水力学5
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流体力学 水力学 第五章
• 例5-1：如图所示短管，管长200m，管径 d=400mm，水头H=10m，两个弯头的局部阻 力系数均为0.25，闸门全开的局部阻力系数为 0.12，沿程阻力系数λ＝0.03。求闸门全开时通 过管道的流量Q。
H
1
H
2 1 0 2 0
H
pa
v
2 1 1
2g
0
pa
H0 H
v
（H 4.5 ）
lBC hw32＝（ 3 4 5） d 2g
pB
a 0 0 0 hw3 2 2g 2
2
γ
例5 5：液面高差z 45m, 管道直径均为500mm ， 泵轴离液面h 2m。吸水管长10m, 压水管长90m，
d 管系流量系数：
)
Q c A 2 gH 0
1 管系流量系数： c 1 c
c (
l
d
)
直角进口损失( 进 0.5, 出口 1), 直角进口损失( 进 0.5, 出口 1), 两个弯头损失( 弯 0.25) 闸门损失( 闸 0.12) 两个弯头损失( 弯 0.25) 闸门损失( 闸 0.12) 0.03 代入得 : c 0.2417 代入得 : c 0.2417 3 Q c A 2 gH 0.4254m 3 /s Q c A 2 gH 0.4254m / s
水力学5章习题课
4U max 4 U max 2 r0 gr02
4 0.2 56.62 0.00082 2 980 7.5
h f lJ 100000 0.00082 82cm
第五章 习题课
例4：应用细管式粘度 计测定油的粘度，已知 细管直径d=6mm,测量 段长L=2m。实测油的 流量Q=77cm3/s，水银
例3：输油管管径 d 150 mm ，输送油量 Q 15.5t / h ，求油 管管轴上的流速 U max 和 1km 长管路上的沿程水头损失。已 知： 油 8.43kN / m3 , 油 0.2cm2 / s。
解： Q 15.5t / h＝ 由式 U
15500/3600 5000cm3 / s 8430/9.8
d 2 2g H L dV dL L 1 d
d 2 1 L d 0
H 解得： 1
d
有方圆两条自然粗糙有压管，其断面尺寸如图所示，若通 例6： 过的流量Q和动力粘性系数μ均相等，其相对粗糙度Δ/d也 相等，当两管中的水流均为层流向紊流的过渡区时，试分
hp 7.65cm
例8： 水从直径d、长L的铅垂管路流入大气中，水箱中的液面 高为h，管路的局部阻力可以忽略，其沿程阻力系数为λ，试求： （1）管路起始断面A处的压强？ （2）h等于多少，可使A点压强为大气压？ （3）试求管中的平均速度？
4 0.2 56.62 0.00082 2 980 7.5
h f lJ 100000 0.00082 82cm
第五章 习题课
例4：应用细管式粘度 计测定油的粘度，已知 细管直径d=6mm,测量 段长L=2m。实测油的 流量Q=77cm3/s，水银
例3：输油管管径 d 150 mm ，输送油量 Q 15.5t / h ，求油 管管轴上的流速 U max 和 1km 长管路上的沿程水头损失。已 知： 油 8.43kN / m3 , 油 0.2cm2 / s。
解： Q 15.5t / h＝ 由式 U
15500/3600 5000cm3 / s 8430/9.8
d 2 2g H L dV dL L 1 d
d 2 1 L d 0
H 解得： 1
d
有方圆两条自然粗糙有压管，其断面尺寸如图所示，若通 例6： 过的流量Q和动力粘性系数μ均相等，其相对粗糙度Δ/d也 相等，当两管中的水流均为层流向紊流的过渡区时，试分
hp 7.65cm
例8： 水从直径d、长L的铅垂管路流入大气中，水箱中的液面 高为h，管路的局部阻力可以忽略，其沿程阻力系数为λ，试求： （1）管路起始断面A处的压强？ （2）h等于多少，可使A点压强为大气压？ （3）试求管中的平均速度？
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
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
水力学5
局部水头损失系数ξb＝0.3，水泵入口前的渐变收缩段局部水头损失 系数ξg=0.1，吸水管沿程阻力系数λ＝0.022，压力管道采用铸铁管， 其直径d2为500mm, 长度l2为1000m，n＝0.013（见图）。试确定：
