简单管道水力计算
5.3 短管水力计算——学习材料
学习单元三、短管水力计算一、管流概述在水利土木工程和日常生活中，经常用管道来输送液体，如水利工程中的有压引水隧洞、有压泄洪隧洞、水电站的压力管道、灌溉工程中的虹吸管和倒虹吸管、抽水机的吸水管和压水管、建筑或城市给排水工程中的自来水管、通风热水管道、石油工程中的输油管、人体中的血管等，都是常见的有压管流。
有压管流一般都采用圆形管道输送。
水流运动的特点是：整个断面被液体所充满，没有自由液面，管道的整个边壁上都受动水压强作用，而且一般不等于大气压强。
因此，管流又称为有压流。
管道中的断面如果未被水冲满，则不能视为有压流，是无压流动（明渠流动）根据管道中水流的沿程水头损失、局部水头损失及流速水头所占的比重不同，管流可分为长管流动和短管流动。
长管即管道中水流的沿程水头损失较大，而局部水头损失和流速水头很小，此两项之和只占沿程水头损失5%以下，以致可以忽略不计。
一般自来水管可视为长管。
短管即管道中局部水头损失与流速水头两项之和占沿程水头损失的5%以上，水力计算时不能忽略，必须一起考虑在内。
虹吸管、倒虹吸管、坝内泄水管、抽水机的吸水管等，均可按短管计算。
特别需要指出的是，长管和短管并不是按管道的长度分类的，即使很长的管道，局部水头损失和流速水头不能忽略时，仍应按短管计算。
根据水流运动要素随时间是否变化，可分为有压恒定流和有压非恒定流。
当管中任一点的水流运动要素不随时间而改变时，即为有压恒定流，否则为有压非恒定流。
本课程主要研究有压恒定流的计算。
本节先介绍短管流动下图5-6表示一段短管的自由出流过程。
列1-1断面和2-2断面的能量方程，有：212222201-+=+w h gv g v H αα令0212H gv H =+α，称为作用水头。
又有∑∑+=-j f w h h h 21。
因此g v d lH 2)(220∑++=ξλα取 12=α 则g v dlH 2)1(2∑++=ξλ图5-6 短管的自由出流管中流速0211gH dl v ∑++=ξλ通过管道流量 002211gH A gH A dl Q c μξλ=++=∑式中 ∑++=ξλμdl c 11称为管道系统的流量系数。
.简单管道短管淹没出流的水力计算
.简单管道短管淹没出流的水力计算简单管道是生产实践中最常见的一种管道，也是复杂管道的组成部分。
如水泵的吸水管、虹吸管等都是简单管道。
在各种管道的水力计算中，简单管道的水力计算是最基本的。
需要指出的是，任何类型的简单管道的计算，都是根据具体的条件，按照定常总流能量方程进行的。
因此，本节所讨论的各种管道的水力计算，都应视为对定常总流能量方程的实际应用。
本节将讨论简单管道的自由出流、淹没出流的水力计算问题;给出在长管情况下的简单管道的水力计算方法;提供对管道中动水压强的沿程分布的分析方法;也给出管道直径的计算和选定原则，以及水泵装置、虹吸管的水力计算方法。
7．1．1 两种典型出流的水力计算问题1．自由出流的水力计算凡经管道出口流入大气的水流过程，称为自由出流。
如图7-1所示。
图7-1 简单管道自由出流示意图图7-1为一简单管道和水池相连接，末端出口水流流入大气。
现取通过管道出口中心的水平面0—0为基准面，在水池中距管道入口上游较远处取截面1—1，该截面符合渐变流的条件，并在出口截面处取截面2—2，如图7-1所示。
然后对截面1—1和截面2—2建立能量方程式中:v0——水池中的流速，也称行进流速;v——管道中流速;H——管道出口截面中心到水池水面的高差。
式(7-1)还可以写成式中:H0=——包括行进流速水头在内的总水头，又称为作用水头。
式(7-2)表明，简单管道在自由出流的情况下，管道的总作用水头一部分消耗于整个管道的水头损失hw，另一部分转化为出口截面2—2处的流速水头。
其中水头损失hw为管道中的沿程水头损失和局部水头损失之和，即则式(7-2)可以写成式(7-3)为简单管道在自由出流的情况下，水流应满足的方程。
解这个方程，可得H、v等有关的物理量。
2．淹没出流的水力计算如果管道的出口是淹没在水下的，这种水流过程称为淹没出流。
如图7-2所示。
图7-2 简单管道淹没出流示意图显然，在淹没出流的情况下，下游水位的高低变化将影响管道的输水能力。
管道水力计算
