4第四章有压管中的恒定流
水力学基本概念
目录绪论：1第一章：水静力学1第二章：液体运动的流束理论3第三章：液流形态及水头损失3第四章：有压管中的恒定流5第五章：明渠恒定均匀流5第六章：明渠恒定非均匀流6第七章：水跃7第八章：堰流及闸空出流8第九章：泄水建筑物下游的水流衔接与消能9第十一章：明渠非恒定流10第十二章：液体运动的流场理论10第十三章：边界层理论11第十四章：恒定平面势流11第十五章：渗流12第十六章：河渠挟沙水流理论基础12第十七章：高速水流12绪论：1 水力学定义：水力学是研究液体处于平衡状态和机械运动状态下的力学规律，并探讨利用这些规律解决工程实际问题的一门学科。
b5E2RGbCAP2 理想液体：易流动的，绝对不可压缩，不能膨胀，没有粘滞性，也没有表面张力特性的连续介质。
3 粘滞性：当液体处在运动状态时，若液体质点之间存在着相对运动，则质点见要产生内摩擦力抵抗其相对运动，这种性质称为液体的粘滞性。
可视为液体抗剪切变形的特性。
<没有考虑粘滞性是理想液体和实际液体的最主要差别）p1EanqFDPw4 动力粘度：简称粘度，面积为1m2并相距1m的两层流体，以1m/s做相对运动所产生的内摩擦力。
5 连续介质：假设液体是一种连续充满其所占空间毫无空隙的连续体。
6 研究水力学的三种基本方法：理论分析，科学实验，数值计算。
第一章：水静力学要点：<1）静水压强、压强的量测及表示方法；<2）等压面的应用；<3）压力体及曲面上静水总压力的计算方法。
DXDiTa9E3d7 静水压强的两个特性：1）静水压强的方向与受压面垂直并指向受压面2）任一点静水压强的大小和受压面方向无关，或者说作用于同一点上各方向的静水压强大小相等。
RTCrpUDGiT8 等压面：1）在平衡液体中等压面即是等势面2）等压面与质量力正交3）等压面不能相交4）绝对静止等压面是水平面5）两种互不相混的静止液体的分界面必为等压面6）不同液体的交界面也是等压面5PCzVD7HxA9 静水压强的计算公式：p=p0+10 绕中心轴作等角速度旋转的液体：11 绝对压强：以设想没有大气存在的绝对真空状态作为零点计量的压强，称为绝对压强。
有压管中的恒定流
解:
(1) 扬程 Ht =Z +hw1 +hw2
∴ Ht=18+2.83+3.23=24.06m
(2) 安装高程 hs
根据题意
(3) 绘水头线
Z
例：水泵管路如图所示，铸铁管直径d=150mm，长度
，管路上装有滤水网 与曲率半径之比为 ， 流量 试求水泵输出功率 ，水温 。 一个，全开截止阀一个，管半径 的弯头三个，高程 h =100 m
截止阀
得局部阻力的当量管长
， 滤水网
，出口
，于是
管路总阻力长度
将
代入
公式中可得
水泵扬程
最后得水泵输出功率
6、 复杂管道水力计算
1、串联管道
2、并联管道
3、分叉管道
4、沿程泄流管
5、管网
串联管道的水力计算
H H
Q1
q1 Q2
q2 Q3
Q1
q1 Q2
q2 Q3
按短管计 各管段的联接点水流符合连续性方程： 水流满足能量方程：
z 求:管径
解:
采用试算法,可得d=0.53m
例: 离心泵,已知Q=0.02m3/s, 提水高度
z=18m, l吸=8m, l压=20m, d吸=d压
=100mm, λ=0.042, <7mH2O, ζ弯=0.17, ζ进=5。 求:(1) 扬程 H1, Z
pv /ρg
(2) 安装高程 hs
hs
三、已知管线布置和输水流量，求输水管径d 。
对于长管： 按求得的流量模数，即可由4－1确定所需 的管道直径。 对于短管： 上式中μc与管径d有关，所以需要试算。
四、已知流量和管长，求管径d和水头H； 这是工程中常见的实际问题。通常是从技术和经 济两方面综合考虑，确定满足技术要求的经济流速。 有了经济流速就可以求出管径，这样求水头H即转化 为第二类问题。 五、对于一个已知管道尺寸、水头和流量的管道，要求 确定管道各断面压强的大小。 根据能量方程，管路中任意断面处的测压管水头 为：
水力学__主要知识点
第3章 流态与水头损失
水头损失以及与水头损失有关的液体的流态。
（一）水头损失的计算方法
1.总水头损失： hw= ∑hf + ∑hj 沿程水头损失：
通过尼古拉兹实验研究发现紊流三个流区内的沿程水力摩擦系数
的变化规律。
5. λ的变化规律 尼古拉兹实验 （人工粗糙管）
层流区： λ=f1(Re)=
64 Re
光滑区：λ= f2 (Re) 紊流粗糙区紊也称流为区紊：流粗过阻糙渡力区区平：：方λλ==区，ff34沿((Rr0程e), 水r0 力) 摩擦系数λ与雷诺数无关，
忽略不计
j
hf
l d
2
2g
H
Q2 K2
l
K Ac R — 流量模数
1
l d
（5）水头线绘制 注意事项： （1）局部水头损失集中在一个断面； （2）管中流速不变，总水头线平行于测压管水头线； （3）总水头线总是下降，而测压管水头线可升可降； （4）当测压管水头线在管轴线（位置水头线）以下，表示该处存在负压； （5）注意出口的流速水头（自由出流）或局部损失（淹没出流）。
1.连续介质：液体是由液体质点组成的连续体,可以用连续函数描述
液体运动的物理量.
