第6章-有压管流ppt课件.ppt

第第 6 章章 有压管流有压管流 有压管流指液体在管道中的满管流动。除特殊点外，有压管流指液体在管道中的满管流动。除特殊点外，管中液体的相对压强一般不为零，故名。管中液体的相对压强一般不为零，故名。流分为短管出流与长管出流流分为短管出流与长管出流。比例相当、均不可以忽略的有压管流；如虹吸管或建筑比例相当、均不可以忽略的有压管流；如虹吸管或建筑给水管等。给水管等。可以忽略或按比例折算成沿程水头损失的有压管流；按可以忽略或按比例折算成沿程水头损失的有压管流；按连接方式，长管又有简单管路与复杂管路之分连接方式，长管又有简单管路与复杂管路之分,如市政如市政给水管道等。给水管道等。有压管道有压管道无压管道无压管道有压流有压流无压流无压流简单管道简单管道复杂管道复杂管道长管长管短管短管自由出流自由出流淹没出流淹没出流简单管道简单管道串联管道串联管道并联管道并联管道水头损失以沿程水头损失为主，局部水头损失和流速水头在总损失中所占比重很小，计算时可以忽略的管道局部损失在总损失中占有相当的比重，计算时不能忽略的管道前进 6.1 短管的水力计算短管的水力计算 6.1.1 基本公式基本公式 短管水力计算可直接应用伯努利方程求解，也可将伯努利短管水力计算可直接应用伯努利方程求解，也可将伯努利方程改写成工程应用的一般形式，然后对短管进行求解。方程改写成工程应用的一般形式，然后对短管进行求解。短管出流有自由出流和淹没出流之分。短管出流有自由出流和淹没出流之分。液体经短管流入大气为自由出流。液体经短管流入大气为自由出流。设一短管，列设一短管，列1-2断面伯努利方程，得断面伯努利方程，得112200vH式中水头损失可表示为式中水头损失可表示为解出流速解出流速流量为流量为令令为短管管系流量系数为短管管系流量系数 液体经短管流入液体为淹没出流。液体经短管流入液体为淹没出流。管系流量系数为管系流量系数为流量计算与自由出流相同，即流量计算与自由出流相同，即00Hv1122自由出流自由出流1122HOO淹没出流淹没出流2211ZOO其中其中返回短管水力计算的基本类型短管水力计算的基本类型当已知管道尺寸和输水能力时，计算水头损失；当已知管道尺寸和输水能力时，计算水头损失；即要求即要求确定通过一定流量时所必须的水头确定通过一定流量时所必须的水头。管线布置已定，当要求输送一定流量时，管线布置已定，当要求输送一定流量时，确定所确定所需的断面尺寸需的断面尺寸。当管道布置、断面尺寸及作用水头已知时，要求当管道布置、断面尺寸及作用水头已知时，要求确定管道通过的流量确定管道通过的流量。对一个已知管道尺寸、水头和流量的管道，要求对一个已知管道尺寸、水头和流量的管道，要求确确定管道各断面压强的大小定管道各断面压强的大小。返回短管管道系统水头线的绘制1.1.绘制步骤绘制步骤（1）根据已知条件，计算沿流程各管段的沿程水头损失和各项局部水头损失（2）从管道进口断面的总水头开始，沿流程依次减去各项水头损失，得各相应断面的总水头值，并连结得到总水头线。（3）由总水头线向下位移一个沿流程相应断面的流速水头值，即可得到测压管水头线。2.2.绘制注意事项绘制注意事项（1）局部水头损失可等效地集中绘制在局部构件所在的断面上。所以局部构件前后有两个总水头，以实降的“台阶”高度表示局部水头损失的大小（2）实际液流的总水头线永远是沿程下降的，任意两过水断面间总水头下降值即为这个断面间液流的水头损失；测压管水头线可以是沿流程下降、上升或水平的，取决于动能与势能的相互转化关系。（3）应注意管道进出口处的边界条件。进口，起点为上游容器的总水头 出口，自由出流Hp交于出口断面的形心上 淹没出流Hp在下游断面的自由表面上（4）测压管水头与相应断面的管轴位置高差即为压强水头。所以Hp高出管道轴线的区域为正压区，低于则为负压区OOHV0011测压管水头线的定性分析测压管水头线的定性分析前进V00前进2211V00V下0前进管道水力计算特例管道水力计算特例虹吸管及水泵虹吸管及水泵ZZs 虹虹吸吸管管是是一一种种压压力力管管，顶顶部部弯弯曲曲且且其其高高程程高高于于上上游游供供水水水水面面。其其顶顶部部的的真真空空值值一一般般不不大大于于78m水水柱柱高高。