水力学有压管流测压管水头线的绘制

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总水头线与测压管水头线绘制微课(精)

水力分析与计算
管道不同进口边界条件，总水头线与测压管水头线绘制
水池中水面线为测压管水头线
水力分析与计算
管道不同出口边界条件，总水头线与测压管水头线绘制
自由出流：在管道出口处，测压管水头线末端落在管轴线处。
淹没出流：下游水池流速等于零，在管道出口处，测压管水头线末端落在下游水面处。
淹没出流：下游水池流速不等于零，在管道出口处，测压管水头线末端比下游水面稍低；
水力分析与计算
图 5-8
水力分析与计算
4
定性绘制总水头线与测压管水头线
1
2
3
hi
4
0 0
2
3
Pi r
i2
2g i
总水头线 H h
1
w15

2
2g
5
4
Zi
测压管水头线 6
1
5Fra Baidu bibliotek
6
水力分析与计算
5
定性绘制总水头线与测压管水头线
1
总水头线
测压管水头线
2
3
4
2
3
4
1
总结： 1.注意管道上下游进出口情况，不要画错； 2.测压管水头线要从下游向上游绘制，把握好末端情况； 3.管径大的管段，两线平缓，间距小，管径小时相反； 4.有局部损失地方，总水头线竖直下降。

总水头线和测压管水头线绘制注意

§5-2-4 总水头线和测压管水头线的绘制

§5-2-4-1绘制总水头线和测压管水头线的具体步骤

测压管水头线与能头线的绘制的具体步骤(观看动画)

绘制管道的测压管水头线，是为了了解管中动水压强沿程变化的情况。

，计算相应的流速υi、沿程水头损失h fi和１、根据和顺利完成的流量Ｑ

ｉ

局部水头损失h ji。

２、自管道进口到出口,算出第一管段两端的总水头值,并绘出总水头线.

３、在绘制测压管水头线之前，常先绘制总水头线，这是因为任一断面的测压管水头等于该断面的总水头与流速水头之差。

在绘制总水头线时，局部水头损失可作为集中损失绘在边界突然变化的断面上，沿程水头损失则沿程逐渐增加的，因此总水头线在有局部水头损失的地方是突然下降的，而在有沿程水头损失的管段中则是逐渐下降的。从总水头线向下减去相应断面的流速水头值，便可绘出测压管水头线。