(1) 吸水管的直径d1； (2) 水泵的安装高度▽2； (3) 带动水泵的动力 机械功率。
pa p p2 2 v2 p v v l v2 z s 2 2 2 hw12 z s a 2 g g 2g g 2g d 2g 2g
2 2 2 2
v
2 v2 z s hv ( 2 ) 2g
l
2．压力水管的水力计算
l1 v2 z s hv (a ) d1 2g
10 12 4.5 (1 0.022 2.5 0.3 0.1) 0.5 9.8 2
4.5 0.22 4.28m
（三）带动水泵的动力机械功率 因
Np
vQ( z hw1 4 ) 1000 P
11
解：
(1) 本题管道出口淹没在水面以下，为淹没出流。当不计行近流
速影响时，可直接计算流量： 上下游水头差为 z 1 2 100 99 1m 先确定λ值，用曼宁公式 计算C，混凝土管n＝0.014
则
故
1 1 16 1 1 16 C R ( ) 56.7 m 2 / s n 0.014 4
水力学实验5.水工模型试验基础
L
Lp Lm
式中 L 为长度比尺
面积比尺
体积比尺
A
Ap Am
Lp2 Lm2
L2
2.运动相似
V
VBiblioteka Baidu Vm
Lp3 Lm3
L3
是指原型与模型的运动相似，即原型与 模型流动中任何相应点的速度、加速度方向 相同，大小成同一比例。或者说两个流动的 速度场(或加速度场)是几何相似的。
设时间比尺： 速度比尺
t
tp tm
加速度比尺
p m
Lp / tP Lm / tm
L t
a
ap am
Lp Lm
/ tP2 / tm2
L t 2
根据定义，流速可以用长度除以时间 表示，而加速度则要用速度除以时间表示。
由此可见，满足运动相似的流速比尺 和加速度比尺都不是任意选定的，它们与 时间比尺、长度比尺都是相互关联的。
二. 相似准则 1.牛顿普遍相似准则
F
Fp Fm
mpap mma m
aL3
F 1 Lv
Fp
p
Lp
2
2 p
Fm
m Lm2m2
F Ne
L2 2
Nep Nem
★模型与原型的牛顿数相等，这是流动相似 的重要判据，称为牛顿相似准则。
2.重力相似准则
实际工程中，由于流经闸、坝的水流， 具有自由液面，因此起主导作用的力是重力， 如果用重力代替牛顿相似准则中的F，换成是 重力G，就可以满足原型与模型在单项力上的 力学相似。此时的作用力比尺就是：
水力学 第5章
紊流进口段长度很少依赖于雷诺数的大小，与来流受扰动的程度有关。
L*=(25~40)d
29
第5章 管流损失和水力计算 5.3 管道进口段中粘性流体的流动
本章沿程损失系数的计算公式，只适用于管内充分发展的流动
，不适用于速度分布不断变化的管道进口段内的流动。
30
第5章 管流损失和水力计算
5.4 圆管中粘性流体的层流流动
面是静止不动的，则要有一个由零到主流速度的流速变化区域。
2
第5章 管流损失和水力计算
在同样的通道中流动的理想流体和粘性流体，它们沿截面的速度分布 是不同的。
对于流速分布不均匀的粘性流体，在流动的垂直方向上出现速度梯度， 在相对运动着的流层之间必定存在切向应力，形成阻力。
要克服阻力，维持粘性流体的流动，就要消耗机械能，并不可逆地转 化为热能。
度更低的下临界速度 vcr (vcr vcr ) 时，原先处于紊流状态的流动
便会稳定地转变为层流状态。
15
第5章 管流损失和水力计算
雷诺实验
粘性流体存在两种流动状态——层流和紊流
时，层流转变为紊流。 当流速超过上临界速度 vcr
当流速低于下临界速度 vcr 时，紊流转变为层流。
之间时，流动可能是层流或紊流，与实验 当流速介于 vcr 、 vcr
水力学第五讲
( z1 +
p1 p 2τl 2τ 0l ) − ( z2 + 2 ) = = ρg ρg ρgr ρgr0
§5-3层流运动 层流运动 • 1层流运动的剪切应力分布 层流运动的剪切应力分布
定义水力坡度 J = h f l
2τ 0 = J= l ρgr0 hf
r0 壁面剪切应力与水力坡度的关系 壁面剪切应力与水力坡度的关系 τ 0 = ρg J 2
µ
§5-3层流运动 层流运动 • 2层流的流速分布和沿程损失 层流的流速分布和沿程损失
l v 2 32 µvl 64 l v 2 64 = = • • 比较达西公式 h f = λ 得λ = d 2g Re d 2 g Re γd 2