虹虹吸吸管管安安装装高高度度Zs越越大大，顶顶部部真真空空值值越大。越大。虹虹吸吸管管的的优优点点在在于于能能跨跨越越高高地地，减少挖方。减少挖方。虹虹吸吸管管长长度度一一般般不不长长，故故按按短短管管计算。计算。1122 通通过过水水泵泵转转轮轮转转动动的的作作用用，在在水水泵泵进进口口端端形形成成真真空空，使使水水流流在在池池面面大大气气压压作作用用下下沿沿吸吸水水管管上上升升，流流经经水水泵泵时时从从水水泵泵获获得得新新的的能能量量，从从而而输输入入压压力力管管，再流入水塔。再流入水塔。安装高度安装高度提水高度提水高度安装高度安装高度ZZs吸水管吸水管压水管压水管水泵向单位重量液体所提供的机械能，称为水泵的扬程返回例例题题：用用水水泵泵自自水水库库A A向向水水库库B B作作恒恒定定输输水水。水水泵泵扬扬程程H H10m10m，管管道道直直径径d d100mm100mm，管管长长L L100m100m，管管壁壁谢谢才才系系数数C C62.6m62.6m1/21/2/s/s，进进0.80.8，出出1.01.0，略略去去弯弯头头损损失失；水水库库水水位位差差为为7.82m7.82m，管管最最高高处处中中心心点点C C与与B B水水库库水水面面高高差差为为3m3m，C C点点至至水水库库A A的的管管长长为为60m60m。求管内流量。求管内流量Q Q及及C C点真空度。点真空度。例例题题：用用水水泵泵自自水水库库A A向向水水库库B B作作恒恒定定输输水水。水水泵泵扬扬程程H H10m10m，管管道道直直径径d d100mm100mm，管管长长L L100m100m，管管壁壁谢谢才才系系数数C C62.6m62.6m1/21/2/s/s，进进0.80.8，出出1.01.0，略略去去弯弯头头损损失失；水水库库水水位位差差为为7.82m7.82m，管管最最高高处处中中心心点点C C与与B B水水库库水水面面高高差差为为3m3m，C C点点至至水水库库A A的的管管长长为为60m60m。求管内流量。求管内流量Q Q及及C C点真空度。点真空度。解：求解：求Q Q取水库A水面为基准面，取水库水面A-A、B-B为计算断面，自由液面点为计算点，列A-A至B-B能量方程如下：代入(1)式得:V V1.4m/s1.4m/s故故Q=3.140.121.4/4Q=3.140.121.4/40.011m0.011m3 3/s/s11L/s11L/s (1)求求C C点真空度点真空度列列A-AA-A断面至断面至C-CC-C断面能量方程断面能量方程：0+0+0+H7.82+3+pC/+V2/2g+hW1 （2）hW1（L1/d）（V2/2g）+0.8V2/2g1.28m取1.0，代入（2）式得：pC/-2.2m故C点真空度pV/2.2m 例例题题：通通过过管管长长l l1 1=5m=5m、管管径径d d1 150mm50mm管管道道连连接接水水库库和和水水箱箱。水水库库和和水水箱箱水水位位差差h h5m5m，水水箱箱后后又又接接一一d2=d1d2=d1的的水水平平管管道道，且且l2=l1l2=l1，管管道道沿沿程程阻阻力力系系数数=0.03=0.03，水水流流为为恒恒定定流流（图图5-45-4）。求求流流量量Q Q，并并绘绘制制全全管管道道的的测测压压管管水水头头线线（直直接接在在图图中中绘绘出出）。又又，如如果果l2l2管管倾倾斜斜3030，水水库库内内水水位位不不变变，求求管管内内流流量量QQ及及此时的两水位差此时的两水位差hh。（。（1414分）分）解：解：列列1、2断面的能量方程：断面的能量方程：h+0+0=0+0+hw设在l1管道中的流速为v，则 列2、3断面的能量方程设v2为l2中的流速，因为d2=d1，所以v2=v当l2管倾斜30时，列1、3断面的能量方程：设H=h+h2+l2sin30=5+5+52=12.5m 例例题题：如如图图所所示示，用用一一根根虹虹吸吸管管从从水水箱箱中中取取水水，虹虹吸吸管管管管径径d d5cm5cm，管管总总长长10.5m，管管道道沿沿程程阻阻力力系系数数0.300.30，弯弯管管局局部部阻阻力力系系数数弯弯0.20.2，进进口口处处局局部部阻阻力力系系数数为为1 1，l lABAB3.5m3.5m，试试求求管管中中流流量和管内最大真空度。