倒虹吸管的水力计算

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倒虹吸水力计算

倒虹吸水力计算
1、初拟管道直径
设计流量Q(m3/s)
最小流量Qmin(m3/s)
倒虹吸总长度L(m)
材料糙率n
初选流速v'(m/s)
初选过水断面面积w'(m2)
初选管道直径D'(m)
倒虹管直径
确定出管道直径D(m)
设计流速v(m/s)
相应过水断面面积w(m2)
2、水头损失
（1）沿程水头损失
水力半径（m） R=D/4
谢才系数（手册第一册 p77）
C=R1/6/n
沿程损失系数
λ=8g/c2
沿程水头损失（m） hf＝λL*v2/(4R*2g)
(2)局部水头损失 ζj进口（查表3-3）
ζ门槽（单个为0.2）共两个
拦污栅栅条厚度s（m）
拦污栅间距b（m）
拦污栅的水头损失拦污栅与水平面夹角a（度）栅条形状系源自文库β（查表3-5）
ζ拦污栅＝β（s/b）4/3sina
弯道损失ζ弯道（查表3-7）
ζ旁通管（单个为0.1）共两个
明渠的断面面积（m2） w渠
w管/w渠
ζ出口（查表3-4）
ζ通气孔（《水力计算手册表1-3-4》）
总局部水头损失系数∑ζj
总局部水头损失hj＝∑ζjv2/2g 总水头损失z＝hj+hf
3、校核流量
Q＝w(2gz)0.5/(λL/D+∑ζj)

倒虹吸流量计算举例(精)

Q A 2g z2
任务：
参考答案：Q≈ 7.62m3/s
水力分析与计算
• 主持单位：广东水利电力职业技术学院 • 黄河水利职业技术学院
参建单位：杨凌职业技术学院安徽水利水电职业技术学院山西水利职业技术学院四川水利职业技术学院
长江工程职业技术学
水力分析与计算
倒虹吸管过流能力校核举例
主讲人：王勤香
黄河水利职业技术学院
2014.10
水力分析与计算
水力分析与计算
倒虹吸水力分析与计算
一、倒虹吸管水力分析
△z
1
△z
2
△z
3
z z1 z2 z3
二、倒虹吸管水力计算内容
（1）选择适宜的流速，确定管道内径；（2）已知管径、管道布设，验算过流能力；（3）确定下游渠道水位和渠底高程（求水面总落差）。
进口
水力分析与计算
ζ拦=β(s/b)4/3sinα
2
3.14/4×1.72
转角
ζ拦=1.83×(1.6/18)4/3sin80°=0.072
2 2.27 4.542 A2 拦 2 0.072 2 0.072 0.22 0.072 0.016 2 A2 4.5 2.10 9.5
2
△z
2.流量系数及△z2

