水力学系统讲义第七章-有压管流

第七章有压管流有压管路根据据布置的不同同，可分为：：枝状管网环状管网串联管路并联管路管网复杂管路由两根以上管管道所组成的的管路系统简单管路管径、流速、、流量沿程不不变，且无分支的单线线管道有压管路有压管流指液液体在管道中中的满管流动动。除特殊点点外，管中液体的相相对压强一般般不为零，故故名。按局部水头损损失和流速水水头之和在总总水头损失中中所占的比重不不同，可分为为：短管：局部水头损损失和流速水水头不能忽略略的、需要同同时计算hf，hj和v2/2g的管道(水泵吸水管，，虹吸管)长管：管道中以沿沿程水头损失失为主，局部部水头损失和和流速水头所所占比重小于于5%-10%的沿程水头损损失，从而可可予以忽略的的管道(市政给水管道道)短管的水力计计算（自由出出流）短管的水力计计算（淹没出出流）这表明短管水流在淹没出流时，其作用水头完全消耗在沿程水头损失和局部水头损失上思考题(1)两根完全相同同的管道，只只是安装高度度不同，两管管道的流量关关系为：(2)一水箱外接一一长L的短管，自由由出流时如图图A，其流量为Q1;淹没出流时如如图B,其流量为Q2,则Q1与Q2的关系为：Q1=Q2Q1=Q2短管水力计算算分类对于短管恒定定流，管长、、管径、管材材以及管壁粗粗糙情况，局局部阻力结构构和组成均是是确定的，短短管的水力计计算有以下几几种类型：已知流量Q，管径d，计算H0（如设计水箱箱或水塔水位位标高）已知水头H0，管径d，计算流速v和通过的流量量Q，这类问题多多属于校核情情况（可直接接用短管出流流的基本公式式或应用能量量方程求解））已知通过管道道的流量Q，水头H0，设计管径d（这类问题以以管径为未知知数，代入短短管出流的流流量方程，通通常用试算法法求解）虹吸管：管道道轴线一部分分高出无压的的上游供水水水面。具有可可以跨越高地地，减少挖方方，便于操作作等优点。为为防止气塞发发生，虹吸管管的允许真空空度一般为[hv]=7~8m（由真空泵或水水射器将虹吸吸管内空气抽抽出，形成部部分真空，水水在上游水面面大气压强作作用下进入虹虹吸管内并充充满它；之后后，在上下游游水头差的作作用下，使水水不断流到下下游集水井或或水池中）涵管（倒虹吸吸管）：当小小的河流穿过过公路和铁路路路基时，常常采用涵管涵管虹吸输水：世界上最大直径的虹吸管管(右侧直径1520毫米、左侧600毫米),虹吸高度均为为八米，犹如如一条巨龙伴游游一条小龙匐匐卧在浙江杭州州萧山区黄石石垅水库大坝上上，尤为壮观观，已获吉尼斯世世界纪录。如图所示离心心泵，抽水流流量Q=8.8L/s，吸水管长l=7.5m，直径D为100mm，沿程阻力系系数=0.045，局部水头损损失系数为：：有滤网的底底阀v=7.0，90o弯b=0.3，泵的允许吸吸水真空高度度[hv]=5.7m，确定水泵的的最大安装高高度Hp。解：取吸水池池水面1-1和水泵进口断断面2-2列伯努利方程程，忽略吸水水池水面流速速作业1、2长管的水力计计算长管水头损失失的计算由水塔向工厂厂供水，如图图所示，采用用铸铁管。管管长l=2500m，管径d=400mm。水塔处地形形标高1=61m，水塔水面距距离地面高度H1=18m，工厂地形标标高2=45m，管路末端需需要的自由水头H2=25m，求通过管路路的流量。上题中，若车车间需水量Q=0.152m3/s，管线布置、、地面标高及及供水点需要的的最小服务水水头都不变，，试设计水塔塔高度。保持上题车间间需水量Q=0.152m3/s，水塔高度H1=18m，管线布置、地地面标高及供供水点需要的的最小服务水水头都不变，，试设计管径。。由此可见，所所需管径在D1与D2之间而实际无此规规格产品，为为防止小管径径引起的流量不不足和大管径径的浪费，通常选用两种种直径的管道道进行串联串联管路串联管路：由直径不同同的管段首尾尾顺次连接而成成的管路称为为串联管路串联管路计算算的基本公式式:某供供水水管管路路，，总总长长l=3000m，作作用用水水头头H=28m，要求求输输水水流流量量为为160L/s,试将将管管路路设设计计成成串串联联的的两两根根铸铸铁铁管管段段，，以便便充充分分利利用用水水头头和和保保证证流流量量并联联管管路路并联联管管路路：两两根根或或两两根根以以上上管管段段的的起起点点和和终终点点相相同同的的管管路路（（或或在在两两个个节节点点之之间间连连接接两两根根或或两两根根以以上上管管段段的的管管路路））并联联管管路路计计算算的的基基本本公公式式:并联联管管路路计计算算的的基基本本公公式式:三根根并并联联管管路路