管道水力计算新大技术研究所：戴颂周2012 年3 月2 日目录第一章单相液体管内流动和管道水力计算 (3)第一节流体总流的伯努利方程 (3)一、流体总流的伯努利方程 (3)二、流体流动的水力损失 (3)第二节流体运动的两种状态 (6)一、雷诺实验 (6)二、雷诺数 (7)三、圆管中紊流的运动学特征—速度分布 (7)四、雷诺数算图 (8)第三节沿程水力损失 (9)一、计算方法： (9)第四节局部水力损失 (14)第五节管道的水力计算 (17)一、管道流体的允许流速（经济流速供参考） (17)二、简单管道的水力计算 (19)第二章玻璃钢管道水力计算 (20)第一节玻璃钢管道水力计算公式 (20)一、玻璃钢管道水力计算公式 (20)二、管道水力压降曲线 (21)三、常用液体压降的换算 (21)四、常用管件压降 (23)第二节油气集输管道压降计算 (24)第三节玻璃钢输水管线的水力学特性 (25)一、玻璃钢输水管水流量计算 (25)二、玻璃钢输水管水击强度计算 (25)第三章管道水力学计算中应注意的几个问题 (28)一、热油管道的工艺计算 (28)二、油水两相液体的工艺计算 (28)三、地形变化时的水力坡降 (30)第一章 单相液体管内流动和管道水力计算第一节 流体总流的伯努利方程一、流体总流的伯努利方程1. 流体总流的伯努利方程式（能量方式）=++gc g P Z 221111αρw h g c g P Z +++222222αρ 2. 方程的分析(1) 方程的意义物理意义：不可压缩的实际流体在管道内流动时的能量守恒，或者说，上游机械能=下游机械能+能量的损失。
(2) 各项的意义-21,z z 单位重量流体所具有的位能，或位置水头，m ，即起点、终点标高。
-g p g p ρρ/,/21单位重量流体所具有的压能，或压强水头，m ；即P 1 P 2为起点、终点液流压力，-g c g c 2/,2/222211αα单位重量流体所具有的动能，或速度水头，m ；即C 1 C 2为液流起、终点的流速。
简单管道的水力计算(精)
第六章
虹吸管示意图
孔口、管嘴出流与有压管流
§6.5 简单管道水力计算特例
虹吸管长度一般不大，故应按短管计算，以例说明。 1. 虹吸管流量的计算 根据淹没出流的公式计算 Q S A 2 gH 2. 虹吸管安装高度的计算
S
1 l d
以下游断面为基准面，列出上游断面和顶部断面的能量方程
压力管的管径是由经济流速来确定，
重要的工程要对几种可能的方案进 行技术经济比选。
水泵的装机容量就是确定动力装
置的功率。其计算公式为
gQH t Pp 1000 p
第六章
水泵水力计算示意图
孔口、管嘴出流与有压管流
欢 迎 提 问
如果您有任何问题， 请毫不犹豫地提出 !
In case of you have any question, DO NOT hesitate to ask me !
第六章
孔口、管嘴出流与有压管流
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第六章
孔口、管嘴出流与有压管流
§6.5 简单管道水力计算特例
1. 虹吸管的水力计算
虹吸管是一种压力输水管道， （如图）顶部弯曲且其高程高于上游 供水水面。若在虹吸管内造成真空， 使作用在上游水面的大气压强和虹吸 管内压强之间产生压差，水流即能超 过虹吸管最高处流向低处。虹吸管顶 部的真空理论上不能大于最大真空值， 即10米高水柱。实际上当虹吸管内压 强接近该温度下的汽化压强时，液体 将产生汽化，破坏水流的连续性。故 一般不使虹吸管中的真空值大于7－8 米。
第四章输气管的水力计算
第四章输气管的水力计算输气管的水力计算是为了确定管道中气体流动时产生的压力损失和流速等水力参数，从而有效地设计输气系统。
本文将从输气管的水力原理、水力计算公式以及实际应用中的注意事项等方面进行详细探讨。
一、水力原理输气管的水力原理主要依据流体的连续性方程、能量方程和阻力方程。
其中连续性方程描述了输气管中气体流动的连续性，能量方程用于计算气体在管道中的能量变化，而阻力方程则是根据经验公式，计算气体流动产生的摩阻力。
二、水力计算公式1.压力损失计算公式：压力损失（ΔP）=λ×L/D×(ρv^2/2)其中，λ为摩阻系数，L为管道长度，D为管道直径，ρ为气体密度，v为气体流速。
2.流速计算公式：流速（v）=Q/（πD^2/4）其中，Q为气体流量，D为管道直径。
3.管径计算公式：D=0.613×（Q/P）^(1/2)其中，Q为气体流量，P为设计压力。
三、实际应用注意事项1.摩阻系数的选择：摩阻系数的选择会直接影响到压力损失的计算结果，需要根据具体情况进行合理的选择，可以参考相关经验数据或者进行实验研究。