1 2 gLi A2 A2 A2 i A2 C 2 R A2 1 A2 i i i i 2

虹吸管水力计算书

1虹吸管水力计算

（1）计算基本参数：

管道直径（内径） D 出＝ 187 mm

管道全部长度 L 出＝ 76.00 m

入口至最高点长度 L 控＝ 25.20 m

上游水位 H 上＝ 1610.60 m

下游水位 H 下＝ 1607.20 m

水位高差 H 差＝ 3.40 m

局部损失系数见下表：

（2）过流能力计算

a) 计算沿程水头损失系数

根据曼宁公式11

R n C =可计算得C ，在此取钢管（旧管）的糙率n=0.014：

则有：312288R gn C g

==λ

根据计算可得λ=0.043

b) 计算流量系数

ζλμ+=

d l c 1

其中：ζ——整个管道中的局部损失系数

根据计算可得c μ=0.224

c) 输水能力计算

差2gh A Q c μ=

经计算可得Q=0.05m ³/s

（3）安装高程计算

虹吸管中最大真空一般发生在管子的最高位置。所以本计算则将管子的最高点作为计算断面。

上游断面和最高点断面根据贝努力方程有：

d l g P z g a g P s 2)(202算算算201a ϑζλρϑρ⨯+++=++ 则有：

d l h z v s 2)1(2控控ϑζλ++-≤

其中：算P ——计算断面管内压力，单位：Pa ；

算l ——从上游起至计算断面的管长，单位：m ；

算ζ——从上游入口到计算断面的局部水头损失系数；

s z ——上游水面到计算断面的高差即安装高程，单位：m ；

v h ——允许真空值，单位：m ，再此选m h v 7=; 根据计算虹吸管最高点与上游水位高差应满足m z s 63.6≤。

倒虹水利计算

钢管和铸铁管的水力坡降的确定：当V≥1.2m/s时；当V＜1.2m/s时； i=0.00107V2/D1.3 i=0.000912 V2（1+0.867/V）0.3/D1.3
输入进水井流量求出流速后，根据流速的大小进行相应的计算当V≥1.2m/s时，水头损失计算如下：管径（mm) 400.00000 进水井流量(L/S) 160.00 水力坡降(i) 0.00571 流速(m) 1.27300 倒虹管长度(m) 40.00
弯头局部水头损失 0.15503
沿程水头损失(m) 0.22826
总水头损失(m) 0.45149
沿程水头损失(m) 0.04929
总水头损失(m) 0.12525
沿程水头损失(m) 0.16721
总水头损失(m) 0.51602
注：表格中深色填充的数据需要手动输入。
进口局部水头损失(m) 0.04134
出口局部水头损失(m) 0.08268
弯头局部水头损失 0.09922
进口局部水头损失(m) 0.01407
出口局部水头损失(m) 0.02813
弯头局部水头损失 0.03376
Байду номын сангаас
进口局部水头损失(m) 0.06459
出口局部水头损失(m) 0.12919
当V＜1.2m/s时管径（mm) 600.00000

某倒虹吸水头损失计算

倒虹吸计算

一、基本参数

过水流量渠道底宽渠道顶宽渠道纵坡上游底高程下游底高程糙率系数m3/s m m m m

0.51 1.20.0010.03

二、计算过程

渠道内水深试算流量

m m3/s

0.990.50

拟选用管径管断面积管内水流速v2/2g

mm m2m/s

8000.5030.9960.051

水头损失计算转弯

进口直角进口出口直角8080

0.4130.413

局损系数0.5000.0510.7410.741小计

局损0.0250.0030.0370.0370.103

沿程水头损失

谢才系数水力半径糙率管材长度沿程水头损失

C R(m)n m m

56.650.20.01351500.230

水头损失

0.333

故上游渠顶需比下游高

50cm

根据Q=μω*sqrt(2gh)

μ流量系数取0.85

ω断面积

600管可过水0.5流量

施工图时取600砼管

倒虹吸水力计算——公式

水力半径谢才系数能量损失系数
沿程水头损失
2.2 局部水头损失
2.2. 1
进口损失系数
2.2. 2
拦污栅损失系数
符号单位
Q
m3/s
Qmin m3/s
L
m
n
v' m/s
A
m2
D'
m
D
m
v m/s
w管
m2
计算公式
AQ/v
D 4A /
R
m
C m0.5/s
λ
hf
m
R=D/4
C=R1/6/n
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
λ=8g/c2
0.146
0.200
0.098
0.012 0.100 80.000 1.670 0.400 0.390 0.300
4.340 0.724 0.090
0.000
1.178
2.2. 8
总局部水头损失
3 总水头损失
3.1 允许水头损失
3.2
判断是否大于允许水头损失
4 校核流量
校核最小流量
校核最小流速
允许最小流速 5 流量复核
1-3-4》）
总局部水头损失系数
∑ζj
m
ζ门槽（单个为0.2）共两个 a=50° R/D m2 w渠=(b+2mh)h/2