也可算出各断面的测压管水头值，即可绘出管道的测压管水头线。

管道出口断面压强受到边界条件的控制。

由总水头线，测压管水头线和基准线三者的相互关系可以明确地表示出管道任一断面各种单位机械能量的大小。

§5-2-4-2 绘制总水头线和测压管水头线应注意的问题

沿管长均匀分布。

１、在绘制总水头线和测压管水头线时，等直径管段的ｈ

ｆ

２、在等直径管段中，测压管水头线与总水头线平行。

３、在绘制水头线时，应该注意管道出口的边界条件条件，如图５－６所示。

图５－６

图５－７

当上游行近流速水头时，总水头线的起点在上游液面，如图５－

６（ａ），当时，总水头线在起点较上游液面高出，如图５－６（ｂ）。

４、此外，还应注意管道出口的边界条件，如图５－７所示。

总水头线和测压管水头线绘制

d和Q的影响最大，Q有2％误差时，
gd hf / 8lQ
2 5
2
就有4％的误差，而
d有2％误差时，可产生10％的误差，而Q的误差可经多次测量消除，而d值是以实验常数提供的，由仪器制作时测量给定，一般<1％。如果排除这两方面的误差，实验结果仍出现异常，那么只能从组管的水力特性及其光洁度等方面深入研究。还可以从减阻剂对水流减阻作用上探讨，因自动水泵供水时，会渗入少量油类高分子物质。总之，还需进一步探讨。
沿程阻力实验
1、为什么压差计的水柱差就是沿程水头损失？管道安装成倾斜，是否影响实验结果？
2、根据实测m值判别实验流区。 lghf~lgv曲线斜率m=1.0~1.8,即hf与v1.0~1.8成正比，所以流动为层流，紊流光滑区和紊流过渡区，未达阻力平方区。 2、管道当量粗糙度如何测得？当量粗糙度的测量可用实验的方法测定
（2）测压管水头线（P-P）的起落变化更为显著。因为对于两个不同直径的相应过水断面有
式中为两个断面之间的损失系数。管中水流为紊流时，接近于常数，又管道断面为定值，故Q增大，H亦增大，（P-P）线的起落变化就更为显著。
在绘制总水头线时，总水头线在有局部水头损失的地方是突然下降的而在有沿程水头损失的管段中则是逐渐下降的。均匀流时总水头线和测压管水头线是相互平行的直线.

总水头线和测压管水头线绘制

绘制曲线
将各个管段的水头值按照流程顺序连接成一条曲线，即为总水头线。
02
测压管水头线的绘制
定义与概念
测压管水头线
01
表示测压管中水头高度随位置变化的曲线。
测压管水头
02
指单位重量的水在某一时刻所具有的能量，是描述水力势能状
态的参数。
测压管水头线在平面图上的绘制
03
将测压管水头值标注在各测点上，并将这些点按水头高低顺序
测压管水头线
在流体力学、环境科学、气象学等领域中，测压管水头线被广泛应用于测量和描述某一特定点的水头高度和水流状态。例如，在气象观测中，测压管水头线被用来测量和描述大气中的压力分布。
优缺点比较
总水头线的优点
可以描述整个水流区域的水头分布和能量状态，能够提供全面的水流信息。缺点：对于某一特定点的水流状态描述不够精确。
不同点
总水头线通常是指整个水流区域的水头高度，而测压管水头线则是指某一特定点的水头高度。此外，总水头线是绝对水头，而测压管水头线是相对水头。
应用场景比较
总水头线
在水利工程、给排水工程、环境工程等领域中，总水头线被广泛应用于描述整个水流区域的水头分布和能量状态。例如，在水电站的水轮机设计中，总水头线是重要的设计参数。
计算方法
公式法
根据管道的水力计算公式，结合已知的管道参数和流量，计算出各个管段的动压和静压，从而得出总水头线。

水力学第五章课后题答案

设有带底阀莲蓬头及45°弯头一个，压力水管为长50m，直径0.15m的钢管，逆止阀，闸阀各一个，
局部损失系数分别为2，0.2以及45°弯头一个，机组效率为80%，求0.05m3/s流量时的水泵扬程
钢管的粗糙系数取0.012利用公式 =
82
1
3
可求得吸水管系数1 = 0.0306，压力管系数2 = 0.0337
1
+ 4 + 3 4
H= + ℎ1 + ℎ2 + ℎ4 = 45.43
= + 100 = 145.43
2
=3.357m
5.9图示为一串联管道自水池引水到大气中。第一段管道d1=100mm，l1=25m，第二段d2=50mm，l2=20m，通过流
量 = 5.0 ×
2
特点：直接水击和阀门关闭时间无关，间接水击的压强增值是一系列水击波在各自不同发展阶段叠
加的结果。因此要尽量避免产生直接水击。
本章常用公式
1.根据糙率求沿程阻力系数： =
82
1
3
2.伯努利方程在有压管道中的应用
2

=1
=1

2
1 +
= 2 +
+
+ （ ෍ + ෍ ）
下，水池与水井的水位差z为多少

管路测压管水头线实验

p1
Q Av
；测压管线
z

p
。
实际管流测压管水头线
测压管水头线
2 2 v1 p2 v2 z1 z2 hw ；能量方程 2g 2g p 连续性方程 Q Av ；测压管线 z 。
p1