表明圆管、层流沿程阻力系数与雷诺数成反比； 表明圆管、层流沿程阻力系数与雷诺数成反比； 将速度分布代入动能、动量修正系数积分中得： 将速度分布代入动能、动量修正系数积分中得： a = 2 ， β = 1.33
§5-6 边界层与边界层分离现象简介 • 1边界层的基本概念 边界层的基本概念 • 边界层：物面附近粘性起主要影响作用的 边界层： 薄层； 薄层； • 压力梯度，尾流区，转捩点，粘性底层。 压力梯度，尾流区，转捩点，粘性底层。
§5-6 边界层与边界层分离现象简介 • 2平板上的边界层和曲面上的边界层分离现象 平板上的边界层和曲面上的边界层分离现象
水力学5章习题课
解：在出口和水箱自由液面列伯努力方程
V2 V2 LV2 V2 H L hw 2g 2g d 2g 2g
1 V L 1 d
2 g H L
流量随管长的增加而减少，即流速也随管长的增加而减少。 当
dV 0 时流速随管长的增加而减少。 dL L 2g 1 2g H L
J 2 2 r0 r 可知， 4
流速分布在管道截面逞抛物面分布，由抛物面积体 易知，最大流速为平均流速的两倍，即：
U max 2V 2 Q 2 5000 56.62cm / s 2 A 0.25 15
J 2 2 再令式 U r0 r 中 r 0 有， 4 4U max J 2 U max r0 J 4 r02
③用莫迪图 按一般旧铸铁管 △=1.4mm 1.4 0.0056 Re=2.33×105 d 250 查莫迪图：λ=0.031
L V2 1000 1.22 2 hf 0.031 9.42 mH 2 O d 2g 0.25 2 9.81
可见，用舍维列夫公式计算的沿程水头损失是最大的，在 工程上偏于安全。
x
l
d
解：（1）设A断面上的压强为pA，对液面及A断面列伯努利方 程式，则
V 2 pA 即 h00 0 2g
V2 pA h 2g
水力学第5章 量纲分析与相似模型
如果长度比尺 l 10 ，且原型是水，那 么模型就要找运动粘度为 的流体， 31.62 这是很难找到的。
水 m
2）模型设计
长度比尺；模型率；速度比尺及流量
v pl p
雷诺准则
vp
vmlm vm
vp vm
p m
vp
lm 1 l lp
弗劳德准则
g pl p
适用范围：凡有自由水面并且允许水面上 下自由变动的各种流动（重力起主要作用 的流动），如堰坝溢流、孔口出流、明槽 流动、紊流阻力平方区的有压管流与隧洞 流动等 在重力起主要作用的流动实验中，必须考 虑Fr 数这一相似参数。在Fr → ∞的流动 中，重力效应可以忽略不计。
欧拉准则
Pm 压力与惯性力之比 I p Im
几何相似
...... l 长度比尺： lm1 lm 2 lm p1 m1 p 2 m 2 l p1 l p2 lp
面积比尺： A AP 2 2 l Am lm
体积比尺： V
l3 VP p 3 3 l Vm lm
2、相似准则
动力相似准则：
在两相似的流动中，各种力之间保 持固定不变的比例关系。为使两个 流动动力相似，各项比尺所需满足 的约束关系
水力学课件第五章
x
0 R
恒定均匀流基本方程
均匀流过水断面上切应力的分布
0 r r0 0
R
A
2 d
0 RJ
d r0 4 d 4 2
0
r RJ R r 2 = r0 r0 RJ R 2
0 r r0
圆管中的层流运动
圆管均匀层流的断面流速分布
z1
O
0 0
2
1
( z1
p1
) ( z2
p2
) hf
与前式合并得
0 L 0L hf A R
hf L RJ
对于同样的过水断面 A， P z2 湿周 G 最小的断面形状 2 2 是圆形。工程上将水 O 管做成圆形，渠道做 成与圆形接近的梯形， 就是为了尽量减小沿 程水头损失
0 式中 v* 称为阻力速度，是一常数，0为壁面切应力。 上式为紊流速度分布公式，又称普朗特—卡门(Karmen)对数 分布律。
紊流中的层流底层与紊流区
2 pA umax pB 0 解： 1、求流量： 2g 2g 2 umax pB p A 汞 油 hp 2g 油
u max 19.6 2.35m / s
133.28 8.83 0.02 8.83
1 2
假设重油的流动为层流： u max 1.175 m / s
农田水力学5 排水系统规划设计
A、承泄区水位较低，排水条件较好 计算步骤：
（1）确定排涝控制点A。
（2）拟定各级排水沟比降。 （3）计算干沟出口处的排涝水位：
