第6章有压管流.ppt

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1、 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。根据沿程水头损失与局部水头损失的比例，有压管根据沿程水头损失与局部水头损失的比例，有压管流分为短管出流与长管出流流分为短管出流与长管出流 短管出流指水头损失中沿程水头损失与局部水头损短管出流指水头损失中沿程水头损失与局部水头损比例相当、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。长管出流则是与沿程水头损失相比，局部水头损失长管出流则是与

2、沿程水头损失相比，局部水头损失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。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

3、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112200vHlhgH22v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gdlhhhl22mfvgHDl21v流量为流量为gHAAQ2s v令令为短管管系流量系数为短管管系流量系数Dl1s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gHAQ2sDl1s00Hv11226.1.2 基本问题基本问题 第一类为已知作用水头、管长、管径、管材与局部变第一类为已知作用水头、管长、管径、管材与

4、局部变化，求流量，见化，求流量，见p117 例例6-1。第二类为已知流量、管长、管径、管材与局部变化，第二类为已知流量、管长、管径、管材与局部变化，求作用水头，见求作用水头，见p118 例例6-2。第三类为已知作用水头、流量、管长、管材与局部变第三类为已知作用水头、流量、管长、管材与局部变化，求管径，见化，求管径，见p119 例例6-3。6.2 长管的水力计算长管的水力计算直径与流量沿程不变的管道为简单管道。直径与流量沿程不变的管道为简单管道。列列1-2断面伯努利方程。断面伯努利方程。fhH 对于长管来说，局部水头对于长管来说，局部水头损失（包括流速水头）可忽略损失（包括流速水头）可忽略112

5、2H不计，于是有不计，于是有6.2.1 简单管道简单管道引入达西公式引入达西公式式中式中 s=al 称为管道的阻抗，称为管道的阻抗，a 则称为比阻。于是则称为比阻。于是222522f82sQalQlQDggDlhv22SQalQH为简单管道按比阻计算的基本公式。为简单管道按比阻计算的基本公式。可按曼宁公式计算比阻。可按曼宁公式计算比阻。在阻力平方区，根据曼宁公式可求得在阻力平方区，根据曼宁公式可求得33.523.10Dna 上式计算结果也可通过查表上式计算结果也可通过查表6-1求得。求得。【解】【解】首先计算作用水头首先计算作用水头m9)2545()1861(H【例【例1】采用铸铁管由水塔向车

6、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6-162m/s23.0a求得流量为求得流量为s/m125.0250023.093alHQ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6222m/s156.

7、0152.025009lQHa；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m9)2545()1861(H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。1iiiQqQ每一段均为简单管道，按比阻计算水头损失为每一段均为简单管道，按比阻计算水头损失为串联管道的总水头损失等于各段水头损失之和，即串联管道的总水头损失等于各段水头损失之和，即 根据连续性方程，根据连续性方程，在节点处满足节

8、点流在节点处满足节点流量平衡，即量平衡，即22fiiiiiiQsQlah2ffiiiQshhH6.2.2 串联管道串联管道直径不同的管段顺序连接起来的管道称串联管道。直径不同的管段顺序连接起来的管道称串联管道。设串联管道系统。各管段长分别为设串联管道系统。各管段长分别为 l1、l2，管径分，管径分别为别为D1、D2，通过的流量分别为，通过的流量分别为 Q1、Q2，两管段，两管段的连接点即节点处的流量分别为的连接点即节点处的流量分别为 q1、q2。当节点无分流时，通过各管段的流量相等，管道系统的当节点无分流时，通过各管段的流量相等，管道系统的总阻抗总阻抗 s 等于各管段阻抗之和，即等于各管段阻抗

9、之和，即故故niiss1【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2sQH 450mm2121122211)2500()(QlalaQlalaH6.2.3 并联管道并联管道 两节点之间首尾并接两根以上的管道系统称为并联管道。两节点之间首尾并接两根以上的管道系统称为并联管道。段所共有，段所共有，A、B两点的水两点的水A、B 两点满足节点流量平衡两点满足节点流量平衡432A1QQQqQ由于由于A、B两点为各管两点为各管头差也就为各管段所共有，而且头差也就为各管段所共有，而且A、B两点之间又为全部并联系两点之间又为全部并联系统，说明并联管道系统各