2．理想液体：忽略粘滞性、可压缩性的液体
（三）作用在液体上的两类作用力
第1章水静力学
水静力学包括静水压强和静水总压力两部分内容。通过静水压强和静水
总压力的计算，可以求作用在建筑物上的静水荷载。
水力学部分章节知识点
绪论1、密度是指单位体积液体所含有的质量 量纲为[M/L3]，单位为kg/m32、容重是指单位体积液体所含有的重量 量纲为[F/L3]，单位为N/m3一般取ρ水=1000 kg/m3，γ水=9800N/m3=9.8kN/m3第一章 水静力学1、静水压强的特性：①静水压强垂直指向受压面②作用于同一点上各方向的 静水压强的大小相等2、3、绝对压强——以设想没有大气存在的绝对真空状态作为零点计量的压强，用p ′表示（绝对压强恒为正值）相对压强——以当地大气压作为零点计量的压强，用p 表示。
（相对压强可正可负） 4、真空——当液体中某点的绝对压强小于当地大气压强pa ， 即其相对压强为负值时，称为水力意义上的“真空”真空值（或真空压强）——指绝对压强小于大气压强的数值，用pk 来表示 5、压强的单位：1个工程大气压=98kN/㎡ =10m 水柱压=735mm 水银柱压6、压强的测量①测压管②U 形水银测压计③差压计7、静水压强分布图的绘制规则：1.按一定比例，用线段长度代表该点静水压强的大小 2.用箭头表示静水压强的方向,并与作用面垂直 8、平面的静水总压力的计算 ①图解法②解析法9、作用于曲面上的静水总压力（投影） 第二章 液体运动的流束理论1、迹线——某液体质点在运动过程中，不同时刻所流经的空间点所连成的线。
流线——是指某一瞬时，在流场中绘出的一条光滑曲线，其上所有各点的速度向量都与该曲线相切。
/流管——由流线构成的一个封闭的管状曲面 微小流束——充满以流管为边界的一束液流总流——在一定边界内具有一定大小尺寸的实际流动的水流，它是由无数多个微小流束组成2、水流的分类（1）按运动要素是否随时间变化①恒定流——运动要素不随时间变化②非恒定流——运动要素随时间变化（2）按同一流线上各质点的流速矢是否沿流程变化①均匀流——同一流线上流速矢沿流程不发生变化②非均匀流 a 、渐变流b 、急变流 3、均匀流的重要特性（1）过水断面为平面，且过水断面的形状和尺寸沿程不变(2) 同一流线上不同点的流速应相等，从而各过水断面上的流速分布相同，断面平均流速相等(3) 均匀流（包括非均匀的渐变流）过水断面上的动水压强分布规律与静水压强分布规律p z C gρ+=0p p ghρ=+相同，即在同一过水断面上各点的测压管水头为一常数推论：均匀流（包括非均匀的渐变流）过水断面上动水总压力的计算方法与静水总压力的计算方法相同。
《水力学》第四章 有压管中的恒定流.
