是相同时，下列那些是正确的：正确的： 问题问题A.qv孔孔qv嘴嘴，u孔孔 qv嘴嘴，u孔孔u嘴嘴 D.qv孔孔qv嘴嘴，u孔孔u嘴嘴 B.qv孔孔u嘴嘴(错错) 1=2，3不等；三孔不等3.3.水位恒定的上、下游水箱，如图，箱内水深水位恒定的上、下游水箱，如图，箱内水深为为H H和和h h。三个直径相等的薄壁孔口。三个直径相等的薄壁孔口1,2,31,2,3位于隔位于隔板上的不同位置，均为完全收缩。问：三孔口板上的不同位置，均为完全收缩。问：三孔口的流量是否相等？的流量是否相等？为什么？若下游水箱无水，情况又如何？为什么？若下游水箱无水，情况又如何？22

13、202AgqHv解：解：取取 =0.82=0.82，则，则gphH00mhHgp5 . 435 . 70020/1 .448 . 910005 . 4mkNp 6-26-2 管嘴恒定出流管嘴恒定出流 6-16-1 孔口恒定出流孔口恒定出流 6-36-3 孔口（或管嘴）的变水头出流孔口（或管嘴）的变水头出流 6-46-4 短管的水力计算短管的水力计算 6-56-5 长管的水力计算长管的水力计算 6-6 6-6 管网水力计算基础管网水力计算基础 6-76-7 离心式水泵及其水力计算离心式水泵及其水力计算 6-86-8 水击简介水击简介gz2 容器容器“泄空泄空” 时时间间 1122gHAHmax2

14、QV对于等截面容器，A（z）= A， 6-26-2 管嘴恒定出流管嘴恒定出流 6-16-1 孔口恒定出流孔口恒定出流 6-36-3 孔口（或管嘴）的变水头出流孔口（或管嘴）的变水头出流 6-46-4 短管的水力计算短管的水力计算 6-56-5 长管的水力计算长管的水力计算 6-6 6-6 管网水力计算基础管网水力计算基础 6-76-7 离心式水泵及其水力计算离心式水泵及其水力计算 6-86-8 水击简介水击简介6-4-1 有压管道计算原理有压管道计算原理v 1.1.概念概念 有压管道：有压管道：管道周界上的各点均受到流体压强的作用。管道周界上的各点均受到流体压强的作用。 有压管流有压管流( (

15、penstockpenstock) )：管道中流体在压力差作用下的管道中流体在压力差作用下的流动称为有压管流。流动称为有压管流。 有压恒定管流：有压恒定管流：管流的所有运动要素均不随时间变化的管流的所有运动要素均不随时间变化的有压管流。有压管流。 有压非恒定管流：有压非恒定管流：管流的运动要素随时间变化的有压管流。管流的运动要素随时间变化的有压管流。v 2. 2. 分类分类gV22gV22v 3.3.有压管道水力计算的主要问题有压管道水力计算的主要问题 212222201whgvgvH02012HgvHjfwhhh21v2/2gV0Vv 4. 4. 基本公式基本公式对对1-11-1断面和断面和

16、2-22-2断面建立能量方程断面建立能量方程 令令且因且因1)1)自由出流自由出流jfhhgvH2220gvdlhf22gvhj22gvdlH2)(220故故上式表明，管道的总水头将全部消耗于管道的水头损失上式表明，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。和保持出口的动能。 局部水头损失局部水头损失 有有因为沿程损失因为沿程损失120211gHdlv0211gHAdlqv02gHAcgvdlH2)1 (20dlc11 局部阻力系数，不包含出口损失局部阻力系数，不包含出口损失1出口取取则则管中流速管中流速 通过管道流量通过管道流量式中式中称为管道系统的流量系数称为管道系统的流量系

17、数 H H0 0 作用水头，指管道出口形心至上游水池水面的水头作用水头，指管道出口形心至上游水池水面的水头与上游的流速水头之和。与上游的流速水头之和。212222222111whgvHgvH21211212whgvHHv12/2gV1V2v22/2gV22 2)2)淹没出流淹没出流 取符合渐变流条件的断面取符合渐变流条件的断面1-11-1和和2-22-2列能量方程列能量方程 在淹没出流情况下，包括上下游水位差完全消耗于沿在淹没出流情况下，包括上下游水位差完全消耗于沿程损失及局部损失。程损失及局部损失。02v因因则有则有管道出口淹没在水下称为淹没出流。管道出口淹没在水下称为淹没出流。021gHd