式中： ——农沟中最高水位到地面的距离，可取0.2-0.3m；
L、i——自A点到排水沟出口的各级排水沟长度与比降；
—— 局部水头损失，可不考虑上下级排水沟衔接的水位 落差。
其余参数同P237式（8－5）和（8－6）。 注意：①平原河网地区宜考虑排水沟滞蓄；②圩 区应考虑预降滞蓄，圩堤渗漏产水和套闸进水。
24
例题
例1 已知淮北平原地区，F=20km2，水田、旱田及 沟塘面积分别为12km2、7km2、1km2， 稻田耗水 e=4mm/d，稻田滞蓄水深为30mm，旱地的径流系数 为0.69 ，沟水面蒸发强度为3mm/d ，沟滞蓄水深为 500mm 。排涝标准为日雨量200mm两天排出。求Q 、q。
B）满足地下水位控制要求。
排渍要求
36
3.1.1排渍水位（日常水位） 排渍水位——排水沟需要维持的水位。 推算步骤 ： （1）确定排渍控制点A0高程（最远处低洼地高 程）。 （2）初拟各级排水沟的比降。 （3）推算排干沟出口的日常水位：
37
3.1.2排涝水位（最高水位） 排涝水位是排水沟宣泄设计排涝流量时的水位。
1.2.3规划布置原则
九原则
低 分 洪 滞 统 灌 降 安综 处 片 涝 蓄 筹 排 低 全合 布 排 分 结 规 分 造 可利 置 水 治 合 划 开 价 靠用
（1）确定排涝控制点A。
（2）拟定各级排水沟比降。 （3）计算干沟出口处的排涝水位：
式中： ——农沟中最高水位到地面的距离，可取0.2-0.3m；
L、i——自A点到排水沟出口的各级排水沟长度与比降；
—— 局部水头损失，可不考虑上下级排水沟衔接的水位 落差。
其余参数同P237式（8－5）和（8－6）。 注意：①平原河网地区宜考虑排水沟滞蓄；②圩 区应考虑预降滞蓄，圩堤渗漏产水和套闸进水。
24
例题
例1 已知淮北平原地区，F=20km2，水田、旱田及 沟塘面积分别为12km2、7km2、1km2， 稻田耗水 e=4mm/d，稻田滞蓄水深为30mm，旱地的径流系数 为0.69 ，沟水面蒸发强度为3mm/d ，沟滞蓄水深为 500mm 。排涝标准为日雨量200mm两天排出。求Q 、q。
B）满足地下水位控制要求。
排渍要求
36
3.1.1排渍水位（日常水位） 排渍水位——排水沟需要维持的水位。 推算步骤 ： （1）确定排渍控制点A0高程（最远处低洼地高 程）。 （2）初拟各级排水沟的比降。 （3）推算排干沟出口的日常水位：
37
3.1.2排涝水位（最高水位） 排涝水位是排水沟宣泄设计排涝流量时的水位。
1.2.3规划布置原则
九原则
低 分 洪 滞 统 灌 降 安综 处 片 涝 蓄 筹 排 低 全合 布 排 分 结 规 分 造 可利 置 水 治 合 划 开 价 靠用
水力学第5版课后题答案
水力学第5版课后题答案
1、1．速度在数值上等于单位时间内通过的路程．[判断题] *
对
错(正确答案)
2、2．高空雨滴下落的运动是自由落体运动．[判断题] *
对
错(正确答案)
3、1．两个孩子共提一桶水时，要想省力，两个人拉力间的夹角应大些．() [判断题] *对
错(正确答案)
4、21．关于声现象，下列说法正确的是（）[单选题] *
A．人听到声音是否响亮只跟发声体发声时的振幅有关
B．人们可以用声学仪器接收到超声波判断地震的方位和强度
C．倒车雷达是利用回声定位探测车后的障碍物(正确答案)
D．用大小不同的力敲击同一音叉是为了探究音调与频率的关系
5、34．关于物质的密度，下列说法正确的是（）[单选题] *
A．铜的密度是9×103kg/m3，表示lm3铜的质量为9×103kg(正确答案)
B．一罐氧气用掉部分后，罐内氧气的质量变小密度不变
C．一块砖切成体积相等的两块后，砖的密度变为原来的一半
D．密度不同的两个实心物体，其质量一定不同
6、31．在炎热的夏天，下列能有效降低室内气温的办法是（）[单选题] *
A．关闭门窗，不让外界的热空气进来
B．在地上洒一些水(正确答案)
C．打开电风扇
D．打开电冰箱的门，散出冷空气
7、61．关于微观粒子的发现与提出，下列说法正确的是（）[单选题] *
A．电子是英国物理学家卢瑟福发现的
B．原子的核式结构模型是盖尔曼提出的
C．中子是由查德威克发现的(正确答案)
D．夸克是比中子、质子更小的微粒，是由英国物理学汤姆生提出的
8、10．同学们进入图书馆都会自觉地轻声细语，从物理的角度分析，这样做的目的是（）[单选题] *
水力学习题答案第五章