4-1 简单管道水力计算的基本公式
简单管道：指管道直径不变且无分支的管道。
简单管道的水力计算可分为自由出流和淹没出流。
一、自由出流
对1-1断面和2-2断面 建立能量方程
v0 称为行近流速
H
1v02
2g
2v2
2g
hw12
令 H 1v02
2g
H0
且因
hw12 hf hj
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
H
hf
k
Q2 K2
l
管道的流量模数K，以及修正系数k可根据相关手册资料
得到。
11
12
13
例4-1 一简单管道，如图4-3所示。长为800m，管径 为0.1m，水头为20m，管道中间有二个弯头，每个弯头的 局部水头损失系数为0.3，已知沿程阻力系数λ＝0.025，试 求通过管道的流量。
Z
l d
淹
注：1 自＝淹 8
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
H
hf
l
d
v2 2g
水利工程的有压输水管道水流一般属于紊流的水力粗糙
区，其水头损失可直接按谢齐公式计算，用 8g 则
C2
H
8g C2
l d
v2 2g
8gl C 2 4R
Q 0.0703 3.14 0.12 19.6 20 0.01093 m2 / s
工学孔口管嘴恒定管流
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有压管道：管道周界上的各点均受到液体压强的作用。有压管中的恒定流：有压管中液体的运动要素不随时间而变。管道根据其布置情况可分为：简单管道与复杂管道。复杂管道又可分为：串联管道、并联管道、分叉管道、均匀泄流管道。根据hf与hj两种水头损失在损失中所占比重的大小，将管道分为长管及短管两类。
全部收缩孔口又分完善收缩和不完善收缩：
孔口在壁面上的位置对的影响
孔口在壁面上的位置对收缩系数有直接的影响。
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1、什么是小孔口、大孔口？各有什么特点？
2、小孔口自由出流与淹没出流的流量计算公式有何不同？
3、影响孔口出流流量系数的因素有哪些？影响较大的因 素为哪个？
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四、影响孔口出流流量系数的因素
在边界条件中，影响c的因素有：孔口形状、孔口边缘情况、孔口在壁面 上的位置三个方面。
孔口形状对的影响
实验证明，对于小孔口，不同形状孔口的流量系数影响不大。
孔口边缘情况对的影响
孔口边缘情况对收缩系数会有影响： 薄壁孔口的收缩系数最小（=0.64）， 圆边孔口收缩系数较大，甚至等于1。
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孔口出流与管嘴出流
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第四节 孔口的非恒定泄流
一、孔口自由非恒定出流，容器放水时间计算
结论：在变水头情况下，等横截面的柱形容器放空（或充满）所需的时间等 于在起始水头H1下按恒定情况流出液体所需时间的两倍。
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二、淹没孔口非恒定出流， 容器充满时间计算
恒定出流、非恒定出流
自由出流、淹没出流
淹没出流（Submerged Discharge）：若经孔口流出的水流不是进入 空气，而是流入下游水体中，致使孔口淹没在下游水面之下，这种情 况称为淹没出流。
输水涵管(隧洞)水力计算书
求得:Q=6.456m3/s
2. 水库设计水位 234.15m 时相应的泄流能力：
234.15 219.4 0.082605Q2 0.189292Q2 0.049564Q2
求得:Q=6.774m3/s
3．水库校核水位 235.0m 时相应的泄流能力：
235.0 219.4 0.082605Q2 0.189292Q2 0.049564Q2
n
数C
喇叭 段
2
1.5
闸首
矩形 1
1
段
闸井 段
3.6
1
渐变 段
1
1
管身 段
90
1
Σ 97.6
1.766 1.000 1.000 0.890 0.786
0.375 0.014 60.656 0.25 0.014 56.693 0.25 0.014 56.693 0.25 0.014 56.693 0.25 0.014 56.693