18、lv02gHAvAqcvgvdlhhhjfw2)(221dlc1因为因为整理后可得管内平均流速整理后可得管内平均流速通过管道的流量为通过管道的流量为 局部阻力系数局部阻力系数 H H0 0 作用水头，指上、下游水位差加上游的流速水头。作用水头，指上、下游水位差加上游的流速水头。 式中，式中，称为管道系统的流量系数称为管道系统的流量系数注：注：淹自1 相同条件下，淹没出流和自由出流流量系数值是相同条件下，淹没出流和自由出流流量系数值是相等相等的的c自dl1淹dl02012HgvH21211212whgvHH C. qv1=qv2A. qv1 = qv2(对) 2 2）当已知管道尺寸和输水能力时，

19、计算水头损失；即）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。要求确定通过一定流量时所必须的水头。直接用公直接用公式式 1 1）输水能力计算）输水能力计算 5. 5. 对恒定流，有压管道的水力计算问题对恒定流，有压管道的水力计算问题 已知管道布置、断面尺寸及作用水头时，要求确定已知管道布置、断面尺寸及作用水头时，要求确定管道通过的流量管道通过的流量( (这是最主要的计算问题这是最主要的计算问题) ) 。 直接直接用公式用公式 gHqdcv24流量系数流量系数 与管径有关，需用试算法确定。与管径有关，需用试算法确定。c 3 3）管线布置已定，当要求输送一定流量

20、时，确定所需的）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断面尺寸( (圆形管道即确定管道直径圆形管道即确定管道直径) )。这时可能出现下述两种情况：这时可能出现下述两种情况： (1) (1) 管道的管道的输水能力、管长输水能力、管长L L及管道的总水头及管道的总水头H H均已确定。均已确定。 vqdv4 (2)(2)管道的管道的输水量输水量qvqv，管长，管长L L已知，要求选定所需的管径及已知，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。相应的水头。从技术和经济条件综合考虑。 a a. .管道使用要求：管道使用要求：管中流速大产生水击，流速小泥沙淤积。管中流速大产

21、生水击，流速小泥沙淤积。b b. .管道经济效益：管道经济效益：管径小，造价低，但流速大，水头损失管径小，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。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下式计算：当根据技术要求确定流速后管道直径即可由下式计算：wiiiiihgvzHgp221 4)4)对一个已知管道尺寸、水头和流量的管道，要求确定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。管道各断面压强的大小。( (因为在工程中，如消防、供

22、水等，常需知道管线各处的压因为在工程中，如消防、供水等，常需知道管线各处的压强是否能满足用户需要。强是否能满足用户需要。) ) 先分析沿管道总流测压管水头的变化情况，再计算并绘制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。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。可为负值。7.长管水头线的绘制长管水头

23、线的绘制因为因为hj=0 忽略不计，而速度水头相对于忽略不计，而速度水头相对于hf可忽略不计。所以可忽略不计。所以总水头线与测压管水头线均是一条倾斜直线，并且重合。总水头线与测压管水头线均是一条倾斜直线，并且重合。 6-4-2 水泵吸水管的水力计算水泵吸水管的水力计算 在设计水泵吸水管时，要对吸水管进行计算，吸水管属于短管。在设计水泵吸水管时，要对吸水管进行计算，吸水管属于短管。gvlhHvs2)(222gvgvdlgvgpHhgvgpHsws2222022222222212222HS1122v 吸水管的水力计算吸水管的水力计算主要任务是确定吸水管的管径及水主要任务是确定吸水管的管径及水泵的最

24、大允许安装高程。泵的最大允许安装高程。 v 吸水管管径一般是根据允许流速计算。通常吸水管的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允许流速为51.25m m/ /s s。流速确定后可确定管径。流速确定后可确定管径v 水泵的最大允许安装高程水泵的最大允许安装高程HsHs决定于水泵的最大允许真决定于水泵的最大允许真空值空值hvhv和吸水管的水头损失。列和吸水管的水头损失。列1-11-1和和2-22-2断面能量方程有断面能量方程有 由此得由此得6-4-3 虹吸管与倒虹管虹吸管与倒虹管 虹吸管是一种压虹吸管是一种压 力输水管道，其顶力输水管道，其顶 部高程高于上游部高