2.流量和压力的测量：水力计算需要准确的流量和压力数据，因此在实际应用中需要使用合适的流量计和压力计进行测量。
同时，还需要考虑测量误差的影响，并进行相应的修正。
3.管道布置和管径设计：在输气管的水力计算中，需要合理布置管道和选择合适的管径，以便满足系统的流量和压力要求，并减小压力损失。
在实际应用中应进行综合考虑，根据具体情况进行设计优化。
4.防止压力过高：在输气管的水力计算中，需要考虑到气体在流动过程中的压力变化，防止压力过高对设备和管道造成损坏。
因此，在设计过程中需要合理选择设计参数，进行安全性评估。
总结：输气管的水力计算是设计输气系统中重要的一环，通过合理的水力计算可以确保输气管道的正常运行。
对于水力计算公式的使用和实际应用中的注意事项，设计人员需要充分理解，并综合考虑实际情况，确保设计的合理性和安全性。
管道水力计算（给排水）
第十六篇%管道水力计算第一章%钢管和铸铁管水力计算一!计算公式!&按水力坡降计算水头损失水管的水力计算#一般采用以下公式&Q H ,!+lE 22-$!$#!#!%式中%Q ...水力坡降(,...摩阻系数(+l...管子的计算内径$(%(E...平均水流速度$(*h %(-...重力加速度#为3&1!$(*h2%!应用公式$!$#!#!%时#必须先确定求取系数,值的依据!对于旧的钢管和铸铁管&当F E#3&2W !"/!(时$E...液体的运动粘滞度#(2*h %#,H "&"2!"+l"&)($!$#!#2%当F E<3&2W !"/!(时,H !+l"&)!&/W !"#1I E ()F "&)($!$#!#)%或采用E H !&)W !"#$(2*h $水温为!"?%时#则,H "&"!43+l"&)!I "&1$4()F "&)($!$#!#0%管壁如发生锈蚀或沉垢#管壁的粗糙度就增加#从而使系数,值增大#公式$!$#!#2%和公式$!$#!#)%适合于旧钢管和铸铁管这类管材的自然粗糙度!将公式$!$#!#2%和公式$!$#!#0%中求得的,值代入公式$!$#!#!%中#得出的旧钢管和铸铁管的计算公式&当F #!&2(*h 时#Q H "&""!"4F2+l!&)$!$#!#/%当F <!&2(*h 时#’4!0!’第一章%钢管和铸铁管水力计算Q H "&"""3!2F 2+l!&)!I"&1$4()F "&)$!$#!#$%钢管和铸铁管水力计算表即按公式$!$#!#/%和$!$#!#$%制成!2&按比阻计算水头损失由公式$!$#!#0%求得比阻公式如下&DH Q ;2H "&""!4)$+l/&)$!$#!#4%钢管和铸铁管的D 值#列于表!$#!#0!二!水力计算表编制表和使用说明!&钢管及铸铁管水力计算表采用管子计算内径+l 的尺寸#见表!$#!#!!在确定计算内径+l 时#直径小于)""((的钢管及铸铁管#考虑锈蚀和沉垢的影响#其内径应减去!((计算!对于直径等于)""((和)""((以上的管子#这种直径的减小没有实际意义#可不必考虑!编制钢管和铸铁管水力计算表时所用的计算内径尺寸表!$#!#!钢%管%$((%水煤气钢管中等管径钢管公称直径M 8外%径M 内%径+计算内径+l 公称直径M 8外%径M 内%径+计算内径+l 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2可分别用公式$!$#2#/%和式$!$#2#$%自行计算!轻工业部部标准硬聚氯乙烯管及聚乙烯管i !!i 2值表!$#2#!材%质硬%聚%氯%乙%烯聚%乙%烯工作压力B -H"&$F B 9B -H !&"F B 9B -H "&0F B 9公称管径M 8$((%外径MW 壁厚$((%计算内径+lm$((%i !i 2外径MW 壁厚$((%计算内径+lm$((%i !i 2外径MW 壁厚$((%计算内径+lm$((%i !i 21!2W !&/3!!!2W !&/3!!!"!$W 2!2!!!$W 2!2!!!/2"W 2!$!!2"W 2!$!!2"2/W !&/22!!2/W 2&/2"!&/4$!&2!"2/W 22!!&203!&"312/)2W !&/23!!)2W 2&/24!&0"4!&!/0)2W 2&/24!&0"4!&!/0)20"W 2&")$!!0"W ))0!&)!0!&!2!0"W ))0!&)!0!&!2!0"/"W 2&"0$!!/"W )&/0)!&)1"!&!00/"W 002!&/00!&2""/"$)W 2&//1!!$)W 0//!&213!