选择题（单选题） 速度v ,长度I ,重力加速度g 的无量纲集合是：（b ）
lv
v I
v
（a ）
；（b ）
；（c ）
；（d ） 。
g
gl
gv g 1
速度v ，密度 ，压强p 的无量纲集合是：（d ）
速度v ,长度I ,时间t 的无量纲集合是： t /、 l z l
c ） 2 ; （
d ）
vt 2
vt
进行水力模型实验，要实现明渠水流的动力相似，应选的相似准则是： （b ）
（a ）雷诺准则；（b ）弗劳德准则；（c ）欧拉准则；（d ）其他。
进行水力模型实验，要实现有压管流的动力相似，应选的相似准则是： （a ）
（a ）雷诺准则；（b ）弗劳德准则；（c ）欧拉准则；（d ）其他。 雷诺数的物理意义表示：（c ）
（a ）粘滞力与重力之比；（b ）重力与惯性力之比；（c ）惯性力与粘滞力之比; 力
与粘滞力之比。
明渠水流模型实验，长度比尺为
4，模型流量
应为原型流量的： （c ）
（a ） 1/2 ； （b ） 1/4 ； （c ） 1/8 ； （d ） 1/32 o
压力输水管模型实验，长度比尺为 8，模型水管的流量应为原型输水管流量的:
（a ） 1/2 ； （b ） 1/4 ； （c ） 1/8 ； （d ） 1/16。
假设自由落体的下落距离 s 与落体的质量 m 重力加速度g 及下落时间t 瑞利法导出自由落体下落距离的关系式。
•/ s Km g t
s L ； m
M ； g T 2L ； t T
5.1
5.2
5.3
5.4
5.5 5.6
5.7
5.8 5.9
5.10
解：
(a) —P ； ( b) —v ； v P
水力学 第五章
Q c A 2gz
6
相同条件下，淹没出流还是自由出
流流量系数值是相等的。
比较 水头
c
l 1 自 d l 淹 d
自由出流
淹没出流
H Z
注：1
＝
自
淹
7
以上是按短管计算的情况。如按长管的情况，忽略 局部水头损失 及流速水头损失。有
l v2 H hf d 2g
例4-3 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。
hf l
K J
在水力学中 K称为流量模数或特性流量。它综合反映了
管道断面形状、尺寸及边壁粗糙对输水能力的影响。
8
给水管道中的水流，一般流速不太大，可能属于紊
流的粗糙区或过渡粗糙区。可近似认为当v＜1.2m/s时，管
流属于过渡粗糙区， hf 约与流速 v 的 1.8 次方成正比。故当 按常用的经验公式计算谢齐系数 C 求 hf 应在右端乘以修正 系数k，即
则
v
l v2 H 0 (1 ) d 2g
水力学教程(第五版)全套教学课件pptx2024新版
挖的土始终保持干燥状态的方法。所采用的一种施工措施。
02 03
适用范围
适用于具有不同几何形状的基坑，它有克服流砂、稳定边坡的作用。由 于基坑内土方干燥，有利机械化施工，缩短工期，保证工程质量与安全 。
降水程序
降水程序一般按排水→降水→挖土→基础施工顺序进行。
防止土壤盐碱化措施建议
01
控制灌溉水量
根据土壤盐碱化程度和作物需 水量，合理控制灌溉水量，避 免过量灌溉导致地下水位上升
应用举例一
在水利工程中，利用达西定律可 以计算水库大坝的渗流量，为水 库的安全运行提供重要依据。
应用举例二
在石油工程中，达西定律被广泛 应用于油藏工程计算和油田开发 方案设计中，用以确定油井的产 量和预测油藏的开发动态。
井群干扰现象分析
井群干扰现象描述
当两口或多口井在同一含水层中开采时，由于各井之间存 在一定的距离，使得各井的流量、水位等发生变化，这种 现象称为井群干扰现象。
分析方法一
通过绘制等值线图，分析井群干扰前后水位、流量等参数 的变化情况，进而判断井群干扰的程度和影响范围。
分析方法二
利用数值模拟技术，建立井群干扰的数学模型，通过计算 机模拟分析井群干扰对各井流量、水位等参数的影响。
井点降水法原理介绍
01
井点降水法原理
通过在基坑周围埋设一定数量的滤水管（井），利用抽水设备抽水使所
水力学教程 第5章
第五章孔口、管嘴出流和有压管流
从本章开始，将在前面各章的理论基础上，具体研究各类典型流动。孔口、管嘴出流和有压管流就是水力学基本理论的应用。