25、程高于上游供水水面。供水水面。 特点：顶部真空理特点：顶部真空理 论上不能大于论上不能大于1010m m H H2 2O O，一般其真空，一般其真空 值小于值小于(78(78m m ) )；虹吸管长度一般不大，应按短管计算。；虹吸管长度一般不大，应按短管计算。 212222211122whgVZgVZgVVZZH2)(222211210210whHHzzH210gHdlldqbev23412102上二式即是图示虹吸管的流量及速度公式。上二式即是图示虹吸管的流量及速度公式。gVdlgVgpZZbecc2222121gHdllVbe231210gVdlZZgpbecc221)(211HdlldlZ

26、Zgpbebecc21011321)(gpc【例例2 2】有一渠道用三根直径有一渠道用三根直径d d为为1.01.0m m的混凝土的混凝土( (n n=0.014=0.014 ) )虹虹吸管来跨过山丘，渠道上游水面高程吸管来跨过山丘，渠道上游水面高程1 1为为100.0100.0m m，下游水面，下游水面高程高程2 2为为99.099.0m m，虹吸管长度，虹吸管长度L L1 1为为8 8m m，L L2 2为为1212m m，L L3 3为为1515m m，中，中间有间有600600的折角弯头两个，每个弯头的局部水头损失系数的折角弯头两个，每个弯头的局部水头损失系数b b为为0.3650.3

27、65。试确定：。试确定：(1)(1)每根虹吸管每根虹吸管的输水能力？的输水能力？ (2) (2) 当吸虹管中当吸虹管中的最大允许真空的最大允许真空值值hvhv为为7m7m时，问时，问虹吸管的最高安虹吸管的最高安装高程是多少？装高程是多少？mH19910021 先确定先确定值，用曼宁公式值，用曼宁公式 计算计算C C611RnC smRnC/7 .56)41(014. 011216161024. 07 .568 . 98822Cg (1) (1) 本题管道出口淹没在水面以下，为淹没出流，可本题管道出口淹没在水面以下，为淹没出流，可直接计算流量：直接计算流量： 解：解：上下游水头差为上下游水头差为

28、则则故故173. 05 . 0135024. 012110becd571. 007. 31smgHAqcv/985. 118 . 924114. 3571. 0232 管道系统的流量系数：管道系统的流量系数： 每根虹吸管的输水能力：每根虹吸管的输水能力：gvdlgvgpHgvabeBBs2)(220222010 . 1; 02201gvgvdlHgpbeBsB2)1 (2 (2) (2) 虹吸管中最大真空一般发生在管子最高位置。本题中最虹吸管中最大真空一般发生在管子最高位置。本题中最大真空发生在第二个弯头前，即大真空发生在第二个弯头前，即B B- -B B断面。具体分析如下：断面。具体分析如下

29、： 以上游渠道自由面为基准面，令以上游渠道自由面为基准面，令B B- -B B断面中心至上游渠道水断面中心至上游渠道水面高差为面高差为HsHs，对上游断面，对上游断面0-00-0及断面及断面B B- -B B列能量方程列能量方程 式中，式中，L LB B为从虹吸管进口至为从虹吸管进口至B B- -B B断面的长度。断面的长度。取取则则vbeBshgvdlH2)1 (2gvdlhHbeBvs2)1 (2m24. 6)4114. 3(8 . 92985. 1)365. 05 . 0120024. 01 (7222vBhgp 若要求管内真空值不大于某一允许，即式中若要求管内真空值不大于某一允许，即式

30、中h hv v为允许真为允许真空值，空值，h hv v=7=7m m。则。则 即即而而故虹吸管最高点与上游水面高差应满足故虹吸管最高点与上游水面高差应满足HsHs6.246.24m m。 【例例3 3】 一横穿河道的钢筋混凝土倒虹吸管，如图所示。一横穿河道的钢筋混凝土倒虹吸管，如图所示。已知通过流量已知通过流量qv为为3m3/s，倒虹吸管上下游渠中水位差，倒虹吸管上下游渠中水位差z为为3m，倒虹吸管长，倒虹吸管长l为为50m，其中经过两个，其中经过两个300的折角转弯，的折角转弯，其局部水头损失系数其局部水头损失系数b为为0.20，上下游渠中流速，上下游渠中流速v1 及及v2为为1.5m/s，