实际管流测压管水头线
测压管水头线
2 2 v1 p2 v2 能量方程 z1 z2 hw ； 2g 2g p 连续性方程 Q Av ；测压管线 z 。
2 1 2 2
连续性方程
Q Av ；测压管线 z
p

。
（2）、实验设备2
8
6
7(等直径) 7(不等直径)
1、水箱 2、水泵 3、上水管 4、恒定水箱 5、溢流管 6、阀门 7、实验管段 8、测压管 9、回水管
能量方程连续性方程
2 v12 p2 v2 z1 z2 hw ； 2g 2g
p1

2 v12 p2 v2 z1 z2 hw 2g 2g
p1
wenku.baidu.com
式中， z 为位置水头；

p
为压强水头； 2 g 为流速水头；
v2
hw 为两断面间的水头损失。
位置水头与压强水头之和称为测压管水头。位置水头、压强水头及流速水头之和称为总水头。由于粘滞性和水流紊动作用一定会产生沿程水头损失，因此总水头一定是沿程减少的。连续性方程：

管流中测压管水头线的绘制

张良然

【期刊名称】《南昌大学学报：工科版》

【年(卷),期】1990(000)001

【摘要】本文讨论了管道系统的进口断面及出口断面的水头损失和测压管水头线的位置,提出了铅直管道的测压管水头线和管道系统有外加能量时测压管水头线的绘制方法。

【总页数】6页(P59-64)

【作者】张良然

【作者单位】江西工业大学土木建筑工程系

【正文语种】中文

【中图分类】T-55

【相关文献】

1.突扩管流动的测压管水头线研究 [J], 赵静野;张玉娟;郑晓萌

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3.Excel 绘制警告线与失控线在即刻法中应用及模板制作 [J], 吴大富;杨红梅;卢建民

4.有压管流测压管水头线绘制分析 [J], 高玉清

5.有压管流水头线起点位置的确定 [J], 王仲发

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大学水力学：总水头线和测压管水头线绘制注意

●绘制总水头线和测压管水头线的具体步骤

绘制管道的测压管水头线，是为了了解管中动水压强沿程变化的情况。

在绘制测压管水头线之前，常先绘制总水头线，这是因为任一断面的测压管水头等于该断面的总水头与流速水头之差。

由总水头线，测压管水头线和基准线三者的相互关系可以明确地表示出管道任一断面各种单位机械能量的大小。

●绘制总水头线和测压管水头线应注意的问题

１、在绘制总水头线和测压管水头线时，等直径管段的ｈｆ沿管长均匀分布。

２、在等直径管段中，测压管水头线与总水头线平行，如图1所示。当

时，总水头线在起点较上游液面高出，如图1（ｂ），当上游行近流速水头时，总水头线的起点在上游液面，如图1（ａ）。

图1

３、在绘制水头线时，应该注意管道出口的边界条件条件，如图2所示。

图2

图2（ａ）为自由出流，测压管水头线的终点应画在出口断面的形心上；

图2（ｂ）为淹没出流，且下游流速水头，测压管水头线的终点应与下游液面平齐；

图2（ｃ）亦为淹没出流，且下游流速水头，表示管流出口的动能没有全部损失掉，一部分转化为动能，为尚有一部分转化为下游势能，使下游液面抬高，高于管道出口断面的测压管水头，故测压管水头线的终点应低于下游液面。

4、测压管水头线沿程可以上升或下降，但总水头线沿程只能下降。

测压管和测压管水头

测压管和测压管水头、压强的量测

位置水头，压强水头、测压管水头

由式(6-2-2)可以得到。

设一封闭容器如图6-2-6所示，液面压强p0。若在容器壁上任意取A、B两点，并接上开口的玻璃管(称测压管)，则测压管内的液面离基准面的高度都由位置高度z和压强高度p/ρg 两部分组成。在工程中常用“水头”代表高度，所以z称位置水头，p/ρg称压强水头，z+p/ρg称测压管水头，从图中可以看出