容器壁上开孔，水经孔口流出的水力现象称为孔口出流(Orifice Flow)；在孔口上连接长为3～4倍孔径的短管，水经过短管并在出口断面满管流出的水力现象称为管嘴出流(Spout Flow)；水沿管道满管流动的水力现象称为有压管流(Flow in Pressure Conduits)。给排水工程中各类取水、泄水闸孔，以及某些量测流量设备均属孔口；水流经过路基下的有压涵管、水坝中泄水管等水力现象与管嘴出流类似，此外，还有消防水枪和水力机械化施工用水枪都是管嘴的应用；有压管道则是一切生产、生活输水系统的重要组成部分。
孔口、管嘴出流和有压管流的水力计算，是连续性方程、能量方程以及流动阻力和水头损失规律的具体应用。
§5-1 液体经薄壁孔口的恒定出流
在容器壁上开一孔口，若孔壁的厚度对水流现象没有影响，孔壁与水流仅在一条周线上接触，这种孔口称为薄壁孔口，如图5-1-1所示。
图5-1-1
一般说，孔口上下缘在水面下深度不同，经过孔口上部和下部的出流情况也不相同。但是，当孔口直径d(或开度e)与孔口形心以上的水头高H相比较很小时，就认为孔口断面上各点水头相等，而忽略其差异。因此，根据d/H的比值大小将孔口分为大孔口与小孔口两类：
若d ≤H /10，这种孔口称为小孔口，可认为孔口断面上各点的水头都相等。 若d ≥H /10，称为大孔口。
当孔口出流时，水箱中水量如能得到源源不断的补充，从而使孔口的水头H 不变，这种情况称为恒定出流。本节将着重讨论薄壁小孔口恒定出流。
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1、排水管渠；2、集水池；3、机器间； 4、压水管； 5、卧式污水泵；6、格栅
合建式矩形排水泵站
适于大型泵站 优点：在机组、管道和附属 设备的布置方面较为方便， 启动操作简单，易于实现自 动化。电气设备置于上层。 不易受潮，工人操作管理条 件良好。 缺点：建造费用高。当土质 差，地下水位高时，因不利 施工，不宜采用。
小结设计要点
水泵台数不多于四台的污水泵站和三台或以下的
雨水泵站，其地下部分结构采用圆形最为经济，其地 面以上构筑物的形式，必须与周围建筑物相适应。
当水泵台数超过4台时，地下及地上部分都可以 采用矩形或由矩形组合成的多边形；地下部分有时为 了发挥圆形结构比较经济和便于沉并施工的优点，也 可以来取将集水池和机器间分开为两个构筑物的布置 方式，或者将水泵分设在两个地下的圆形构筑物内， 地上部分可以处理为矩形或腰圆形。这种布置适用于 流量较大的雨水泵站或合流泵站。
二、分类
1、按其排水的性质，可分为污水(生活污水、生 产污水)泵站、雨水泵站、合流泵站和污泥泵站。
2、按其在排水系统中的作用，可分为中途泵站 (或叫区域泵站)和终点泵站(又叫总泵站)。
3、按水泵启动前能否自流充水，可分为自灌式 泵站和非自灌式泵站。
4、按泵房的平面形状，可分为圆形泵站和矩形 泵站。
5.1.1 组成与分类
一、泵房组成 1、组成：由机器间，配电部分及吸水井三部分 组成 2、作用： （1）机器间：机器间设置水泵机组，管道和控 制设备等，有时还有低压配电盘。 （2）配电部分：有变压器及高压配电设备，前 者通常设于室外。当电源由附近低压接入时，就 没有这部分了。 （3）吸水井：是一个小水池，接纳来水供水泵 抽送，有时也起一定的水量调节作用。
5.2.2 确定集水池容积
在满足安装格栅和吸水管的要求，保证水泵
工作时的水力条件以及能够及时将流入的污水 抽走的前提下，应尽量小些。
(1)全昼夜运行的大型污水泵站：不小于泵站 中最大一台水泵5min出水量的体积。
(2) 小型污水泵站：能够满足储存夜间流入量 的要求。
(3) 工厂的污水泵站：根据短时间内淋浴排水 量来复核
5、按集水池与机器间的组合情况，可分为合建 式泵站和分建式泵站。
6、按照控制的方式，可分为人工控制、自动控 制和遥控3类。
5.1.2 排水泵站的基本类型
合建式圆形排水泵站
适于中、小型排水量，水泵不超 过4台。 优点：圆形结构受力条件好，便 于沉井法施工，降低工程造价， 水泵启动方便，易于根据吸水井 中水位实现自动操作。 缺点：机器内机组与附属设备布 置较困难，当泵房很深时，工人 上下不便，且电动机容易受潮。
6、选泵要点 (1)所选水泵在集水池水位变化范围内都应在 高效段内 (2)水泵并联时，联合运行与单泵运行时都应 在高效段内
集水池中水位变化时水泵工况 水泵并联及单独运行时工况
(3) 选用工作泵的要求是在满足最大排水量的条 件下，减少投资，节约电耗，运行安全可靠，维 护管理方便。