31、管壁粗糙系数，管壁粗糙系数n0.014。试确定倒虹吸管直径。试确定倒虹吸管直径d。 gzdgzAqccv2422gzqdcv24dlc1 因为沿程阻力系数因为沿程阻力系数或谢才系数或谢才系数C都是都是d 的复杂函数，因此需的复杂函数，因此需用用试算法试算法。 解：倒虹吸管一般作短管计算。本题管道出口淹没在解：倒虹吸管一般作短管计算。本题管道出口淹没在水下；而且上下游渠道中流速相同，流速水头消去。水下；而且上下游渠道中流速相同，流速水头消去。 因因所以所以而而smRnC/62.54)48 . 0(014. 0112161610263. 062.548 . 98822Cg12 . 025 . 08

32、 . 0500263. 01210becdl531. 054. 31md97. 038 . 9214. 3531. 034 先假设先假设d d0.80.8m m，计算沿程阻力系数：，计算沿程阻力系数： 故故 又因又因可求得可求得与假设不符。与假设不符。smC/21.56)495. 0(014. 0121610248. 021.568 . 98214 . 05 . 095. 0500248. 01c558. 020. 31md945. 038 . 9214. 3558. 034 故再假设故再假设d d=0.95=0.95m m，重新计算：，重新计算： 得得因所得直径已和第二次假设值非常接近，故采

33、用管径因所得直径已和第二次假设值非常接近，故采用管径d d为为0.950.95米米00whgVgpzgVgpz2222222211116-4-4 气体管路气体管路 (1)(2)wpVpzzgVp222222212111其中其中 断面断面1-1与与2-2与压强形式表示的能量损失与压强形式表示的能量损失wwghp 分别为断面分别为断面1-1与与2-2的绝对压强，设的绝对压强，设1-1处的大气压强为处的大气压强为pa，则断面，则断面2-2的大气压强为的大气压强为21, pp12zzgpaaappp111222zzgpppaa wapVpzzgVp2222212211a故：故：00 wapVpzzgV

34、p2222212211wpVpVp2222221122V22Vp解：解：列进出口断面的能量方程：列进出口断面的能量方程：25 . 22VswsappgHp210021 pp相对压强相对压强212.54225 . 2242222VRHVVVRHpssssw出mAAAR177. 05 . 041414gVRHHssa212.542代入上式得：代入上式得：)/(53.512.5177.0420045.0208 .9294.094.029.112.5422121smRHgHVssa)/(765. 253. 55 . 03smAVqv所以烟气流量所以烟气流量 6-26-2 管嘴恒定出流管嘴恒定出流 6-

35、16-1 孔口恒定出流孔口恒定出流 6-36-3 孔口（或管嘴）的变水头出流孔口（或管嘴）的变水头出流 6-46-4 短管的水力计算短管的水力计算 6-56-5 长管的水力计算长管的水力计算 6-6 6-6 管网水力计算基础管网水力计算基础 6-76-7 离心式水泵及其水力计算离心式水泵及其水力计算 6-86-8 水击简介水击简介6-5-1 简单管路简单管路简单管路：简单管路：指具有相同管径，相同流量的管段，它是组指具有相同管径，相同流量的管段，它是组成各种复杂管路的基本单元。如图所示。成各种复杂管路的基本单元。如图所示。长管：长管：流速水头和局部水头损失小于总水头损失的流速水头和局部水头损失

36、小于总水头损失的5%,5%,可略去不计，以达到简化计算。可略去不计，以达到简化计算。252282lQdggvdlhhHfw22522228242vvvfSlqlqgdgdqdlgVdlh方程表明全部水头均消耗于克服沿程阻力上方程表明全部水头均消耗于克服沿程阻力上而而528gdS52264dCS4,161dRRnC 28Cg),( dfS33. 523 .10dnS 33. 5001741. 0dS 3 . 0021. 0d3 . 5523 . 052001736. 0021. 088dgddgdS)/(230. 04 . 0013. 03 .103 .106233. 5233. 52msdnS