倒虹吸管水力计算书

项目名称：_____________ 日期：_____________ 设计者：_____________ 校对者：_____________ 一、示意图：

这里应该插入示意图，但是文章中没有提供）

二、基本设计资料

1.依据规范及参考书目：

本次设计参考了以下资料：

XXX《水力计算手册》（第二版）

XXX《水工设计手册》（第二版）

XXX《灌区建筑物的水力计算与结构计算》（XXX编著）

2.计算参数：

计算目标：已知流量及管径，求水头损失L。

设计流量Q = 20.000 m3/s

倒虹吸管断面形状：圆形；孔口数量：3孔

倒虹吸管孔直径D = 2.000m

管身长度L = 220.00m，斜管段边坡1:4.00

弯管中心半径R = 2.00倍管径，管身粗糙系数n = 0.0140

上游渠道流速V1 = 0.700 m/s，下游渠道流速V2 = 0.700

m/s

门槽局部水头损失系数ξ4 = 0.050，管进口局部水头损失系数ξ5 = 0.200

三、计算过程

根据门槽局部水头损失系数ξ4 = 0.050和管进口局部水头损失系数ξ5 = 0.200，可以计算出斜管段边坡为1:4.00时，弯道中心的圆心角为:

α = tan-1(1/4.00) = 14.036°

每个弯道的局部水头损失为:

ξ6 = [0.131+0.1632(H/R)3.5+(α/90)1/2]

0.131+0.1632×[2.000/(2.00×2.00)]3.5}×(14.036/90)1/2=0.05 7

管身流速为：

水利工程虹吸管水力计算

水利工程中的虹吸管是一种特殊的水力结构，用于在管道中形成虹吸现象，从而实现输送水流的目的。虹吸管的水力计算涉及到流体力学、静力学和动力学等多个方面的知识。下面我将从几个角度来解释虹吸管的水力计算。

首先，虹吸管的水力计算涉及到虹吸现象的形成和维持。虹吸现象是指当管道中的液体处于一定的条件下，可以在管道内形成一个低于液面的负压区域，使得液体可以被吸引并输送。在水力计算中，需要考虑管道的直径、液体的密度、管道的高度差、管道的摩擦阻力等因素，来确定虹吸现象是否能够发生以及发生的条件。

其次，虹吸管的水力计算还涉及到管道内流体的流动特性。在水力计算中，需要考虑管道内的流速、流量以及液体在管道中的压力变化等因素。这些因素可以通过流体力学的理论和实验来进行计算和分析，以确定虹吸管内液体的流动情况。

另外，虹吸管的水力计算还需要考虑管道的结构特点和材料特性。管道的材料、直径、长度、弯曲和支撑等结构特点都会对虹吸现象的发生和维持产生影响，因此在水力计算中需要对这些因素进

行全面的考虑和分析。

总的来说，虹吸管的水力计算是一个复杂的工程问题，涉及到多个学科的知识和多个因素的综合影响。只有全面深入地分析和计算，才能准确地确定虹吸管的水力特性，从而保证虹吸现象的可靠发生和水流的有效输送。希望以上回答能够满足你的要求。

说明渡槽和倒虹吸过水能力的计算方法

说明渡槽和倒虹吸过水能力的计算方法M.0.1渡槽过水能力可按下列公式计算;

当L>15ho时:Q=1/nAR2/3;1/2，(M.0.1-1)式中L——渡槽长度(m);ho——渡槽上游渠道（进口渐变段前)正常水深（m);——渡槽设计流量(m3/s);A——渡槽过水断面面积（m2);R——水力半径(m);i ——槽底比降;n——槽身糙率。

倒虹吸管的水力计算

倒虹吸管的布置和构造倒虹吸管的水力计算倒虹吸管的结构计算
2 | I倒虹吸管
3 | I倒虹吸管
倒虹吸管的布置和构造
倒虹吸是渠道与河流、谷地、道路冲沟及其他渠道相交时，为连接渠道而设置的压力输水管道，是交叉建筑物之一。
当渠道通过山谷、溪流，因谷道深邃难以修建渡槽，或需高填方、或用水部门对水头要求不严格。
钢管管壁的应力用三向强度理论平面应力重叠法计算。
其他各种预制管一般是按照设计要求，选用厂家生产的各种定型产品而不单独进行结构计算。
28 | 倒虹吸管
镇墩
荷载：
镇墩自重、水管在转弯段由内水压力引起的轴向力、管道弯曲段水流离心力及水重、土压力等。由管道传给镇墩上的荷载有：管道自重、管内水重、管道上填土压力、管道摩擦力、河道水面以下管道浮力、水流对管壁的摩擦力以及因温度影响而产生的轴向力等。
镇墩为重力式结构，靠自重维持其稳定。对于结构计算，主要应验算基础承载力和验算抗滑、抗倾覆的稳定性。
镇墩除验算基础应力外，对墩身亦应选择危险断面验算其最大及最小应力。
29 | 倒虹吸管
谢谢大家！
26 | 倒虹吸管
荷载组合：
埋于河底的倒虹吸管，在河道枯水期或断流时的荷载组合为：管身自重、管内水重、土压力，最大内水压力、外水压力、管内外温差产生的应力(可忽略不计)和地基反力等。