这就是说，静止流体中测压管水头线是水平线。同样如果在A点的玻璃加以封住，并使玻璃水面压强小于大气压强或达到完全真空时，其水平线称静力水头线，与测压管水头线理论上差一个大气压强，即10m水柱。位置水头表示单位重量液体对某一基准面所具有的位置能量称位能。设物体重量G＝mg，该物体到基准面的高度z，则位能mgz。对于单位重量来说，位能就是mgz/mb=z，它具有长度的单位。p/ρg表示单位重量液体所具有的压能。压力是一种潜在的势能。如果液体中某点的压强p，在该处安装测压管后，在压力的作用下，液面会上升的高度为p/ρg，也就是把压能转变成位能。同样对单位重量来说，压能就是

。可见，在重力作用下单位能量(包括位能和压能)应保持守恒。

(二)压强的量测

1．测压管

这是最简单的一种液柱式压力计。用一直径8－10mm的直玻璃管、管的下端与量测点连接，管的上端开口与大气相通，如图6-2-6所示。根据测压管中液柱上升的高度，就可得到该点的压强。

2．U形管测压计

3．水银压差计

在工程中，有时要测量两点或两根自来水管的压强差，可采用如图6-2—8所示水银压差计。将两端分别连接到点A、B处，从图上可知C、D两点在同一等压面上p C=p D，

水头线绘制

沿程阻力实验
1、为什么压差计的水柱差就是沿程水头损失？管道安装成倾斜，是否影响实验结果？
2、根据实测m值判别实验流区。 lghf~lgv曲线斜率m=1.0~1.8,即hf与v1.0~1.8成正比，所以流动为层流，紊流光滑区和紊流过渡区，未达阻力平方区。 2、管道当量粗糙度如何测得？当量粗糙度的测量可用实验的方法测定
2．流量增加，测压管水头线有何变化？为什么？
有如下二个变化：
（1）流量增加，测压管水头线（P-P）总降落趋势更显著。这是因为测压管水头，管道过流断面面积 A 为定值时， Q增大就增大，而且随流量的增加阻力损失亦增大，管道任一过水断面上的总水头 E相应减小，故的减小更加显著。
伯努利方程实验思考题
1．测压管水头线和总水头线的变化趋势有何不同？为什么？测压程只条件部分 9，管而据即恒下降越大水头管水头线（P-P）沿程可升可降。而总水头线（E-E）沿降不升。这是因为水在流动过程中，依据一定边界，动能和势能可相互转换。测点5 至测点7，管收缩，势能转换成动能，测压管水头线降低。测点7至测点渐扩，部分动能又转换成势能，测压管水头线升高。能量方程E1=E2+hw1-2, hw1-2为损失能量，是不可逆的，有 hw1-2>0，故 E2恒小于E1，（E-E）线不可能回升。(E-E) 线的坡度越大，即J越大，表明单位流程上的水头损失，如图2.3的渐扩段和阀门等处，表明有较大的局部损失存在。

水力学有压管流测压管水头线的绘制

测压管水头线：
在管径不变的管段，流速水头相等，测压管水头线平行于总水头线，从总水头线向下减去相应断面的流速水头值，便可绘制出测压管水头线。（也可直接算出各断面的测压管水头值）
Page 3
以图6.3为例，在绘制总水头线和测压管线时，有以下几种情况可作为控制条件：
⑴上游水面线是测压管水头线的起始线。若上游水池（或水库）中
水力学第六章第二节
6.2.3总水头线和测压管水头线的绘制
三班四组主讲人：
wenku.baidu.com ? 绘制总水头线和测压管水头线可以定性地图示能量方程中的各项沿程的变化情况。总体而言，总水头线总是沿程下降的，而测压管水头线沿程可升可降。
Page 2
总水头线：
局部水头损失可作为集中损失图示在边界突然变化的断面上，因此总水头线在有局部水头损失的地方是突然下降的。在有沿程水头损失的管段中，总水头线可假设为线性下降的。
大的水流，总水头线下降，测压管水头线上升。
作图时，出口断面的局部水头损失集中绘在出口处，
即总水头线在此下降 hj 2，测压管水头线在此上升后与水面
相接，如图（b）所示
h j2
? ?2 2g
测压管水头线
1
v
0
?
02?
2 02
2g
2
出水面
H2 v02≠0
0