37、 2vSlqH )/(125. 02500230. 093smSlHqv)/(16. 015. 0250096222mslqHSv33. 523 .10dnS mmmSnd428428. 016. 0013. 03 .103 .1033. 5233. 52又又hf1hf2Hqv1qv2q1q2L1,d1L2,d2iviviqqq12viiifiqlShniviiinifiqlShH121niniiiviivlSHqlSqH1126-5-2 串联管路串联管路 由直径不同的几段管道依次连接而成的管路，称为串联由直径不同的几段管道依次连接而成的管路，称为串联管路管路( (pipes in serie

38、spipes in series ) )。给水工程中串联管路常按长管给水工程中串联管路常按长管计算。计算。 任一管段流量任一管段流量 任一管段水头损失任一管段水头损失总水头总水头vvvvqqqq321233221123322221123332222211132131)(vvvvvvvffffqlslslsqlsqlsqlsqlsqlsqlshhhh332211lslslssl21211222211vvvqllSlSqlSqlSHmllml5 .8642500,5 .1635121 6-5-3 并联管路并联管路凡是两条或两条以上的管道从同一点分叉而又在另一点凡是两条或两条以上的管道从同一点分叉而

39、又在另一点汇合组成的管路称为并联管路汇合组成的管路称为并联管路( (pipes in parallelpipes in parallel ) )。并联管路一般按长并联管路一般按长管计算管计算。 并联管路图并联管路图) 1 (321vvvvqqqqqvqv2qv3hla-b) 2 (321wwwwhhhh2233322222111vvvvslqqlsqlsqls)3(333322221111lshqlshqlshqslhqwvwvwvwv 23322112111lslslsqhvf3322111111lslslssl331113223332112221lslsqqlslsqqlslsqqvvvv

40、vv3322113211:1:1:lslslsqqqvvv6226231/375,/0 .43msSmsSSmlSlSlSqhvf63.9200431150375120043108.01112223322112smlShqqfvv/0335. 02004363. 931131smlShqfv/0130. 015037563. 93222qvz6-5-4 沿程均匀泄流管路沿程均匀泄流管路 沿程连续不断分泄出的流量称为沿程泄出流量，若管段各单位长沿程连续不断分泄出的流量称为沿程泄出流量，若管段各单位长度上的沿程泄出流量相等，这种管道称为沿程均匀泄流管道。度上的沿程泄出流量相等，这种管道称为沿程均匀

41、泄流管道。 如图所示管道如图所示管道ABAB长为长为L L，水头为，水头为H H，管道末端流出的流量，管道末端流出的流量q qvzvz，单，单位长度上沿程泄出流量为位长度上沿程泄出流量为q q。 qxlqqvzmv)( dxqxlqsdhvzf2dxqxlqshvzlfAB20)31(222lqqlqqslvzvz在离起点在离起点A A距离为距离为x x的的M M点断面处流量为点断面处流量为 在在dxdx管段内沿程水头损失管段内沿程水头损失有有 6-26-2 管嘴恒定出流管嘴恒定出流 6-16-1 孔口恒定出流孔口恒定出流 6-36-3 孔口（或管嘴）的变水头出流孔口（或管嘴）的变水头出流 6

42、-46-4 短管的水力计算短管的水力计算 6-56-5 长管的水力计算长管的水力计算 6-6 6-6 管网水力计算基础管网水力计算基础 6-76-7 离心式水泵及其水力计算离心式水泵及其水力计算 6-86-8 水击简介水击简介ABCDEFGHABCDEF枝状管网枝状管网环状管网环状管网 ev100400 0.61.0 /eDmmvm s4001.01.4 /eDmmvm s 当直径 当直径2ifi iihAl Q6-6-1 枝状管网枝状管网200tfzti iiztHhHzzAlQHzzzH0ztzfh: : 控制点的自由水头控制点的自由水头: : 控制点的地形标高控制点的地形标高: :水塔处

43、的地形标高水塔处的地形标高: : 从水塔到管网控制点从水塔到管网控制点 的总水头损失的总水头损失HtZtHzZ0hf0()ttziHzzHJl2iiQJA 选择平均水力坡度最小的那条干线作为控制干线控制干线进行设计；12345679L/s9.5L/s13L/s35L/s20L/s25L/s040.025 40.1781eQdmv2244 0.0250.80/0.2Qvm sd 12345679L/s9.5L/s13L/s35L/s20L/s25L/s03 4221.06 9.029 350 0.0252.09fhkAlQm12345679L/s9.5L/s13L/s35L/s20L/s25L/