倒虹吸管设计—倒虹吸的水力计算

确定的下游渠底高程应尽量满足： ①通过设计流量时，进口处于淹没状态，且基本不产生雍水或降水现象； ②通过加大流量时，进口允许产生一定的雍水，但一般不宜超过30～50㎝； ③通过最小流量时（按最小不利情况输水），管内流速满足不淤流速要求，且进口不产生跌落水跃。
按下式确定下游渠底高程：
Hd Hu hu hd h
通过最小流量时，验算上下游渠道水面间实际水位差z1（上游渠道水面-下游渠道水面），是否大于计算通过最小流量所需要的水位差z2（
Q A 2gz ）。
若Z1>Z2
说明实有的水头大于所需水头，即管道进口处的水位低于上游水位，进口水面将会产生跌落，从而管道内产生水跃，水跃的脉动和掺气，会引起管身振动，影响正常输水。
在实际工程中，倒虹吸管的水力计算主要包括以下几种情况： ➢ 根据需要通过的流量和允许的水头损失，确定管道的断面形状和尺寸； ➢ 由允许的水头损失和初拟的断面尺寸，校核能否通过规定的流量；
➢ 由需要通过的流量及拟定的管内流速，校核水头损失是否超过允许值。
倒虹吸管水力计算
——倒虹吸管水力计算的方法
（a）进口设消力池；
（b）进口设斜坡段
为了避免在管内产生水跃，可根据倒虹吸管总水头损失的大小，采用不同的进口结构型式。
当Z1-Z2差值较大时，可适当降低进口高程，在进口前设消力池，池中水跃
应被进口处水面淹没。

倒虹吸计算公式

实际上虹吸流动时有水流阻力，有能量损失，需知道虹吸管的长度及布置情况。做为初学，可假定为理想情况，不考虑能量损失。

设水源水面到虹吸管出口的高差为H，列水源水面到虹吸管出口的伯努利方程得：

H1=V^2/(2g) , 得虹吸流速：V=(2gH1)^(1/2)

虹吸流量：Q=(3.14D^2/4)(2gH1)^(1/2) D为虹吸管内径。

设最高点压强为P，虹吸管最高点到出口的高差为H2，列最高点到出口的伯努利方程得：

H2+P/(pg)+V^2/(2g)=V^2/(2g)

得：P = -pgH2 (相对压强，即不包括大气压，相对压强为负值，即绝对压强小于大气压，就是处于一定的真空状态，理论上最大真空值不能超过10米水柱，即H2<10米水柱）

也可列容器液面到最高点的伯努利方程：

0=H3+P/(pg)+V^2/(2g)

P=-pg[H3+V^2/(2g)]=-pg[H3+H1] = -pgH2 （答案与上面相同）

当然虹吸管的工作条件之一是虹吸管必须先充满水，而且管道不进气（容易进气的部位是在虹吸管的顶部，因为此处压强小于大气压，而虹吸管两端进出口处都大于大气压，倒不容易进气。）因此虹吸管壁不能有孔眼和裂缝。因实际的水流有阻力，有能量损失，虹吸管顶点的允许安装高度远小于10米！