&!!2$)W //)!&/)1!&!314"4/W 2&/4"!!4/W 0$4!&2)2!&"321"3"W )10!!3"W 0&/1!!&!3"!&"4/!""!!"W )&/!")!!!!"W /&/33!&2"1!&"12’000!’第十六篇%管道水力计算材%质硬%聚%氯%乙%烯聚%乙%烯工作压力B -H"&$F B 9B -H !&"F B 9B -H "&0F B 9公称管径M 8$((%外径MW 壁厚$((%计算内径+lm$((%i !i 2外径MW 壁厚$((%计算内径+lm$((%i !i 2外径MW 壁厚$((%计算内径+lm$((%i !i 2!!"!2/W 0!!4!!!2/W $!!)!&!1!!&"42!!2/!0"W 0&/!)!!!!0"W 4!2$!&2"0!&"1!!/"!$"W /!/"!!!$"W 1!00!&2!/!&"1/!4/!1"W /&/!$3!!!1"W 3!$2!&220!&"112""2""W $!11!!2""W !"!1"!&2)!!&"3!22/22/W 42!!!!2/"2/"W 4&/2)/!!24/21"W 1&/2$)!!)"")!/W 3&/23$!!)/")//W !"&3))0!!0""0""W !2)4$!!计算示例&)例*%已知流量;H !0.*h H "&"!0()*h #求管长.H )/""(#管径M 2""W $#轻工业部部标准B 8H!&"F B 9$!"J -*c (2%硬聚氯乙烯管的水头损失及平均水流速度!)解*%由表!$#2#!中查得外径M 2""((的塑料公称直径为M 82""((#又由表!$#2#0中查得M 82""((#当;H !0.*h 时#!"""Q H !&)0(#F H "&/(*h!因选用非标准管#故须对已求得的!"""Q 值加以修正!由表!$#2#!查得阻力修正系数i !H!&2)!#故实际水头损失为&,H Q i !.H !&)0!"""W !&2)!W)/""H /&44(同法查得流速修正值i 2H !&"3!#将由表!$#2#0中查得的流速F H "&/"(*h 加以修正!求得管内实际流速为FH "&/"W !&"3!H "&/0$(*h $0%工程中#塑料管一律用外径W 壁厚表示其规格!本计算表中公称管径是指外径而言#单位为毫米!三!水力计算塑料给水管水力计算见表!$#2#0!’/00!’第二章%塑料给水管水力计算’$00!’’400!’’100!’’300!’’"/0!’’!/0!’’2/0!’’)/0!’’0/0!’’//0!’’$/0!’第十六篇%管道水力计算’4/0!’第二章%塑料给水管水力计算’1/0!’第十六篇%管道水力计算’3/0!’第二章%塑料给水管水力计算’"$0!’第十六篇%管道水力计算第三章%钢筋混凝土圆管!非满流$R H "&"!0"水力计算一!计算公式;H FD $!$#)#!%图!$#)#!%,<M 2%%%%%F H !RX 2*)Q !*2$!$#)#2%式中%;...流量$()*h %(F...流速$(*h %(R...粗糙系数(X ...水力半径$(%(Q ...水力坡降(D ...水流断面$(%!当,<M 2时#DH $;#h Q R ;c a h ;%^2$!$#)#)%图!$#)#2%,<M2%%%%%3H 2;^$!$#)#0%3...湿周$(%!XH ;#h Q R ;c a h ;2;^$!$#)#/%当,[M 2时#DH $1#;I h Q R ;c a h 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简单管道的水力计算(精)
k 1
Q2 0.152 2 hf k 2 l 2500 9.5m 2 K 2.464
H 1 2 1 H 2 h f 45 61 25 9.5 18.5m
Δ
水塔
H
H1 H2
Δ Δ
1 2
例
6.2
图
第六章
孔口、管嘴出流与有压管流
§6.4 简单管道水力计算的基本类型
因为管道的长度较大，考虑按照长管计算。 解： 列出水厂断面和工厂断面的能量方程
1 H 1 2 H 2 h f
当管径 d 400mm，查表铸铁管 K 2.464 10 3 l s
求得K值后反查表就可得d
A 2 gH C
② 对于短管
Q 1 d
1
4
l d
d 2 2 gH
4Q
C 2 gH
, c 1
1 l d
采用试算法
第六章
孔口、管嘴出流与有压管流
§6.4 简单管道水力计算的基本类型