（量和管内最大真空度。（1515分）分）例例题题：如如图图所所示示，用用一一根根虹虹吸吸管管从从水水箱箱中中取取水水，虹虹吸吸管管管管径径d d5cm5cm，管管总总长长10.5m，管管道道沿沿程程阻阻力力系系数数0.300.30，弯弯管管局局部部阻阻力力系系数数弯弯0.20.2，进进口口处处局局部部阻阻力力系系数数为为1 1，l lABAB3.5m3.5m，试试求求管管中中流流量和管内最大真空度。（量和管内最大真空度。（1515分）分）解：以管出口处为基准面，列1-1,2-2断面的能量方程进1.0解得v=1.226m/s,故 管道最高点B处的真空度为最大，以水箱水面为基准面，在水箱水面与管道B点之间建立伯努利方程：解得所以B点真空度为：3.28m水柱6-2长管的水力计算列列1-1,2-2断面能量方程断面能量方程自由出流自由出流1122HOO淹没出流淹没出流2211ZOO一、简单管路：管径、管壁粗糙状况和流量沿流程不变的无一、简单管路：管径、管壁粗糙状况和流量沿流程不变的无分枝的管道分枝的管道比阻比阻比阻计算方法比阻计算方法（）谢才公式（）谢才公式将将代入上式得代入上式得若已知若已知n,d即可求出即可求出S0（3）舍维列夫公式（针对旧钢管与旧铸铁管）舍维列夫公式（针对旧钢管与旧铸铁管）紊流过渡区紊流过渡区 V1.2m/s粗糙区粗糙区 V1.2m/s【解】【解】首先计算作用水头首先计算作用水头【例【例1】采用铸铁管由水塔向车间供水。已知水管长】采用铸铁管由水塔向车间供水。已知水管长2500m，管径管径400mm，水塔地面标高，水塔地面标高61m，水塔高，水塔高18m，车间地面，车间地面标高标高45m，供水点要求最小服务水头，供水点要求最小服务水头25m，求供水量。，求供水量。然后查表求比阻，查表然后查表求比阻，查表6-1求得流量为求得流量为求得比阻求得比阻查表查表6-1，求管径，求管径【例【例2】其他条件同【例】其他条件同【例1】，供水量增至】，供水量增至 0.152 m3/s，求管径。，求管径。【解】解】作用水头不变作用水头不变 D D=450mm=450mm，a a=0.1230 s=0.1230 s2 2/m/m6 6 ；可见，所需管径界于上述两种管径之间，但实际上无此规可见，所需管径界于上述两种管径之间，但实际上无此规 D D=400mm=400mm，a a=0.230 s=0.230 s2 2/m/m6 6 。格。采用较小管径达不到要求的流量，使用较大管径又将浪费格。采用较小管径达不到要求的流量，使用较大管径又将浪费 投资。合理的办法是分部分采用，然后将二者串联起来。投资。合理的办法是分部分采用，然后将二者串联起来。二、串联管道的水力计算二、串联管道的水力计算没有流量流出，各管段的联接点水流符合连续性方程：没有流量流出，各管段的联接点水流符合连续性方程：计算特点：计算特点：串联管道的总水头损失等于各串联管段水头损失串联管道的总水头损失等于各串联管段水头损失之和之和Q2Q1Q3q1q2H返回【解】设【解】设【解】设【解】设 D D1 1=450mm=450mm的管段长的管段长的管段长的管段长 l l1 1，D D2 2=400mm=400mm的管段长的管段长的管段长的管段长 l l2 2【例【例3】【例】【例2】中，为充分利用水头和节省管材，采用】中，为充分利用水头和节省管材，采用450mm和和和和400mm400mm两种直径管段串联，求每段管长度。两种直径管段串联，求每段管长度。两种直径管段串联，求每段管长度。两种直径管段串联，求每段管长度。由表由表由表由表6-16-1查得查得查得查得 D D1 1=450mm=450mm，a a1 1=0.123 s=0.123 s2 2/m/m6 6D D2 2=400mm=400mm，a a2 2=0.230 s=0.230 s2 2/m/m6 6于是于是于是于是解得解得解得解得 l l1 1=1729 m=1729 m，l l2 2=771 m=771 m三、并联管道的水力计算三、并联管道的水力计算各支管的流量与总流量应满足连续性方程各支管的流量与总流量应满足连续性方程各支管的水头损失相等各支管的水头损失相等Q4Q1Q2Q3Q5H水流满足能量方程水流满足能量方程或或返回【例【例4】三根并联铸铁输水管道，总流量】三根并联铸铁输水管道，总流量 Q=0.28m3/s；各；各支管管长分别为支管管长分别为 l1=500m，l2=800m，l3=1000m；直径分；直径分别为别为D1=300mm，D2=250mm，D3=200mm。