压力管道水力计算

= New
计算New
N
Y
校核 New
由hf计算 v 、 qV
二、串联管道
由不同管道直径和管壁粗糙度的数段根管子连接在一起 的管道。
串联管道特征 1.各管段的流量相等
qv qwenku.baidu.com1 qv2 qv3......
2.总损失等于各段管 道中损失之和
A 1
B
H
2
hw hw1 hw2 hw3......
= New
假设
由hf计算 v 、Re
由Re、查莫迪图得New
求解方法相当 于简单管道的第 二类计算问题。
N
Y
校核 New
由hf计算 v 、 qV
（2）已知总流量qV ，求各分管道中的流量及能量损失 。
假设管1的 q’V1 由q’V1计算管1的h’f1 由h’f1求q’V2和 q’V3
q’V1 = qV1
管道按布置分
简单管道 复杂管道
两种水头损失大小比重
短管 长管
串联管道
并联管道
分枝管道
局部水头损失、流速水头占 总水头损失比例较大（大于 5%），计算时不能忽略
沿程水头损失水头为主， 局部损失和流速水头在总 水头损失中所占比重很小，
计算时可忽略。
注意
1 长管和短管不按管道绝对长度决定。 2 当管道存在较大局部损失管件，例如局部开启闸 门、喷嘴、底阀等。既是管道很长，局部损失也 不能略去，必须按短管计算。 3 长管：忽略局部水头损失和流速水头（沿程损 失不能略去），计算工作大大简化，其对结果又 没有多大影响。
工程流体力学
第五章 压力管路的水力计算 主 讲：刘恩斌
2011年10月
压力管道计算原理
有压管道：管道被水充满，管道周界各点受到液体压强作用，
其断面各点压强，一般不等于大气压强。
管壁
管壁
液体
液体自由面
有压管道
无压管道
工程中，常用各种有压管道输送液体，如水电站压力引水 钢管；水库有压泄洪隧洞或泄水管；供给的水泵装置系统及 管网；输送石油的管道。
A Q
Q1 d1 hw1 Q2 d2 hw2 Q3 d3 hw3
B Q
2.并联管道的损失等于各分管 道的损失。
hw hw1 hw2 hw3......
特点：一般按长管进行水力计算
两类计算问题
A Q
Q1 d1 hw1 Q2 d2 hw2 Q3 d3 hw3
B Q
（1）已知A点和B点的静水头线高度（即z+p/g)，求总流量qV；
xp5井站：xp5、q60 xp15井站：xp15、xp15-1、xp15-2
72
Φ L＝1529.× 8K6m
133井站：133-2、 q26、q33
ΦL1＝591×.76Km
71 133井站
217井站：217、261 167井站：281 L＝Φ11.519K×m 6
264阀室 58
Φ1L5＝9×2K6m
(xp16站:XP16) 袁家阀室
22
75井站
L＝Φ01.549Km×6
L＝Φ01.549Km×6
L＝Φ01.559Km×6
LΦ＝125.95K×m6
L＝Φ01.559Km×6
Φ105.94K×m6 L＝
7个什小新邡用市站户站石亭88江Φ311阀 L5＝9室 ×0.6LΦ 3K＝m1843石 2.3川 2× 亭 Φ齐 K润 2m5L江1＝福 1319020阀 ×5936站 .7井 井 井 5室Km站 站 站 80： ： ： 37131020齐93671福901绵 站 491Φ L5阀 4竹 1＝ 井 520室 井 37天 54站 龙3井 6.站 × 然 蟒 1：站 K9气 集 ： mq1接： 14团 4公 7入 4、 井1538输站 司 0q55气5于 131干 18此 1Φ 4管点 41井 L2136Φ 阀 47＝ 728L站 90371＝ 井 井 井 井 室 135：站 19K× 站 站 站 2× Kq2m4： m85： ： ： 996801井 、 q13、678778q站 0032、 8、 1、 798： 2611-1334861778阀 9403---阀 11L1Φ、 室 、 ＝室2116077Φ L8.03＝--192× 205Kq.9m69× 88K626m井 、 27井q站 666站223： ： -阀 2334Φq、 q室 6616LC2井 5＝8、 X9Φ、 3×1站 q7.316648q572K961-m× 771井、 、 56,站 qLqΦ 6＝ 浅 72L：-11＝ 82635.3285947井 K阀 × .1m柏 4站6K此 站 室接： m龙点 经入17镇 3为 13输 管 429218气3阀Φ 2干 3室 井1775139阀 × xp6室 5,1井 L1＝站 6116K新11m德 增 此 大 6Φ L场 Φ压 1点 新 气 ＝ 联 增 L站 21集 3＝7接 干 5集 合 压 3139输 0×.入 管 来 输 站 × .3站 26输 K气 在 K站 Φ 6mm 159×16,L＝L＝2Φ2K.m125Kx9m×p167九井5公 站51桩 13331Φ阀 井12L1133Φ 站 3室 ＝ 357794678： 1×井 0-井 井5此 .（ 2L169站 8站 站 Φ 3,＝ × 为 1KL3： 2m： ： ＝、 116329125井 .3354Q39977.566井 3站 178× K阀 13Km1站 -： m4263室 、 直 61152井q接 5963文 ） 4站 41接井、 化 1入Φ站 q阀 Φ集 7114（ 6152气 qΦ 1L室 145L954＝669井 =干 6× 1x651×42Q1X井 22p5井 2单 井 575管 K站 6.2P764597站 m8,25站 7井 站 6井 、 × 井 L井 井 ： K井 井 ： ＝ ： m： 站 ： 6站 浅 站 站 站 qQ站 51125： ： q6.