第六章管路计算

2.5）,管道有两个60o的折角弯管
（ζ=0.55）。求：（1）通过虹吸管的流量。
（2）当虹吸管内最大允许真空值hv =7.0m时，
虹吸管的最大安装高度。
l2
解：（1）计算通过
60°
60°
虹吸管的流量
hs
l1
l3
1
C1R1 6 1 0.464.6 8m 61 2 s 河道 n 0.014
例题2流量Q，吸水管长l1，压水管长l2，管 径d，提水高度z ，各局部水头损失系数，沿
程水头损失系数要求水泵最大真空度不超过
6m，确定水泵允许安装高度，计 算水泵的扬程。
0z2p 2 2g 2[d l1(12)] 2g 2
z2
[1.0

l1 d

(1


2
)]
2
简单管道水力计算应用举例
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。
图5-5虹吸管的工作原理
故一般不使虹吸管中的真空值大于7－8米。 虹吸管的长度一般不大，故应按短管计算。
例题1图示用直径d = 0.4m的钢筋混凝
土虹吸管从河道向灌溉渠道引水，河道 水位为120m，灌溉渠道水位118m，
虹吸管各段长度为l1 = 10m，l2 =5m， l3
=12m，虹吸管进口安装无底阀的滤网（ζ=
z002
2g
hw12
若不计上游流速水头，则
图5-2
z0 z
z0hf1 2 hj d L 2g 2 2
说明：简单管道在淹没出流的情况下，其 作用水头完全被消耗于克服管道由于沿程阻力、 局部阻力所作负功所产生的水头损失上。
管中流速：

水力学
§6－1 简单短管中的恒定有压流
简单管道的水力计算可分为自由出流 和淹没出流两种情况。
1.自由出流
管道出口水流流入大气，水股四周都受 大气压强的作用，称为自由出流管道。
图4－1中，列断 面1－1、2－2的能量方
程z1p 12 1 g1 2z2p 22 2 g2 2hw 12
第六章 有压管道、孔口与管嘴出流
【教学基本要求】
【学习重点】
§6－1 §6—2 §6—3 §6—4 §6－5 §6－6 §6－7
简单短管中的恒定有压流 长管中的恒定有压流 给水管网水力计算基础 有压管路中的水击 薄壁孔口的恒定出流 管嘴的恒定出流 孔口（或管嘴）变水头出流
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基本知识点
有压管道：管道周界上的各点均受到液 体压强的作用。有压管中的恒定流：有压管 中液体的运动要素不随时间而变。
z 渠道
图5-6
C 8g2 478.68.462 0.033
c
1

L d



1
0.03327 2.5 20.551.0
0.4
0.383
QcA 2gz
0.3830.7850.42 29.82
0.30m3 s
（2）计算虹吸管的最大安装高度
列河道水面和虹吸管下游转弯前过水断面的 能量方程
H222
2g
hf12

hj
图5-1
管道出口中心到上游水位的高差，全部消 耗于管道的水头损失和保持出口的动能。

1
2gH
1 l
d

QAc1 l
d
2.淹没出流
管道出口淹没在水下，称淹没出流。
在图5-2中，列断面１ －１与２－２的能量 方程：
1
2gz

l d


通过管道的流量：
管道淹没出流 的流量系数
QAcA 2gz
c
1

l d



请特别注意：短管自由出流和淹没出流的计算关键 在于正确计算流量系数。我们比较短管自由出流和 淹没出流的流量系数公式，可以看到两式在分母中 多一项“1”，但是计算淹没出流的流量系数μc时， 局部水头损失系数中比自由出流多一项管道出口局 部水头损失系数“1”，在计算中不要遗忘。
1.简单管道和复杂管道
根据管道的组成情况我们把它分为简单 管道和复杂管道。简单管道是指管道直径不 变且无分支的管道；复杂管道是指由两根以 上管道组成管道系统。复杂管道又可以分为 串联管道、并联管道、分叉管道、沿程泄流 管和管网。
水力学
2.短管和长管
短管是指管路中水流的流速水头和局部水头损 失都不能忽略不计的管道；
长管是指流速水头与局部水头损失之和远小于 沿程水头损失，在计算中可以忽略的管道为，一般认 为（局部水头损失+流速水头）＜5%的烟程水头损失， 可以按长管计算。
需要注意的是：长管和长管不是完全按管道的长短来区 分的。将有压管道按长管计算，可以简化计算过程。但在不能 判断流速水头与局部水头损失之和远小于沿程水头损失之前， 按短管计算不会产生较大的误差。
000hs p2
2
2ghw
Q A0.7805.300.422.39ms
所以
hs7.9(10.033100.452.50.55)21.93.962
5.46m
2.水泵装置的水力计算
（1）吸水管的水力计算。吸水管的计算在于 确定吸水管的管径及水泵的最大允许安装高 程。 （2）压力水管的水力计算。压力水管的计算 在于决定必需的管径及水泵的装机容量
2g
p2 6

z2 6
[1.0


l1 d

(1

2
)]
2
2g
3
4
5
水泵扬程 = 提水高度 + 全部水头损失
2
1
1
2 3 2
z2
图5-7
3z
1
H z [1 .0 l1 dl2 (1 2 3 4)] 2 g 2
例题3 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Q为3m3/s，倒虹吸管上 下游渠中水位差z为3m，倒虹吸管长l为50m，其 中经过两个300的折角转弯，其局部水头损失系 数ξb为0.20；进口局部水头损失系数ξe为0.5， 出口局部水头损失系数ξ0为1.0，上下游渠中 流速v1 及v2为1.5m/s，管壁粗糙系数n＝0.014。 试确定倒虹吸管直径d。