水力学-第六章管道

发明滴灌以后，以色列农业用水总量30年来一直稳定在13 亿立方米，而农业产出却翻了5番，以色列滴灌系统目前 已是第六代，如今，世界80多个国家使用以色列的滴灌技 术。
我国滴灌推广应用存在的若干问题浅析
1水价低廉的现实淡化了基层的节水意识 与传统漫灌相比，滴灌可以省水50%-80%，一亩漫灌的耗 水量能满足2-4亩滴灌用水。滴灌有效避免了输水过程损失 和深层渗漏损失，减少了地面蒸发和径流损失,几乎没有喷 灌和微喷灌出现的空中水分漂移，在北方特别是西北没有 灌溉就没有农业的干旱地区，推广滴灌的意义不言而喻。 但是，水价低廉的现实淡化了基层的节水意识 2 盲目追求低造价降低了滴灌工程应有的功能和质量 3 超小规模农村种植管理模式制约滴灌系统合理有效使用 4滴头堵塞一直困扰滴灌系统的正常应用 滴灌的滴头流道直径一般小于1mm，防堵塞一直是滴灌 面临的主要困难之一
2
4.自由出流、淹没出流
自由出流: 液流出口流入大气的出流。 淹没出流：液流出口淹没在下游水面以 下的出流。
淹没出流
自由出流
5. 孔口、管嘴出流 孔口出流：在盛有液体的容器侧壁或底部 开一孔口，液体经孔口流出， 称为孔口出流。
管嘴出流：
在孔口上装一段长度 为3～4倍孔径的短管， 称为管嘴。
Q vA c A 2 gH 1 1 c l l1 l2 l3 d ( d ) 1 2 2 3
沿程水头损失系数的确定： 取 1.8mm , 则 1.8
d
假定紊流粗糙区即可查得，在校核
Q 0.352m3 / s
500
新安汀水电站4号水轮机在1964年检查时，叶片空 蚀破坏面积达41321cm2：， 占 转轮叶片总面积的1／3，破坏最深处达30一33mm ，该电站另一台水轮机1972年7 月检查时发现，14个转轮叶片中有7个叶片因空蚀 破坏而穿孔。六朗洞水电站水轮机 在空蚀与泥沙磨蚀的作用下，某台水轮机曾发生 平均12天检修一次的情况。
H H A HB
每段管道的水头差是相等
H H ... ... H
Q l K 2 Q2 2 l2 K2 2 Qn 2 ln Kn
2 1 2 1 1
H a1Q l 2 H a2Q2 l2 ... ... 2 H an Qn ln
0.0036
(2)列断面1，2的能量方程, 为厂保证虹吸管正常工作
，上游水面离虹吸管顶部的高度不得超过6．19m.
p2 v 2 0 0 0 hs hw g 2 g p2 l1 l2 hs ( 1 2 ) 6.19m g d
水头等于各段水头损失之和
串联管道各管段流量为
Qi 1 Qi qi
式中， qi 流出为正，流入为负
若qi =0 ,则
n
Qi 1 Q
n 2
li H hf i Q 2 Ki i 1 n i 1
或，H Q
2
a l
i 1
i i
例6.4
6.3.3 并联管道 并联管道: 由直径不同的简单管道并联而成的管道。
2 1 1
Q Q1 Q2 ... Qn
6.3.4 沿程泄流管道 在工程中常有这样的情况，水在沿管轴方向
流动的同时，还从管侧壁上连续地有流量泄 出，这种管道称为沿程泄流管道。
如灌溉工程中的 人工降雨管道 或给水工程中 的滤池冲洗管
滴灌节水技术
农业滴灌技术
以 色 列 地 貌
以色列濒临东地中海,缺水少土,资源贫乏,沙漠荒山占了国 土的2/3,水资源仅16亿立方米,人均约250立方米水,不到全 球...― 以色列地处沙漠地带边缘,水资源匮乏。严重缺水使 以色列在农业方面形成了特有的滴灌节水技术。
淹没出流 v02 不为零测压管线的位置分析
对1-1、2-2断面列能量方程式
p1 1V12 p2 2V22 Z1 Z2 hw g 2g g 2g p1 p2 2V12 1V22 h j ( Z1 Z 2 ) ( )( ) g g 2g 2g
6.2.1 出流公式 –流量
1. 自由出流
总水头H0
H 0 H0
2 0v0
2g
00
v 2
2g
hw
H0 H
2 0v0
v 2
2g
2g
hf hj
l v v H0 2g d 2g 2g l v2 H 0 ( ) d 2g v 1 l d
v
2
2
2
（管径不变）
则
2 gH0 c 2 gH0
Q vA c A 2 gH0
其中， c 为管道流量系数，c
1 l d
2. 淹没出流
H1 0
2 01v01
2 01v01
2g
H2 0
02 v02 2
2g
hw
2g 2g H H1 H 2 hw
本章研究内容： 1. 有压管道恒定流： 短管水力计算 长管水力计算
2. 有压管道非恒定流： 水击现象及简单水力计算
6.2 短管的水力计算
短管水力计算的任务： 给定管线布置，水头H，管径d，求流量 Q；
已知流量 Q ，求管径d ； 已知管径d ，流量 Q ，求水头H ； 已知管径d ，流量 Q，求 沿管动水压强的变化（测 压管线的绘制）
H Jl alQ sQ
2
2
l l 4 16 8l s al 2 2 2 2 5 2 2 4 K C RA d C d gd
上两式中S称为水管摩阻
比阻a、水管摩阻S与沿程水头损失系数λ 在分
区性质上一样
6.3.2 串联管道
串联管道: 由直径不同的简单管道串联而成的管道。