44、s0各管段计算可列表进行：各管段计算可列表进行：2.09 2.03 1.31 2.277.70fhm3.78 0.99 0.90 2.27 7.94fhm7.941219.94tfzHhHm12345679L/s9.5L/s13L/s35L/s20L/s25L/s0()1gkpnnn管段数目（环数） （节点数目）2gn0iQ20fi iihA l Q6-6-2 环状管网环状管网 fhh 2221iiiiiiiiffQQQlAQQlAhhiiiiiiiiiiiiiffQQlAQlAQQQlAhhii22122 02iiiifffQQlAhhhiiiiffiiiifiiifQhhQQlAhQlAh

45、Qiiii2222 6-26-2 管嘴恒定出流管嘴恒定出流 6-16-1 孔口恒定出流孔口恒定出流 6-36-3 孔口（或管嘴）的变水头出流孔口（或管嘴）的变水头出流 6-46-4 短管的水力计算短管的水力计算 6-56-5 长管的水力计算长管的水力计算 6-6 6-6 管网水力计算基础管网水力计算基础 6-76-7 离心式水泵及其水力计算离心式水泵及其水力计算 6-86-8 水击简介水击简介 离心式水泵管道系统的工作原理是通过水泵转轮的转动，在水泵在水泵入口处形成真空，入口处形成真空，从而使水流在水池表面大气压力的作用下沿吸水管上升。水流在流经水泵时获得了能水流在流经水泵时获得了能量，量，进

46、入压水管，最终流入水塔或水池，供生产和生活之用。水泵管路系统的吸水管一般属于短管，压水管则视管道具体情况而定。水泵管道系统水力计算的任务，主要是确定水泵的安装高度及水泵的总扬程6-7-1 离心式水泵的工作原理离心式水泵的工作原理离心泵性能参数离心泵性能参数 流量流量Q Q； 扬程扬程H H； 功率功率N N 效率效率； 转速转速n n； 允许吸水真空度允许吸水真空度 h hvv。6-7-2 离心泵性能参数离心泵性能参数wgwhHhzzH12上式表明，在管路系统中，水泵的上式表明，在管路系统中，水泵的扬程扬程H H用于使水提升几何给水高度用于使水提升几何给水高度和克服管路中的水头损失和克服管路中

47、的水头损失。6-7-3 水泵水泵管路管路系统的水力计算系统的水力计算工程中有关水泵的水力计算问题包括：工程中有关水泵的水力计算问题包括：1)1)水泵安装高度计算水泵安装高度计算;2);2)水水泵扬程计算及水泵轴功率的确定；泵扬程计算及水泵轴功率的确定；3)3)水泵工况分析。水泵工况分析。由伯努利方程可得水泵扬程计算式由伯努利方程可得水泵扬程计算式v 水泵扬程的确定水泵扬程的确定管路特性曲线：管路特性曲线： 22222122QgAdlHgvgvdlHhHHggwgv 水泵工况分析水泵工况分析 水泵的工况分析即是确定水泵的工作点。水泵工作点是水泵水泵的工况分析即是确定水泵的工作点。水泵工作点是水泵

48、特性曲线与管路特性曲线的交点。特性曲线与管路特性曲线的交点。 水泵性能曲线：在转速水泵性能曲线：在转速n一定的情况下，水泵的扬程一定的情况下，水泵的扬程H、轴功率、轴功率N Nx x、效率效率与流量与流量Q的关系曲线。的关系曲线。221gAdlR令令则上式可表示为则上式可表示为2RQHHg以以Q为自变量，绘出为自变量，绘出HQ关系曲线，即为关系曲线，即为管路特性曲线管路特性曲线。 工作点的确定：工作点的确定：将水泵性能曲线和管路特性曲线按同一比例绘在同一张将水泵性能曲线和管路特性曲线按同一比例绘在同一张图上，两条曲线的交点即为水泵的工作点。图上，两条曲线的交点即为水泵的工作点。4aQdv4 250.0743.14 1.6 3600dm根据计算选取标准管径da75mm，相应流速va1.57m/s。按经济流速va11.6m/