(A)流量选择：大小兼顾、型号整齐 (B)泵的形式：污水泵站中一般选立式离心污 水泵；当流量大时，可选择轴流泵；当泵房不太 深时，也可选用卧式离心泵。对于排除含有酸性 或其他腐蚀性工业废水的泵站，应选择耐腐蚀的 水泵。排除污泥，应尽可能选用污泥泵。 (4) 备用泵选择：如果泵站经常工作的水泵不多 于四台，且为同一型号，则可只设一套备用机组； 超过4台时，除安设一套备用机组外，在仓库中 还应存放一套。 (5)考虑扩建
2、泵站的扬程
H HSS HSd hs hd (1～2)
Hss——吸水地形高度(m)，为集水池内最低水位与 水泵轴线之高差； Hsd——压水地形高度(m)，为水泵轴线与输水最高 点(即压水管出口处)之高差； Σhs和Σhd——污水通过吸水管路和压水管路中的水 头损失(包括沿程损失和局部损失)。
(4)集泥池：根据从沉淀池、消化池一次排出 的污泥量或回流和剩余的活性污泥量计算确定
(5)自动控制的污水泵站 集水池容积计算 (A)泵站为一级工作时：
W Q0 4n
(B)泵站分二级工作时：
W Q2 Q1 4n
W——集水池容积(m3)； Q0——泵站一级工作时水泵的出水量(m3/h) ； Q1、Q2——泵站分二级工作时，一级与二级工作水 泵的出水量(m3/h) n——水泵每小时启动次数，一般取n＝6。
3、水泵型号：来水性质不同，污水泵型号不 同，确定选不到水泵时可以选清水泵。污水泵
站一般扬程不高，可选择立式离心泵，轴流泵， 混流泵，条件合适时，应选潜污泵。
4．水泵台数： 小型泵站，可按2～3台（2用一备）配置，单 泵流量为1/2设计流量。 大中型泵站可按2～3台或3～4台配置，单泵流 量可按分级抽水方式分配p200 5、水泵规格 根据流量和扬程，水泵台数及水泵特性曲线
对于抽送会产生易燃易爆和有毒气体的污水泵站， 必须设计为单独的建筑物，并应采取相应的防护措施。
5.2 污水泵站的工艺特点（重点）
5.2.1 水泵的选择
1、泵站设计流量的确定 排水泵站的设计流量一般均按最高 日最高时污水流量决定。 一般小型排水泵站(最高日污水量在 5000m3以下)，设l-2套机组；大型排水 泵站(最高日污水量超过15000m3)设3-4 套机组。
第五章 排水泵站
主要内容
5.1 概述 5.2 污水泵站的工艺特点 5.3 雨水泵站的工艺特点 5.4 合流泵站的工艺特点 5.5 螺旋泵站的工艺特点
重点与难点：
➢排水泵站（包括污水泵站、雨水泵站、 合流泵站）设计中水泵的选择
➢集水池容积的确定 ➢水泵机组与管道的布置与敷设 ➢泵站中的辅助设施 ➢排水泵站的工艺设计步骤和方法
1、排水管渠；2、集水池；3、机器间； 4、压水管； 5、立式污水泵；6、立式电动机；7、格栅
分建式矩形排水泵站
优点：结构上处理比 合建式简单，施工较 方便，机器间没有污 水渗透和被污水淹没 的危险。 缺点：要抽Fra Baidu bibliotek空启动， 为了满足排水泵站来 水的不均匀，启动水 泵较频繁。
1、排水管渠；2、集水池；3、机器间； 4、 压水管； 5、水泵机组；6、格栅
合建式矩形排水泵站
适于大型泵站 优点：在机组、管道和附属 设备的布置方面较为方便， 启动操作简单，易于实现自 动化。电气设备置于上层。 不易受潮，工人操作管理条 件良好。 缺点：建造费用高。当土质 差，地下水位高时，因不利 施工，不宜采用。
小结设计要点
水泵台数不多于四台的污水泵站和三台或以下的
雨水泵站，其地下部分结构采用圆形最为经济，其地 面以上构筑物的形式，必须与周围建筑物相适应。
当水泵台数超过4台时，地下及地上部分都可以 采用矩形或由矩形组合成的多边形；地下部分有时为 了发挥圆形结构比较经济和便于沉并施工的优点，也 可以来取将集水池和机器间分开为两个构筑物的布置 方式，或者将水泵分设在两个地下的圆形构筑物内， 地上部分可以处理为矩形或腰圆形。这种布置适用于 流量较大的雨水泵站或合流泵站。
二、分类
1、按其排水的性质，可分为污水(生活污水、生 产污水)泵站、雨水泵站、合流泵站和污泥泵站。
2、按其在排水系统中的作用，可分为中途泵站 (或叫区域泵站)和终点泵站(又叫总泵站)。
3、按水泵启动前能否自流充水，可分为自灌式 泵站和非自灌式泵站。
4、按泵房的平面形状，可分为圆形泵站和矩形 泵站。
5.1.1 组成与分类
一、泵房组成 1、组成：由机器间，配电部分及吸水井三部分 组成 2、作用： （1）机器间：机器间设置水泵机组，管道和控 制设备等，有时还有低压配电盘。 （2）配电部分：有变压器及高压配电设备，前 者通常设于室外。当电源由附近低压接入时，就 没有这部分了。 （3）吸水井：是一个小水池，接纳来水供水泵 抽送，有时也起一定的水量调节作用。