02 v02 2
l v2 v2 l v2 H ( ) d 2g 2g d 2g
则
1 v l d Q vA c A 2 gH 2 gH c 2 gH
其中， c 为管道流量系数
总水头线总是沿程下降的，而测压管水头线沿程 可升可降。 在绘制总水头线时，局部水头损失可集中图示在 边界突然变化的断面上。
0 0 0 hp z 0 0 hw hp z hw12 hw34
水泵扬程等于提水高度加上吸水管和压水管 的水头损失之和
2. 水泵安装高度 列1-2能量方程
p2 v 2 0 0 0 hs hw1 2 g 2 g p2 l v2 hs ( ) g d 2g l v2 hs hv ( ) d 2g
6.2.2 管道动水压强的分布
----------总水头线和测管水头线的绘制
山东邹县电厂
华能海门电厂
华能电厂
盐城市城西水厂取水口
过滤池
在绘制总水头线和测管水头线时，有以下几 种情况可以作为控制条件：
(1) 上游水面线是测管水头线的起始线。 (2) 进口处有局部损失，集中绘在进口处，即总 水头线在此降落 (3) 出口为自由出流时，管道出口断面的压强为 零，测管水头线终止于出口断面中心 (4) 出口若为淹没出流，下游水面是测管水头线 的终止线
列X方向的动量方程式
p1 A2 p2 A2 gA2 L cos Q(V2 V1 )
化简整理得：
p1 p2 v2 ( z1 ) ( z2 ) (v2 v1 ) g g g
p1 p ) ( z2 2 ) g g p p 若v2 0 ，v2 v1 , 则( z1 1 ) ( z2 2 ) g g 若v2 0 则 ( z1
l (3 ~ 4)d
液体经过管嘴并在出
口断面满管流出，称
管嘴出流。
孔口、管嘴出流的特点： 局部水头损失起主要作用，沿程水头损失可 以忽略不计。 6. 空化与空蚀
水轮机、水泵以及船舶螺旋桨推进器受到的空蚀破挥也比较严重。我 国水轮机通常 使用l一2年就要停机检修一次。某些水泵使用1000小时左右即出现严 重的空蚀，见 。船舶螺旋桨在使用一段时间后也因空蚀而效率大大降低。
3．计算水泵装机容量N

水泵装机容量N：水泵的动力机(如电动机)所具有的总功率。
hp : 单位重量的水体从水泵获得的能量 有效功率 Np：单位时间 内重量为 gQ 的水流从水泵获得的 能量。 水泵总效率