10、管段水头损失相等且等于系统总损失。统，说明并联管道系统各管段水头损失相等且等于系统总损失。或者或者f4f3f2fhhhh5B432QqQQQ2244233222sQQsQsQs由于由于及及432QQQQiiishQf上式还可表示为各管段的流量分配关系上式还可表示为各管段的流量分配关系得并联管道系统的总阻抗为得并联管道系统的总阻抗为4321111ssssijjissQQ或或iissQQ【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=300

11、mm，D2=250mm，D3=200mm。试求各支。试求各支管流量及管流量及 AB 间的水头损失。间的水头损失。m07.140389.0100030.922333fABQlah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/m6233322222111QlaQlaQla或或232221930022645352QQQ再与流量关系再与流量关系321QQQQ联立解得：联立解得：s/m0389.033Qs/m0789.032QAB 间水头损失：间水头损失：s/m1622.031QD3=

12、200mm，a3=9.30s2/m66.2.4 沿程均匀泄流管道沿程均匀泄流管道流量或沿线流量。流量或沿线流量。设沿程均匀泄流管段设沿程均匀泄流管段长度长度 l，直径，直径 D，通过流，通过流xlQQQQsspx前面的管道流动中，通过管道沿程不变的流量称为通过前面的管道流动中，通过管道沿程不变的流量称为通过 流量或转输流量。流量或转输流量。工程中有些设备装有穿孔管，即当水流通过这种管道时，工程中有些设备装有穿孔管，即当水流通过这种管道时，除有部分流量（转输流量）通过该管道以外，另一部分流量除有部分流量（转输流量）通过该管道以外，另一部分流量随水流的流动由管道壁面的开孔沿途泄出，该流量称为途泄随

13、水流的流动由管道壁面的开孔沿途泄出，该流量称为途泄量量 Qp，总途泄流量，总途泄流量 Qs。距开始泄流断面距开始泄流断面 x 处取微处取微元长度元长度 dx，该处流量为：该处流量为：2ssp2p0ff31dQQQQalhhl假定比阻假定比阻 a 为常数，上式积分得为常数，上式积分得此式还可近似写成此式还可近似写成其中其中2c2spf55.0alQQQalh若管段无通过流量，全部为途泄流量，则若管段无通过流量，全部为途泄流量，则spc55.0QQQ称为折算流量。称为折算流量。2sf31alQh 该段的水头损失则为该段的水头损失则为：xxlQQQaxQahddd2ssp2xf【例【例5】水塔供水的

14、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，途泄 流量流量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s/m045.03ps1QQqQs/m028.055.03ps2QQQs/m02.03p3 QQ作用水头为各段损失之和，即作用

15、水头为各段损失之和，即m51.232333222111fQlaQlaQlahHi6.3 管网水力计算基础管网水力计算基础 点而且通过的流量为最大的管道部分。对水点而且通过的流量为最大的管道部分。对水枝状管网的计算枝状管网的计算t0sfzzHhH6.3.1 枝状管网枝状管网由多条串联而成的具有分支结构的管网系统称为枝状管网由多条串联而成的具有分支结构的管网系统称为枝状管网。枝状管网节省材料、造价低，但供水的可靠性差。枝状管网节省材料、造价低，但供水的可靠性差。主要为以干管为主确主要为以干管为主确定作用水头与管径。定作用水头与管径。干管指从水源到最远干管指从水源到最远水源水源头要求最高、通过流量最

16、大的点称为控制点头要求最高、通过流量最大的点称为控制点。于是，从水源到控制点的总水头可为：于是，从水源到控制点的总水头可为：式中式中 H 为水源的总水头（水塔高度），为水源的总水头（水塔高度），Hs 为控制点的最小为控制点的最小服务水头，服务水头，hf 为干管各段水头损失，为干管各段水头损失，z0 为控制点地形标高，为控制点地形标高，zt 为水塔处地形标高。为水塔处地形标高。对于新建管网，按经济流速对于新建管网，按经济流速 ve 确定管径确定管径e4vQD ilHzzHJs0tt于是由于是由对于扩建管网，由于水源等已固定，无法按经济流速计对于扩建管网，由于水源等已固定，无法按经济流速计2fiiiQlah 得得22fiiiiQJQlha再通过查表求得管径。再通过查表求得管径。算，因此采用平均水力坡度来计算管径，即算，因此采用平均水力坡度来计算管径，即 然后按上式计算水源的作用水头。然后按上式计算水源的作用水头。D=100-400mm，ve=0.6 1.0 m/sD400mm，ve=1.0 1.4 m/s【例【例6】枝状管网如图所示。设水塔与管网端点】枝状管网如图所示。设水塔与管网端点4、