： 7： 6： 40： 457354、 811x、 Q-6K、 2115） pm2047、 551Q7Q587A85、 264Q、 、 2、 5、 771井 、 2Φ1q3Qq75qΦ 6-82孟 许 Q1L站 1882L1355=52、 2＝2井 2家 天 理 697： 站 5、 7q× 阀 -.1站 站 然 站 123K0q： Xq、 6× 2m室 x： K2（ ） 气 1井 Φ pPm23136L212黄 管 2、 61=井 站 6井 52053-11.9站 -11： 站 6× 4626K9： 、 33qx： 6m井 阀 井 q2,x252qx2站 室 7站 、 20p7、 2： 、 ： 2、x511cq17X6x626299Q31、 环 Φ8913x、 5Lq、 9=×402.46X52,、 K2mQ井 15L176Φ ＝Φ3521151井 .L9＝9×22× K16L6站 1Km6401m7(61井 阀 8阀 6116站 室 11井 室L14站 ：10：L1131111367、6057596井 井 2井 3L6、 、 Φ 站 站 L站 10＝ X8井 2： L： ：3Q27127Φ 11L337站 0.00367＝ × 9井 321575)K5、 、 、 26站 m92.23× ： 6157K9563m2环763007LL、 1井 022-131井 、 站 L7环 2110： L站 11-)916125、 、 2： 06井、 (0-Lx2L站 q1、1L79： 1522-、 、 井 3、 41、、 6-站 L2Φ 2L3、 、 ： 1LL16＝ 47-10X3、 、 68)2Q2×.A7KB45m-
两类计算问题
（1）已知串联管道的流量qV，求总水头H ；A （2）已知总水头H，求串联管道的流量qV 。 1
B H
2
按长管计算 1
hf1
v0
l1 d1
l2 d2
hf2
H
l3 d3 hf 3
1
Q1
Q2 q1
Q3 q2
H Q1
hf 1 Q2
hf q1
2
hf
3
（
lv2 2gd
）1 （
lv2 2gd
•在管网设计时，必须校验并使之满足在最大流量下控制点的服务水
头满足设计要求。
☺
§5.2 长管的水力计算
管道的种类: 简单管道 串联管道 并联管道
一、简单管道
管道直径和管壁粗糙度均相同的一根管子或这样的数根 管子串联在一起的管道系统。
计算基本公式
连续方程 沿程损失 能量方程
Q vA
hw hf
l
界牌镇 94
Φ159×6,L19.5Km
川西地区高低压管网仿真图
285阀室 70
264井站：264、218、262、270? 263井站：263
260阀室-2 69
L＝Φ08.963×K4m
156井站:156、156-2、q40、q42、 q53、xp6、xc32、xp12
59
阀室 92
广富 永河 绵远、河清 川西燃气公司用气
n
Q
Q 1
Q 2
Q 3
Qi
i 1
设各管径、流量分别为di、Qi ，i =1，3 。 考虑每一支的能量方程，则
hf1 hf 2 hf 3 hf
hf
lv2
2gd
各支水头损失，按长管计算，则
各支的流量与总流流量之间应满足连续方程，即
n
Q
Q 1
Q 2
Q 3
Qi
i 1
若总流的流量及各并联支管的直径、长度、 和粗糙度已知时，可求出总流量、支流量以及水 头损失；
的关系曲线（ qV ~ H， qV ~， qV
~ N曲线）。
其中：水泵的qV ~ H关系曲线
称为水泵的水力性能曲线
3．泵与管路系统的水力耦合工况
M点工况为设计工况; qVm为设计流量; Hm为设计水头。 Hg = Hz +（zt―z0）
•工况点M变，则服务水头Hz变； •水泵水力性能曲线越平坦则供水越稳定；
qV、l、d 计算Re
计算
计算 hf
第二类问题的计算步骤
（2）已知hf 、 l、 d 、 、 Δ ，求qV； 假设
由hf计算 v 、Re
= New
计算New
N
Y
校核 New
由hf计算 v 、 qV
第三类问题的计算步骤
（3）已知hf 、 qV 、l、、 Δ ，求d。 hf qV l Δ
计算 与 d的函数曲线
）2 （
lv2 2gd
）3
Q2 Q3 q2
H Q1
hf 1 Q2
hf q1
2
hf
3
（
lv2 2gd
）1 （
lv2 2gd
）2 （
lv2 2gd
）3
Q2 Q3 q2
上式是串联管道的基本公式，联立以上三式，可
解算Q、d、H 等问题。
IR1
IR2
IR3
U
在长管的条件下，各段的测压管水头线与总水头 线重合，管道水头线呈折线，因为各管段流速不同， 1水头线坡度也各不相同。
3 按照终点流量要求，确定各段流量 4 以经济流速确定各段管径 5 取标准管径后，计算流速和摩阻 6 按长管计算各段水头损失hw
1
z2 2
3
z1
J
z3
7 按串联管道计算起点到控制点的总水头损失。
285井站：282、283、284
安县
罗浮山温泉 秀水
24
塔水站
花街镇 Φ159×6,L34Km 93
v0 l1 d1 v1
l2 d2 v2
l3 d3 v3 v3
1
H0
v 2＋ 2g
hfi
hj (
i
li di
vi2 2g
i
vi 2 2g
v2 )
2g
三、并联管道
由几条简单管道或串联管道，入口端与出口端分别连接 在一起的管道系统。
并联管道特征
1.总流量是各分管段流量之和。
qv qv1 qv2 qv3......