的的粗粗糙糙度度系系数数为为0.013，总总流流量量Q=0.32m3/s,已知知d1=300mm，d2=250mm，d3=200mm，l1=l3=1000m，l2=800m，试试求求三三根根管管段段的的流流量量Q1，Q2，Q3沿程程均均匀匀泄泄流流管管路路途泄泄流流量量(Qt)：沿着着管管长长从从侧侧面面不不断断连连续续向向外外泄泄出出的的流流量量转输输流流量量/贯通通流流量量/通过过流流量量(Qz)：传输输到到以以后后各各管管段段的的流流量量沿程程均均匀匀泄泄流流管管路路：：管段段单单位位长长度度上上的的流流量量等等于于q的管管路路（q为比比流流量量））如图图，，由水水塔塔供供水水的的输输水水塔塔，，有有三三段段铸铸铁铁管管组组成成，，中中段段为为均匀匀泄泄流流管管段段。。已已知知：：l1=500m,d1=200mm,l2=150m，d2=150mm,l3=200m,d3=125mm,节点点B分出出流流量量q=0.01m3/s，途泄泄流流量量Qt=0.015m3/s，传传输输流流量量Qz=0.02m3/s，求需需要要的的水水塔塔高高度度（（作作用用水水头头））。。解：：首首先先将将途途泄泄流流量量转转换换为为转转输输流流量量各管管段段流流量量为为：：作业业6、7管网网水水力力计计算算管网网是是由由若若干干条条简简单单管管路路组组合合而而成成的的，，可分分为为枝枝状状管管网网(a)和环环状状管管网网(b)两种种管网网内内的的各各管管段段的的管管径径是是根根据据流流量量Q及速速度度v二者者来来决决定定的的，，在在流流量量Q一定定的的条条件件下下，，管管径径随随着着在在计计算算中中所所选选择择的的速速度度v的大大小小而而不不同同流速速大大，，管管径径小小，，管管路路造造价价低低，，水水头头损损失失大大，，增增加加水水塔塔高高度度及及抽抽水水的的运运行行费费用用流速速小小，，管管径径大大，，水水头头损损失失小小，，减减少少抽抽水水的的运运行行费费用用，，管管路路造造价价高高经济济流流速速：：采用用一一定定的的流流速速使使得得供供水水的的总总成成本本（（包包括括建建筑筑水水管管的的建建设设费费、、抽抽水水机机站站建建设设费费、、水水塔塔建建设设费费及及抽抽水水经经常常运运营营费费的的总总和和））最最低低。。这这种种流流速速称称为为经经济济流流速速ved=100-400mm时，ve=0.6-1.0m/sd>400mm时，ve=1.0-1.4m/s枝状管网网（1）新建给给水系统统的设计计：已知地形形、管长长、管材材、用户户位置、、用水量量、要求求的自由由水头未知量：：水塔高高、管径径计算步骤骤：(1)按照经济济流速在在已知流流量下选选择管径径：(2)计算出各各管段的的水头损损失：(3)确定水塔塔高度：：式中Hz为控制点点的最小小服务水水头；z0为控制点点的地形形标高；；zt为水塔处处的地形形标高；；hf为从水塔塔到管网网控制点点的总水水头损失失。(2)改扩建给给水系统统的设计计：已知水塔塔高度Ht、管路沿沿线地形形、管路路长度l、用水点点的最小小服务水水头Hs及通过的的流量Q未知量：：管径因水塔高高度已定定，若用用经济流流速确定定管径，，往往达达不到供供水要求求。计算步骤骤：根据枝状状管网各各干线的的已知条条件，算算出它们们各自的的平均水水力坡度度：选择其中中平均水水力坡度度最小的的管线作作为控制制干线进进行设计计控制干线线上按水水头损失失均匀分分配，即即各管段段水力坡坡度相等等的条件件计算各各管段比比阻：按照求得得的比阻阻值选择择各管段段直径，，实际选选用时，，可取部部分管段段比阻大大于计算算值，部部分小于于计算值值控制管线线确定后后计算出出各节点点的水头头，以此此为准继继续设计计各支线线管径环状管网网管网的管管线布置置、各管管段的长长度、管管网各节节点的流流量已知知，待求求各管段段的通过过流量Q、各管段段的管径径d，各管段段的水头头损失hf任意环状状管网，，存在关关系式：：未知数总总数：2np满足的水水力条件件：规定：环环路内以以顺时针针方向的的水流所所引起的的水头损损失为正正，，逆时针针方向的的水流所所引起的的水头损损失为负负哈代-克罗斯(Hardy-Cross)法：初估各管管段的流流量，并并使各节节点满足足（I）式的要要求依据初值值流量，，计算各各管段的的水头损损失（只只计沿程程水头损损失）检查环路路的水头头损失是是否满足足（II）式，若若不满足足按下式式计算修修正流量量并对初值值流量进进行修正正。重复复上述三三步，直直达闭合合差达达到要要求的数数值为止止