水力学学习方法指导

水力学教学辅导

第五章有压管道恒定流

【教学基本要求】

1、了解有压管流的基本特点，掌握管流分为长管流动和短管流动的条件。

2、掌握简单管道的水力计算和测压管水头线、总水头线的绘制，并能确定管道内的压强分布。

3、了解复杂管道的特点和计算方法。

【学习指导】

前面几章我们讨论了液体运动的基本理论，从这一章开始将进入工程水力学部分，就是运用水力学的基本方程（恒定总流的连续性方程、能量方程和动量方程）和水头损失的计算公式，来解决实际工程中的水力学问题。本章理论部分内容不多，主要掌握方程的简化和解题的方法，重点掌握简单管道的水力计算。

有压管流水力计算的主要任务是：确定管路中通过的流量Q ；设计管道通过的流量Q 所需的作用水头H 和管径d ；通过绘制沿管线的测压管水头线，确定压强p 沿管线的分布。

5.1 有压管道流动的基本概念

（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。直径单一没有分支而且糙率不变的管道称为简单管道；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。

（2）短管和长管

在有压管道水力计算中，为了简化计算，常将压力管道分为短管和长管：

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（）＜（5~10）h f %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。

水头线绘制共11页

3
４、此外，还应注意管道出口的边界条件，如图2所示。
图2（ａ）为自由出流，测压管水头线的终点应画在出口断面的形心上；
图2（ｂ）为淹没出流，且下游流速水头
，测压管水头线的终点
应与下游液面平齐；
图2（ｃ）亦为淹没出流，且下游流速水头
，表示管流出口的动能
没有全部损失掉，一部分转化为动能，为尚有一部分转化为下游势能，使下游液面抬高，高于管道出口断面的测压管水头，故测压管水头线的终点应低于下游液面。
水断面上的总水头 E相应减小，故的减小更加显著。
（2）测压管水头线（P-P）的起落变化更为显著。因为对于两个不同直径的相应过水断面有
式中为两个断面之间的损失系数。管中水流为紊流时，接近于常数，又管道断面为定值，故Q增大，H亦增大，（P-P）线的起落变化就更为显著。
管水头
等于该断面的总水头
与流速水头
之差。
1
✓在绘制总水头线时，局部水头损失可作为集中损失绘在边界突然变化的断面上，沿程水头损失则沿程逐渐增加的，因此总水头线在有局部水头损失的地方是突然下降的，而在有沿程水头损失的管段中则是逐渐下降的。从总水头线向下减去相应断面的流速水头值，便可绘出测压管水头线。

测压管水头线的画法

测压管水头线的画法总水头线和测压管水头线起点

上游流速水头近似为0

总水头线和测压管水头线终点

自由出流

测压管水头线的终点应画在出口断面的形心上

出口前后为突然扩大的水流，总水头线下降，测压管水头线上升

上游流速水头不为0

淹没出流

总水头线与水面线重合

淹没出流

总水头线高于水面线

水力学 有压管流测压管水头线的绘制

总水头线与测压管水头线绘制微课(精)

总水头线和测压管水头线绘制注意

总水头线和测压管水头线绘制

总水头线和测压管水头线绘制

水力学 第五章课后题答案

管路测压管水头线实验

管流中测压管水头线的绘制

大学水力学：总水头线和测压管水头线绘制注意

测压管和测压管水头

水头线绘制

水力学有压管流测压管水头线的绘制

水力学学习方法指导

水头线绘制共11页

测压管水头线的画法

水力学有压管流测压管水头线的绘制

水力学第五章课后题答案