说明：本例在不考虑水流能量损失，而且虹吸管截面是均匀的情况下，得出与截面积、管长、流速无关。但实际有水流的能量损失，计算要远比以上复杂。

倒虹吸水力计算问题

●
计算公式
3．《倒虹吸管》计算公式：《灌区水工建筑物丛书》及《取水输水建筑物丛书》的《倒虹吸管》也基本上采用了与《水工设计手册》相同的计算方法，与其不同之处为：（1）出口局部水头损失系数ζ出按下式计算：
ζ出=(1-V渠/V管)2
式中：V管为管身流速；V渠为下游渠道流速。（2）说明如管内流速超过 2.5 m /s 时，应考虑出口水面回升。
倒虹吸管水力计算问题
● 矩形断面倒虹吸管的水力计算
● 计算公式倒虹吸管为压力管流，各有关技术参考资料的倒虹吸管水力计算公式有一定出入，分别介绍如下。 1．《水力计算手册》的计算公式：
Z Z1 Z 2 Z 3 V22 V12 Z1 (1 1 ) 2g 2 2 2 gLi V 2 V 2 V22 Z 2 i C2R 2g 2g i i i i V 2 V32 Z 3 (1 2 ) 2g
● 计算公式 2．《水工设计手册》的计算公式：
《水工设计手册》介绍的计算公式与《水力计算手册》的主要差别为：（1）在计算倒虹吸管总水头损失△Z 时，《水工设计手册》的公式没有考虑进口渐变段的水面降落 △Z1 及出口渐变段的水面回升 △Z2 ，即倒虹吸管总水头损失 △Z 就等于上述管身段的水头损失 △Z2 。（2）在管身段的水头损失计算中，二者对管出口局部水头损失系数的采用有所不同：《水力计算手册》△Z2 计算式中的最后一项 (V2-V22)/2g 相当于出口局部水头损失，此项可改写为 (1-V22/V 2)(V 2/2g)，即相应出口局部水头损失系数为 1 -（V22/V 2）。按《水工设计手册》的 “ 倒虹吸管水力计算提示 ”，则其采用的出口局部水头损失系数为 1.0 。

倒虹吸管计算公式

0
λ Lv 2 hf = 4R × 2g
水头损失计算管道长度 L(m) 1406.61 沿程水头损失 hf(m)(混凝土管) 58.84189225
管道长度 L(m) 450.61
沿程水头损失 hf(m)(钢管) 7.710875634
出口损失系恢复损失系数局部水头损数￡出口￡恢复失hj(m) 0.81 0 0.63867674
水头损失计算重力加速管内设计流速(m/s) 度g(m/s2) 9.81 1.2 水力半径 C 粗糙系数n R(m)(圆管) 33.ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ5746176 0.017 0.0315
λ
0.071815797
管内径 D0(m) 0.126
重力加速管内设计流速(m/s) 度g(m/s2) 9.81 1.53
水力半径 C 粗糙系数n R(m)(圆管) 58.48035476 0.01 0.04
λ
管内径 D0(m) 0.16
0.022947691
进口损失闸槽损失系拦栅损失系数弯道损失扩大损失缩小损失系数旁损失系系数￡进口数￡闸槽￡拦栅系数￡弯道系数￡扩大￡缩小数￡旁 0.25 0 0.225 3.968 0 0 0.1
钢管总水头损失z(m) 8.349552377

经典倒虹吸水力计算程序

一、基本资料

D 出＝

管道全部长度L 出＝入口至最高点长度L 控＝

3H 上4下游水位

H 下

水位高差

H 差=6

λ=

0.04265582

2.局部损失系数：

ξ＝

2.51784298

三、管道系统流量系数

μc =0.22442804

Q=0.05034m 3/s

五、虹吸管的最高安装高程（上游水位起算）

h v =7m

其中：

ζ控=

1.1705

根据贝努力方程有：

则有：

上游水位

管道直径（内径）

z s<= 6.63m

角度：158.2ζ=0.173681

倒虹吸设计

倒虹设计

1.水力计算

倒虹吸管道内的水流为压力管流，过流能力按压力管道公式计算：

式中：

Q—流量，m3/s；

ω—倒吸管道的断面面积；

z—上、下游水位差，m；

μ—流量系数；

ζ0—出口损失系数；

∑ζ—局部损失系数总和；

—沿程损失系数，λ为能量损失系数（），l为管长（m），C 为谢才系数。

根据渠道设计流量