试求各。试求各支支管流量及管流量及 AB 间的水头损失。间的水头损失。【解】查表解】查表6-1求比阻求比阻D1=300mm，a1=1.07s2/m6根据各管段水头损失的关系：根据各管段水头损失的关系：D2=250mm，a2=2.83s2/m6或或再与流量关系再与流量关系联立解得：联立解得：A AB Bl l1 1,D D1 1,Q Q1 1l l2 2,D D2 2,Q Q2 2l l3 3,D D3 3,Q Q3 3AB 间水头损失：间水头损失：D3=200mm，a3=9.30s2/m6四、沿程均匀泄流管道的水力计算四、沿程均匀泄流管道的水力计算H Hl lx xdxdxMMQ Qq q沿程均匀泄流管路：给水工程中，有的配水管和冲洗管要求沿着管子泄出，沿程均匀泄流管路：给水工程中，有的配水管和冲洗管要求沿着管子泄出，若单位长度上泄出的流量均为若单位长度上泄出的流量均为q（q称为途泄流量称为途泄流量），这种管子称），这种管子称转输流量转输流量Q：通过这一段管路并继：通过这一段管路并继续向下游管道输送的流量续向下游管道输送的流量设距出口设距出口x处的处的M断面上断面上,流量为流量为 QM=qx+Q近似写成近似写成QQ0 0=Q+0.55ql=Q+0.55ql 实际计算中实际计算中,常引用计算流量常引用计算流量 当转输流量当转输流量Q=0时时若沿程均匀泄流管道无转输流量若沿程均匀泄流管道无转输流量Q,而只有途泄流量而只有途泄流量Q0时,其水头损失仅为简单管道在通过流量为Q时的1/3H Hl lx xdxdxMMQ Qq q【例【例5】水塔供水的输水管道，由三段铸铁管串联而成，】水塔供水的输水管道，由三段铸铁管串联而成，BC 为沿程均匀泄流段。管长分别为为沿程均匀泄流段。管长分别为 l1=500m，l2=150m，l3=200m；管径；管径 D1=200mm，D2=150mm，D3=100mm，节点节点B分出流量分出流量q=0.07m3/s，通过流量，通过流量 Qp=0.02m3/s，途泄流量，途泄流量Qs=0.015m3/s，试求所需作用水头，试求所需作用水头H。【解】解】BC 段途泄流量折算后段途泄流量折算后H HQ Qp p作用水头为各段损失之和，即作用水头为各段损失之和，即A AB BC Cq qQ Qt tl l1 1D D1 1l l2 2D D2 2l l3 3D D3 3q+q+0.450.45Q Qs s0.550.55Q Qs s例例题题：图图示示为为水水塔塔供供水水的的串串联联管管道道。各各管管段段的的管管长长L1L1300m300m，L2L2200m200m，L3L3100m100m。各各管管管管径径d1=200mmd1=200mm，d2=150mmd2=150mm，d3=100mmd3=100mm，沿沿程程阻阻力力系系数数0.030.03，在在L2L2段段内内均均匀匀泄泄流流量量q q0.1L/sm0.1L/sm，Q3Q310L/s10L/s，求水头，求水头H H。解：按长管计算，Hhf计算各管段比阻：例例题题：有有一一等等径径的的串串联联铸铸铁铁管管路路ABCDABCD，n=0.012n=0.012，其其中中l l500m500m，而而l lBCBC100m100m，l lCDCD50m50m，d=250mmd=250mm。配配水水点点处处Q QB B25L/s25L/s，Q QC C40L/s40L/s，Q QD D50L/s50L/s，BCBC段段的的均均匀匀泄泄流流量量为为q qBCBC=0.40L/s.m=0.40L/s.m，CDCD段段的的均匀泄流量均匀泄流量q qCDCD=0.30L/s.m=0.30L/s.m。求水池的水头。求水池的水头H H。解：当n=0.012时，此课件下载可自行编辑修改，供参考！感谢您的支持，我们努力做得更好！