2. 管道的输流能力，管长已知，要求选定所需的管径及相应的水头。 这是工程中常见的实际问题。通常是从技术和经济两方面综合考虑， 确定满足技术要求的经济流速。 ①管道的技术要求。流量一定的条件下，所选管径的大小影响着管中 的流速，所选管径应使流速控制在既不会产生过大的压力，降低管道 的使用寿命，又不能过小，使泥沙沉积，阻塞管路。一般情况下，水 电站引水管中流速不应大于（5～6）m/s ，给水管中的流速不应大于 （2.5～3）m/s，不应小于0.25m/s 。 ②管道的经济效益。重要的管道在选取管径时一般应选择几个方案进 行比选，选出一种方案，使得管道投资和运转的总费用最小，但是工 程中，费用最小的并非各方面最优或可行，往往是选一种经济上合理 工程上可行的方案作为最终设计方案，这样选定的流速称为经济流速， 对应的直径为经济直径。具体数值可参照有关设计手册。
排水管道纯公式水力计算
排水管道纯公式水力计算排水管道水力计算是指根据管道的水力特性和流体力学原理，计算管道内流体的速度、压力、流量等参数，以确定管道的水力性能。
下面将介绍一些常见的排水管道水力计算公式，并对其进行说明。
1.流量公式：流量是指单位时间内通过管道截面的液体体积。
流量公式可以用来计算流量，其表示为：Q=A*v式中，Q表示流量，单位为体积/时间；A表示管道截面积，单位为面积；v表示流速，单位为长度/时间。
该公式根据负责流量为截面面积与流速的乘积。
2.流速公式：流速是指单位时间内通过管道其中一点的液体线速度。
流速公式可以用来计算流速，其表示为：v=Q/A式中，v表示流速；Q表示流量；A表示管道截面积。
3.斯怀默公式：斯怀默公式用来计算管道中的流速，其表示为：v=C*R^(2/3)*S^(1/2)式中，v表示流速，单位为长度/时间；C为经验系数（一般根据实际情况取值）；R表示液体在管道内运动的惯性系数；S表示液体在管道内运动的能量消耗系数。
4.伯努利方程：伯努利方程是描述流体在管道中运动的一种基本物理原理。
对于水力平衡的平稳流动有：z+(P/γ)+(v^2/2g)=常数式中，z表示位置高度；P表示压力；γ表示液体的比重；v表示流速；g表示重力加速度。
该方程表达了位置高度、压力和速度之间的关系。
5.里德伯格公式：里德伯格公式用来计算管道中的摩阻损失，其表示为：Hf=f*(L/D)*(v^2/2g)式中，Hf表示摩阻损失；f表示摩阻系数；L表示管道长度；D表示管道直径；v表示流速；g表示重力加速度。
以上是一些常见的排水管道水力计算公式，用于计算排水管道的流量、流速、摩阻损失等参数。
在实际应用中，还可以根据具体情况选择适用的公式进行计算。
需要注意的是，公式的使用需要考虑实际情况，并结合实际数据进行合理调整，以保证计算结果的准确性。
管道的水力计算
• 引言 • 管道水力计算基础 • 管道水力计算方法 • 实际应用案例 • 结论与展望
01
引言
主题简介
管道水力计算是流体动力学的一个重 要分支，主要研究流体在管道内的流 动规律和相关参数的计算。
它涉及到流体的物理性质、管道的几 何形状和流动条件等多个因素，对于 保障管道系统的正常运行、优化设计 以及节能减排等方面具有重要意义。
未来还需要加强对于管道水力计算与其他领域的 交叉研究，如环境工程、化学工程等，以拓展其 应用领域和应用范围。
随着科技的不断进步和应用需求的不断提高，未 来对于管道水力计算的研究将更加深入和广泛， 需要加强对于新型计算方法和技术的研究和应用 ，以提高计算精度和效率。
未来需要加强对于管道水力计算在实际工程中的 应用研究，以提高工程设计和运行的效率和安全 性。
03
管道水力计算方法
流量计算
流量与流速的关系
流速越大，流量越大；流速越小，流量越小。
流量计算公式
根据管道的截面积和流速，计算管道内的流 量。
流量与压力的关系
压力越大，流量越大；压力越小，流量越小。
管道阻力损失计算
摩擦阻力损失
由于流体与管道内壁之间的摩擦而产生的阻力损失。
局部阻力损失
由于管道中的阀门、弯头等局部结构而产生的阻力损失。
02
管道水力计算基础
水力学基本概念
水流运动
水流运动的基本规律和特性，包括流速、流量、水压 等。
水头损失
水流在运动过程中受到的阻力，导致水头损失的原理 和计算方法。
流体平衡
流体平衡的基本原理和计算方法，包括静水压强、流 速场等。
管道水流特性
管道水流形态
根据雷诺道水力计算的目的在于确定管道中流体的流量、压力、流速等参数，为管道系 统的设计、优化和运行提供科学依据。
住宅建筑给水管水力计算算例及讨论