位差；
2 —动能修正系数；取2 1.0 ；
v —管道内断面平均流速 m / s， v Q ；
A
g —重力加速度 m / s2 ，hf
l 2 d 2g
hj
—局部损失， hj
2 2g
—管路中局部水头损失系数；
沿程阻 力系数
λ 0.021
0.024
0.024 0.024 0.024
沿程水头损失 hf
0.000464665 Q2
0.001244522 Q2
0.004480281 Q2 0.001571168 Q2 0.18153186 Q2 0.189292496 Q2
根据表 2-1 计算，总沿程损失 hf 0.189292Q2 2.2 沿程水头损失计算
有压管道恒定流
第四章 有压管道恒定流第一节 概述前面我们讨论了水流运动的基本原理,介绍了水流运动的三大方程,水流形态和水头损失,从第五章开始,我们进入实用水利学的学习,本章研究有压管道的恒定流.一. 管流的概念1.管流是指液体质点完全充满输水管道横断面的流动，没有自由水面存在。
2.管流的特点.①断面周界就是湿周，过水断面面积等于横断面面积；②断面上各点的压强一般不等于大气压强，因此，常称为有压管道。
③一般在压力作用而流动.1.根据出流情况分自由出流和淹没出流管道出口水流流入大气，水股四周都受大气压强作用，称为自由出流管道。
管道出口淹没在水面以下，则称为淹没出流。
2.根据局部水头损失占沿程水头损失比重的大小，可将管道分为长管和短管。
在管道系统中，如果管道的水头损失以沿程水头损失为主，局部水头损失和流速水头所占比重很小（占沿程水头损失的5%～10%以下），在计算中可以忽略，这样的管道称为长管。
否则，称为短管。
必须注意，长管和短管不是简单地从管道长度来区分的，而是按局部水头损失和流速水头所占比重大小来划分的。
实际计算中，水泵装置、水轮机装置、虹吸管、倒虹吸管、坝内泄水管等均应按短管计算；一般的复杂管道可以按长管计算。
3. 根据管道的平面布置情况，可将管道系统分为简单管道和复杂管道两大类。
简单管道是指管径不变且无分支的管道。
水泵的吸水管、虹吸管等都是简单管道的例子。
由两根以上管道组成的管道系统称为复杂管道。
各种不同直径管道组成的串联管道、并联管道、枝状和环状管网等都是复杂管道的例子。
工程实践中为了输送流体，常常要设置各种有压管道。
例如，水电站的压力引水隧洞和压力钢管，水库的有压泄洪洞和泄洪管，供给城镇工业和居民生活用水的各种输水管网系统，灌溉工程中的喷灌、滴灌管道系统，供热、供气及通风工程中输送流体的管道等都是有压管道。
研究有压管道的问题具有重要的工程实际意义。
有压管道水力计算的主要内容包括：①确定管道的输水能力；②确定管道直径；③确定管道系统所需的总水头；④计算沿管线各断面的压强。
4.有压管中的恒定流
有压管中的恒定流一、判断题1. 有压长管道是认为水头全部消耗在沿程水头损失上。
（ ）2. 水泵的扬程就是指水泵的提水高度。
（ ）3. 有压管流的水力半径就是圆管的半径。
（ ）4. 并联长管道各管段的流量一定不相等。
（ ）5. 在管道水力计算中，所谓“长管”就是说管很长，所谓“短管”就是管道很短。
（ ）6. 在原条件保持不变的情况下，增加并联支管的条数，可以增大输水总流量。
（ ）7. 串联长管道各管段的水头损失可能相等，也可能不相等。
（ ）8. 管嘴收缩断面的真空度与作用水头成正比，作用水头越大，收缩断面的真空度越大，泄流量也越大。
（ ）9. 计算水头损失时，短管既要考虑局部阻力损失，也要考虑沿程阻力损失，长管计算同样也要考虑这两项损失。
（ ）10. 孔口淹没出流时，孔口淹没越深，其出流的流速和流量就越大。
（ ）11. 对于“长管”，画出的测压管水头线与总水头线重合。
（ ）12. 同一短管，在自由出流和淹没出流条件下，流量计算公式的形式及流量系数μ的数值均相同。
（ ）13. 若两孔口形状、尺寸完全相同，作用水头相同，一个为自由出流，一个为淹没出流，二者的流量是相同的。
（ ）14. 当管道长度L 与作用水头H 之比大于10时，称为长管。
（ ）15. 串联长管道各管段的流量和平均流速均相等。
（ ）16. 并联管道中各支管的单位机械能损失相同，因而各支管水流的总机械能也相等。
（ ）17. 并联长管道管壁切应力可能相等也可能不相等。
（ ）18. 恒定管流的总水头线沿流程下降，而测压管水头线沿流程可升可降。
（ ）19. 在等直径圆管中一定发生均匀有压流动。
（ ）20. 当有压流是均匀流时，存在正常水深h 0。