(xq81站：81、95 xq52站：52、52-2、52-1、 xq43站：43、35、36、51、54)
Φ325×6,L＝37.5Km
L＝0Φ.859Km×4
135阀室
68
135井站：135-2、q30、q31
L＝Φ0.19559K×m 6
xp17井站：xp17、xp13、xp20、 xp21、xp22、xp3、290
N
h’f1= h’f2 = h’f3
Y 结束计算
按q’V1 、q’V2 和 q’V3的比例计算 qV1 、qV2 和qV3
计算h’f1 、 h’f2和h’f3
A Q
Q1 d1 hw1 Q2 d2 hw2 Q3 d3 hw3
B Q
hfA hf1=hf2=hf3=hf
HA
l3 d3 Q3
hf H
HB
l2 d2 Q2
hf1
v0 l1 d1
l2 d2
hf2
l3 d3
H hf 3
Q1
Q2
Q3
1
q1
q2
按短管计算
1
α1 v12
α2 v22
2g
2g
α3 v32 2g
H
v0 l1 d1 v1
l2 d2 v2
l3 d3 v3 v3
1
对上游断面和出口断面列能量方程，则
1
α1 v12
α2 v22
2g
2g
α3 v32 2g
H
Q2L d5
列宾宗公式
hf
Q 2m m L
d 5m
三类计算问题 简单管道的水力计算是其它复杂管道水力计算的基础。
（1）已知qV、l、d 、、 Δ ，求hf； （2）已知hf 、 l、 d 、 、 Δ ，求qV； （3）已知hf 、 qV 、l、、 Δ ，求d。
第一类问题的计算步骤
（1）已知qV、l、d 、、 Δ ，求hf；
d
v2 2g
z1
p1
g
v12 2g
z2
p2
g
v22 2g
hw
§5.2 长管的水力计算
hf
l d
v2 2g
层流
hf
4.15
LQ
d4
水力光滑
Q L 1.75 0.25
hf 0.0246 d 4.75
混合摩擦
hf
0.0802
A
Q L 1.877 0.123
d 4.877
水力粗糙
hf
0.0826
A Q
B Q
l1 d1 Q1
设各管径、流量为di、Qi ，i =1，3 ，考虑能量方程，则
hf1 hf 2 hf 3 hf
hf
lv2
2gd
HA
hfA hf1=hf2=hf3=hf
l3 d3 S3 Q3
hf H
HB
l2 d2 K2 Q2
A Q
B Q
l1 d1 Q1
各支的流量与总流流量之间应满足连续方程，即
hf 求出后，再求出各支管的流量
四、分枝管路
分支管道特征 流入汇合点的流量
等于自汇合点流出的 流量。
qv1 qv2 qv3
计算问题－新建管道，确定管径、起点压力
已知管网结构形式（地形、长度、用户位置）、用量、用户 所需水头，确定管径和管网起点水压。
1 根据管网布置图，将管网分段编号
2 选定主干线，一般从起点到最远点
压力管道水力计算的主要内容就是确定水头损失，包 括沿程水头损失和局部水头损失。
§5.1 管路特性曲线
1．管路系统的水力特性
管路系统的性能曲线：
管路系统流量和水头损失关系曲线（ qV ~ hf）
hw
l d
v2 2g
8 2g
L d5
Q2
Q2
2．泵的水力特性
泵性能曲线：水泵的出水流量
qV分别与扬程H、效率、轴功率N