住宅建筑给水管水力计算算例及讨论住宅建筑的设计总用水量为10m³/h，给水管道的起始水压为0.4MPa，终点水压为0.3MPa。
首先我们需要确定给水管道的管径，然后计算管道的水力参数，最后根据水力参数来选择合适的给水管道材料和规格。
1.确定给水管道的管径根据设计总用水量，我们可使用以下公式计算给水管道的流量Q：Q=V/t其中，V为设计总用水量，单位为m³/h；t为给水管道使用的小时数。
假设给水管道使用24小时，代入之前的数值，可得：Q=10/24=0.4167m³/h下一步是根据给水管道的流量来确定其管径。
我们将使用流量速度法进行计算。
首先，我们假设给水管道的流速为2m/s。
根据流量速度法公式：Q=A×v其中，Q为流量，单位为m³/h；A为管道横截面积，单位为m²；v为流速，单位为m/s。
代入之前的计算结果，可得：0.4167=A×2解得给水管道的横截面积为0.4167/2=0.2084m²由于给水管道一般选用圆形管道，其横截面积A可通过以下公式进行计算：A=π×(d/2)²其中，π取3.14，d为管道的直径，单位为m。
代入横截面积的计算结果，可得：0.2084=3.14×(d/2)²解得给水管道的直径d为0.515 m，即51.5 cm。
2.计算管道的水力参数根据给水管道的直径，我们可计算出其横截面积和周长：A=π×(d/2)²=3.14×(0.515/2)²=0.2084m²C=π×d=3.14×0.515=1.62m接下来，我们将计算流量速度和雷诺数来确定水力参数。
流量速度v的计算公式为：v=Q/A代入之前的计算结果，可得：v=0.4167/0.2084≈2m/s雷诺数Re的计算公式为：Re=v×d/ν其中，ν为水的运动黏度，单位为m²/s，一般取10⁻⁶m²/s。
第十章管路水力计算
qVx qVT qL x
dx上消耗水头
dh f
qV2 x K2
dx
则：H
dhf
L 0
qV2 x K2
dx
L 0
qVT q L x K2
2
dx
若流动处于阻力平方区 K const
积分上式得
•H
q2 VT
L
qVT qL2 K2
q 2 L3 3
•H
L K2
q2 VT
qVT qVn
第十章 管路水力计算
本章是应用能量方程和阻力计算来确定流速、 流量，或已知管径、流量，确定阻力，即qv、 Δp。工程中，一般是设计时，qv已知，预知 结构，计算Δp阻力。选择机械如泵、风机。 在计算中，要用到连续方程，动量方程， 能量方程，阻力计算公式。 限制：恒定流，设α=1。
1、几个概念：
（1）管路系统：构成流体流动限制，并保 证流体流动畅通的管件组合，简称管路。
第九节 有压管路的水击
当管件中的闭门突然关闭或水泵突然停止 工作，使液流速度突然改变，这种液体动 量的变化而引起的压强突变（急上或下） 的现象称水击。
压强的交替变化，对管壁或阀门仪表产生类 似于锤击的作用，因此，水击也称水“锤”。
水击使压强升高达数倍或几十倍，严重时 损害管路。
本节介绍水击机理和减轻水击的措施。
liV22 2dg
i
V
)
V22 2g
H
(1
i
li d
i
V2 )
2g
令
s
i
li d
i
H
(1
s
)
V2 2g
(1
s
)
16qv 2
简单长管的水力计算
简单长管的水力计算由前可知，长管中的局部水头损失、流速水头两项之和与沿程水头损失的比小于５％，局部水头损失及流速水头可忽略不计，因而可使管道计算大为简化，而且对计算精度影响不大。
一般情况下，给水管路、抽水机的压水管、输油管道等均可按长管计算。
（一）简单长管水力计算的基本公式由长管的定义，长管水力计算时，局部水头损失和流速水头忽略不计，能量方程式可简化为1. 由谢才公式计算沿程水头损失 水利工程中的有压管道，水流一般属于紊流的水力粗糙区，其水头损失可直接由谢才公式计算。
，， lH l h J f ==，联立求解有l RC A Q H 222=令即得 l KQ H 22= （5-15）或 lH KQ = (5-16)式中Ｋ——流量模数。
由上式可以看出，当水力坡降J =1时，Q =K ，故K 具有与流量相同的量纲，在水力学中称为流量模数，或特性流量。
它综合反映管道断面形状、尺寸及边壁粗糙对输水能力的影响。
水力坡度J 相同时，输水能力与流量模数成正比。
对于粗糙系数n 为定值的圆管，K 值为管径的函数。
不同直径及糙率的圆管，当谢才系采用611R nC =计算时，其流量模数K 值如表（5-2）所示。