N p gQhp
则
N p N
水泵装机容量为
gQhp N (kw) 1000 1000
v2 Q2 Q2 H hf 2 l 2 2 l 2 l C R C AR K 其中K CA R
给水工程中 ，
Q2 2 J 2 aQ l K 1 1 4 16 8 a 2 2 2 2 5 2 4 K C RA 8 g d d gd hf
a称为比阻。比阻的物理意义是：单位流量(Q=1)，通 过单位管长(l=1)所需要的水头。
为确保虹吸管正常工作，工程上常限制管 中的最大真空高度，不超过7m水柱。
虹吸应用：
例 6.2 水泵的水力计算
水泵的作用是增加水流能量，把水从低处引 向高处，图所示为装有水泵的供水系统。
计算内容： 1 水泵扬程hp； 2 水泵安装高度hs； 3 水泵装机容量N；
1．计算水泵扬程 单位重量的水体从水泵中获得的外加机械能， 称为水泵的扬程，如图所示。 取水池水面0—0为基准面，断面1和4列能 量方程
减蚀措施： 1 控制合理的边界轮廓线 从避免空蚀的角度看，边界轮廓最好能做到“平、直。 光”。从运转要求和施工水平看，这几乎是不可能际但应切 忌骤弯、急折、突缩或突扩。在边界不得已发生变化之处，应 注意流线化、椭圆化或圆角化；在局部凹凸不平整之处应修 成适当的平顺缓坡。 2.掺气 掺气的减蚀作用最早是在水轮机运转中发现的。当春、 夏季上游水库来水中含气较大时，水轮机空蚀损伤程度大为减 弱。后来用人工的方法在水轮机的空蚀区掺入气体发现空蚀 破坏也大为改善甚至消失。 3 在局部负压区设通气孔 在水流的局部负压区边界上设置通气孔，使与大气相连 可以有效地降低负压值并改善水流的流态。在我国的水工建 筑中，高压闸门后一般埋设有通气孔。对压力管道的收缩段、 转弯段以及其他可能产生负压的局部区域原则上均可埋没通 气孔，并宜埋设在负压区的略偏上游之处。若负压区随水流条 件作上下移动．则通气孔可埋设多处。
12m。进口装滤水网，无底阀，ζ=2．5，管的顶部
有60度的折角转弯两个，每个弯头ζ=0.55。
求：(1)虹吸管的流量；(2)当虹吸管内最大允许真空值
为7.0m时，虹吸管的最大安装高度.
若绘制虹吸管的总水头线和测管水头线，其 测管水头线位于管轴线以下的区域，为真空 发生区。
(1)计算虹吸管的流量。 列断面1，3的能量方程或采用淹没出流
第6章 有压管流
供水管道破裂
6.1 概 述
1. 有压管道：整个断面均被液体充满没有自 由液
面、管壁处处受到水压力作用、管 中液体的动水相对压强不为零的管 道。 管中水流称为有压管流。
2. 管流: 无压管流→明渠 有压管流→满管液流，无自由液面
3. 短管、长管 v 短管: hj 和 2 g 与 hf 相比不能忽略， 须同时考虑 的管道。 2 v 长管： hf 起主要作用， hj和 可以忽 2g 略的管道。

自由出流
淹没出流
淹没出流
6.2.3 短管的水力计算举例
1 . 虹吸管的水力计算 虹吸管是指有一段管道高出上游液面，而出口低于 上游液面的管道。
虹吸管的水力计算 主要是：确定虹吸 管的流量以及确定 虹吸管顶部的允许 安装高度。
例6.1 某渠道用直径d = 0．5m的钢筋混凝土虹吸管 从河道引水灌溉，如图所示。河道水位为120.0 m， 渠道水位为119.0 m。虹吸管各段长度为10m，6m，
Np
6.3 长管的水力计算
6.3.1 简单管道的水力计算 直径不变没有分支的管道称为简单管道。是（长管）
中最基本的情形。
H
2 0v0
2g
0
v2 hw 2g
v2 H 0 hw 2g 2g
2 0v0
H hf
来自百度文库
长管的水头H全部消耗于沿程水头损失hf上。
谢才公式计算：