5.2.2 确定集水池容积
在满足安装格栅和吸水管的要求，保证水泵
工作时的水力条件以及能够及时将流入的污水 抽走的前提下，应尽量小些。
(1)全昼夜运行的大型污水泵站：不小于泵站 中最大一台水泵5min出水量的体积。
(2) 小型污水泵站：能够满足储存夜间流入量 的要求。
(3) 工厂的污水泵站：根据短时间内淋浴排水 量来复核
5、按集水池与机器间的组合情况，可分为合建 式泵站和分建式泵站。
6、按照控制的方式，可分为人工控制、自动控 制和遥控3类。
5.1.2 排水泵站的基本类型
合建式圆形排水泵站
适于中、小型排水量，水泵不超 过4台。 优点：圆形结构受力条件好，便 于沉井法施工，降低工程造价， 水泵启动方便，易于根据吸水井 中水位实现自动操作。 缺点：机器内机组与附属设备布 置较困难，当泵房很深时，工人 上下不便，且电动机容易受潮。
6、选泵要点 (1)所选水泵在集水池水位变化范围内都应在 高效段内 (2)水泵并联时，联合运行与单泵运行时都应 在高效段内
集水池中水位变化时水泵工况 水泵并联及单独运行时工况
(3) 选用工作泵的要求是在满足最大排水量的条 件下，减少投资，节约电耗，运行安全可靠，维 护管理方便。
(A)流量选择：大小兼顾、型号整齐 (B)泵的形式：污水泵站中一般选立式离心污 水泵；当流量大时，可选择轴流泵；当泵房不太 深时，也可选用卧式离心泵。对于排除含有酸性 或其他腐蚀性工业废水的泵站，应选择耐腐蚀的 水泵。排除污泥，应尽可能选用污泥泵。 (4) 备用泵选择：如果泵站经常工作的水泵不多 于四台，且为同一型号，则可只设一套备用机组； 超过4台时，除安设一套备用机组外，在仓库中 还应存放一套。 (5)考虑扩建
2、泵站的扬程
H HSS HSd hs hd (1～2)
Hss——吸水地形高度(m)，为集水池内最低水位与 水泵轴线之高差； Hsd——压水地形高度(m)，为水泵轴线与输水最高 点(即压水管出口处)之高差； Σhs和Σhd——污水通过吸水管路和压水管路中的水 头损失(包括沿程损失和局部损失)。
(4)集泥池：根据从沉淀池、消化池一次排出 的污泥量或回流和剩余的活性污泥量计算确定
(5)自动控制的污水泵站 集水池容积计算 (A)泵站为一级工作时：
W Q0 4n
(B)泵站分二级工作时：
W Q2 Q1 4n
W——集水池容积(m3)； Q0——泵站一级工作时水泵的出水量(m3/h) ； Q1、Q2——泵站分二级工作时，一级与二级工作水 泵的出水量(m3/h) n——水泵每小时启动次数，一般取n＝6。
3、水泵型号：来水性质不同，污水泵型号不 同，确定选不到水泵时可以选清水泵。污水泵
站一般扬程不高，可选择立式离心泵，轴流泵， 混流泵，条件合适时，应选潜污泵。
4．水泵台数： 小型泵站，可按2～3台（2用一备）配置，单 泵流量为1/2设计流量。 大中型泵站可按2～3台或3～4台配置，单泵流 量可按分级抽水方式分配p200 5、水泵规格 根据流量和扬程，水泵台数及水泵特性曲线
对于抽送会产生易燃易爆和有毒气体的污水泵站， 必须设计为单独的建筑物，并应采取相应的防护措施。
5.2 污水泵站的工艺特点（重点）
5.2.1 水泵的选择
1、泵站设计流量的确定 排水泵站的设计流量一般均按最高 日最高时污水流量决定。 一般小型排水泵站(最高日污水量在 5000m3以下)，设l-2套机组；大型排水 泵站(最高日污水量超过15000m3)设3-4 套机组。
第五章 排水泵站
主要内容
5.1 概述 5.2 污水泵站的工艺特点 5.3 雨水泵站的工艺特点 5.4 合流泵站的工艺特点 5.5 螺旋泵站的工艺特点
重点与难点：
➢排水泵站（包括污水泵站、雨水泵站、 合流泵站）设计中水泵的选择
➢集水池容积的确定 ➢水泵机组与管道的布置与敷设 ➢泵站中的辅助设施 ➢排水泵站的工艺设计步骤和方法
1、排水管渠；2、集水池；3、机器间； 4、压水管； 5、立式污水泵；6、立式电动机；7、格栅
分建式矩形排水泵站
优点：结构上处理比 合建式简单，施工较 方便，机器间没有污 水渗透和被污水淹没 的危险。 缺点：要抽Fra Baidu bibliotek空启动， 为了满足排水泵站来 水的不均匀，启动水 泵较频繁。
1、排水管渠；2、集水池；3、机器间； 4、 压水管； 5、水泵机组；6、格栅