表5-2 给水管道的流量模数数值 （按611=R nC ） 单位：L/sfhH =Av Q =RJ C v =R AC K =K R AC K =对于一般给水管道，一般流速不太大，可能属于紊流的粗糙区或过渡区。
可以近似认为当米/秒时，管流属于过渡区，h f 约与流速v 的1.8次方成正比。
计算水头损失时，可在公式（5-15）中乘以修正系数k ，即l KQ k H 22= （5-17）对于钢管或铸铁管，修正系数可查表5-3表 5-3 钢管及铸铁管修正系数k 值2. 按《标准》（灌溉排水卷）公式计算管道沿程水头损失L DQ f h b mf = （5-18）式中 Q —— 流量，m 3/h ；f —— 管材摩阻系数； L —— 管长，m ；D —— 管道直径，mm ； m —— 流量指数； b —— 管径指数。
水力学 第五章
故
H0
2v 2
2g
hf hj
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。
l v2 因为沿程损失 h f d 2g
局部水头损失
v2 h j 2 g
有
l v2 H 0 ( 2 ) d 2g
3
取 2 1 管中流速 通过管道流量
K Q H l
由表4-1即可查出所
若为短管
d
4Q
c 2 gH
17
流量系数 c 与管径有关，需用试算法确定。
三、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（圆形管道即确定管道直 径）。这时可能出现下述两种情况：
2．管道的输水量 Q，管长l 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。 (1) 管道使用要求： 管中流速大产生水击，流速小泥沙 淤积。 (2) 管道经济效益：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 4Q d 道直径即可由右式计算： v 18
水利工程的有压输水管道水流一般属于紊流的水力粗糙
区，其水头损失可直接按谢齐公式计算，用 8 g 2
H 8g l v 8gl Q2 Q l 2 2 2 2 2 C d 2 g C 4R 2 gA AC R
2 2
C
则
令 K AC R ，即得
Q2 H hf 2 l K
或
QK
23
4-3 简单管道水力计算特例—— 虹吸管及水泵装置的水力计算
一、虹吸管的水力计算
虹吸管是一种压 力输水管道，其顶 部高程高于上游供 水水面。 特点：顶部真空理 论上不能大于10m H2g，一般其真空 值小于(7~8m )；虹 吸管长度一般不大，应按短管计算。
第一课水力计算及实例讲解
精品课件！
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民用户一般直接套用水力计算图表即可，小于2000 户的负荷多采用燃具同时工作系数法来确定计算流量， 大于2000户的多采用高峰系数法来确定计算流量。
管道允许阻力降△Pd＝0.75Pn＋150 Pn－低压灶具的额定用气压力（Pa），要根据不同气种、
不同灶具来确定。
天然气灶具一般为2000Pa，故△Pd＝1650Pa，旧燃规里 根据经验把1650划分成庭院＋户内各分别占多少帕， 新规范里没有明确提出，只是要求分配时要根据情况， 经技术经济比较后确定。
对于高层民用户采用二次调压供气时，应根据低低压调 压器的进口压力范围来确定一二级调压间管道的允许阻 力降。
高差大时，水力计算中应考虑附加压力的影响。
1、设备负荷计算。
要根据燃气压力、温度、热值换算工况流量。需要注意 的是标准状态的定义。商业贸易中所说的标准状态一般 是“20℃、1标准大气压”，而 “0℃、1标准大气压” 的标准状态的概念是用在实验室里的，这就需要在引用 基础参数时查看当地供气公司提供的燃气参数的标注状 态。同时我们计算用的热值应是燃气低热值，而非高热 值，两者的区别就是：高热值多了燃烧产物冷凝成液态 所放出的热量，目前这部分热量在日常生活中是不能利 用的，所以在负荷计算中不能套用高热值。
Re 2100 65 Re 105
p l
1.9106 (1
11.8Q 7104 dv 23Q 105 dv )
Q2 d5
T T0
3、湍流状态（Re＞3500） ⑴ 钢管（PE管计算公式同钢管）：
λ 0.11( K 68 )0.25 d Re
p l
管道水力计算
管道水力计算
管道内的水流速度宜采用经济流速，必要时可超过5m／s，但不应大于10m／s。
每米管道的水头损失应按下式计算：
(9.2.2)
式中i——每米管道的水头损失（MPa／m）；
V——管道内水的平均流速（m／s）；
d j ——管道的计算内径（m），取值应按管道的内径减1mm确定。
管道的局部水头损失，宜采用当量长度法计算。
当量长度表见本规范附录C。
水泵扬程或系统入口的供水压力应按下式计算：
H=∑h + P 0 + Z (9.2.4)
式中H——水泵扬程或系统人口的供水压力（MPa）；
∑ h——管道沿程和局部的水头损失的累计值（MPa），湿式报警阀、水流指示器取值O.O2MPa，雨淋阀取值O.07MPa；
注：蝶阀型报警问及马鞍型水流指示器的取值由生产厂提供。
P 0 ——最不利点处喷头的工作压力（MPa）；
Z ——最不利点处喷头与消防水池的最低水位或系统入口管水平中心线之间的高程差，当系统入口管或消防水池最低水位高于最不利点处喷头时，Z应取负值（MPa）。
第16讲流体的管内流动与水力计算：简单管路解析
zA 3m
zB 14m
管路系统的总长度L=30m，管路直 径 D 200mm。设管道进口的局部阻力系数 均为1 0.5 ，出口的局部阻力系数为 2 1 ， 弯管的局部阻力系数为 b 0.2，沿程阻力 系数 0.025 ，管路系统输送的流量
为 Q 0.04m3 /。s 求管路系统所需求的能头H。
v2 2g
7
(1
0.025
15 0.2
1
2
0.2)(
0.0745 0.785 0.22
)2
2
1 9.8
5.78m
【例4-14】如图所示，一简单管路系统借
助于一台泵将低压容器A中的液体送到
高压容器B中，若已知吸水池与压水池液
面压力分别为， ， ， ， pA 0.2106 pa pB 1.6106 pa
De
2ab ab
2 11.2 1 1.2
1.09
气体在管路中的流动速度
求雷诺数Re 相对粗糙度
v Q 14 11.65(m / s) A 11.2
Re
v De
11.651.09 15.7 106
8 105
1.5 1.38 10 3 De 1.09 10 3
查莫迪图得
λ=0.021
• 简单管路和复杂管路
管路水力计算的主要任务
• 已知管径D、流量Q，求管路系统中的 阻力损失hW；
• 已知流量Q、阻力损失hW，确定管径D； • 已知管径D、阻力损失hW，核算管路
系统通过流体的能力Q。
一、简单管路及其水力计算
1、短管的计算
则得水箱的水位高度H，又称为管流的作 用水头为
H SHQ2
hw hf hj
SHQ2
支管水力计算
支管水力计算水力计算是水利工程中非常重要的一部分，它涉及到管道、泵站、水轮机等工程构筑物的设计与运行。
正确进行水力计算可以确保工程的安全稳定运行，因此水力计算是水利工程中一项非常重要的技术。
本文将全面介绍水力计算的内容，包括管道水力计算、泵站水力计算和水轮机水力计算。
一、管道水力计算1.流量计算：根据管道的材质、孔径和坡度等参数，使用雷诺数和曼宁公式等计算方法，确定管道的流量。
2.压力损失计算：根据管道的材质和长度、流量和流速等参数，使用达西公式等计算方法，确定管道的压力损失。
3.防冲击计算：在水力计算中，还需要考虑管道内部的防冲击设计。
因为当管道中的流速发生突变时，会产生压力冲击。
通过伯努利方程和马朝尔方程等计算方法，来设计管道内部的防冲击设施。
二、泵站水力计算1.扬程计算：泵站的扬程是指泵站出水口与进水口之间的水位差。
通过测量进水口和出水口的水位，使用流量守恒公式，结合泵的性能曲线，计算得出泵站的扬程。
2.泵功率计算：泵站的功率是指在不同流量和扬程条件下泵的输出功率。
根据泵的性能曲线和流量扬程计算公式，在给定的流量和扬程条件下，计算得出泵站的功率。
3.变频器调速计算：变频器能够通过调整泵的转速，调整出水量，使之与水的需求相匹配。
通过对泵站的运行情况进行分析，结合流量扬程计算公式，计算出变频器的转速。
三、水轮机水力计算1.入水流速计算：水轮机的入水流速是指水流进入水轮机之前的流速。
根据水轮机型号和水量，使用水力计算方法，计算出水流的流速。
2.转动力矩计算：水轮机的转动力矩是指水轮机在给定的水量和入水流速条件下，转动的力矩。
通过计算水轮机的进水和出水之间的压力差和叶轮半径等参数，利用液力动量守恒定律和转动动力学方程，计算出水轮机的转动力矩。
3.输出功率计算：水轮机的输出功率是指在给定的水量和入水流速条件下，水轮机产生的功率。
通过计算水轮机的转动力矩和转速，使用功率计算公式，计算出水轮机的输出功率。