（ ）二、选择题1. 公式gRJ τρ=不能用于 （ ）A 、均匀流B 、急变流C 、明渠流D 、管流2. 在图示并联管道中，当流量12v v q q >时，则管段1和管段2的水头损失1f h 与2f h 的关系是A 、12f f h h >B 、 12f f h h <C 、 12f f h h =D 、无法确定3. 有压管道的管径d 与管流水力半径的比值d /R =（ ）A 、8B 、4C 、2D 、14. 等直径圆管中紊流的过流断面流速分布是 （ ）A 呈抛物线分布B 、 呈对数线分布C 、呈椭圆曲线分布D 、呈双曲线分布5. 虹吸管正常工作，其顶部的真空值一般不大于（ ）水柱高。
孔口,管嘴恒定出流和有压管道恒定流
解： 有压涵管出流相当于短管淹没出流问题。
QA 2gH
Q
1
2gH 1d2
l
4
d1
2
3
4
代入已知数据，化简得：
d 5 0 .70 d 0 8 .39 7 0 18 用试算法得： d1.01m8
取标准值： d1m
虹吸管和水泵装置的水力计算
例5-4,如图，虹吸管越过山丘输水。虹吸管
l=lAB+lBC=20+30=50m,d=200mm。两水池水位差 H=1.2m，已知沿程阻力系数λ =0.03，局部水头 损失系数：进口ζe=0.5 ,出口ζs=1.0 ,弯头1的 ζ1 =0.2。弯头2、3的ζ2 = ζ3 =0.4，弯头ζ4 =0.3，B点高出上游水面4.5m，试求流经虹吸管的 流量Q和虹吸管顶点B的真空度。
c
4
0.42m 2 5 /s4
已知流量Q,管道长度l，管径d，沿程阻力系数 λ ，局部水头损失的组成，求作用水头H。
例5-2 水箱供水，l=20m，d=40mm， λ=0.03 ，
总局部水头损失系数为15。求流量Q=2.75L/s时 的作用水头H。
解：
Q 2.7 51 03
vd2 0.0242.18m8/s
同的两个弯头局部水头损失系数为0.25，闸门 全开的局部水头损失系数为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。
解：先计算流量系数
1
c 1 l
d
1
0.2417
c 10.0 3200 0.520.2 50.12
0.4
忽略行近水头，则
Q A2gH 0.241 17 0.4229.810
2g
水力学基本概念
目录绪论： (1)第一章：水静力学 (1)第二章：液体运动的流束理论 (3)第三章：液流形态及水头损失 (3)第四章：有压管中的恒定流 (5)第五章：明渠恒定均匀流 (5)第六章：明渠恒定非均匀流 (6)第七章：水跃 (7)第八章：堰流及闸空出流 (8)第九章：泄水建筑物下游的水流衔接与消能 (9)第十一章：明渠非恒定流 (10)第十二章：液体运动的流场理论 (10)第十三章：边界层理论 (11)第十四章：恒定平面势流 (11)第十五章：渗流 (12)第十六章：河渠挟沙水流理论基础 (12)第十七章：高速水流 (12)绪论：1 水力学定义：水力学是研究液体处于平衡状态和机械运动状态下的力学规律，并探讨利用这些规律解决工程实际问题的一门学科。
2 理想液体：易流动的，绝对不可压缩，不能膨胀，没有粘滞性，也没有表面张力特性的连续介质。
3 粘滞性：当液体处在运动状态时，若液体质点之间存在着相对运动，则质点见要产生内摩擦力抵抗其相对运动，这种性质称为液体的粘滞性。
可视为液体抗剪切变形的特性。
（没有考虑粘滞性是理想液体和实际液体的最主要差别）4 动力粘度：简称粘度，面积为1m2并相距1m的两层流体，以1m/s做相对运动所产生的内摩擦力。
5 连续介质：假设液体是一种连续充满其所占空间毫无空隙的连续体。
6 研究水力学的三种基本方法：理论分析，科学实验，数值计算。
第一章：水静力学要点：（1）静水压强、压强的量测及表示方法；（2）等压面的应用；（3）压力体及曲面上静水总压力的计算方法。
7 静水压强的两个特性：1）静水压强的方向与受压面垂直并指向受压面2）任一点静水压强的大小和受压面方向无关，或者说作用于同一点上各方向的静水压强大小相等。
8 等压面：1）在平衡液体中等压面即是等势面2）等压面与质量力正交3）等压面不能相交4）绝对静止等压面是水平面5）两种互不相混的静止液体的分界面必为等压面6）不同液体的交界面也是等压面9 静水压强的计算公式：p=p0+10 绕中心轴作等角速度旋转的液体：11 绝对压强：以设想没有大气存在的绝对真空状态作为零点计量的压强，称为绝对压强。
《水力学》课程复习思考题
《水力学》课程复习思考题《水力学》课程复习思考题绪论1、什么叫水力学？2、水力学的基本原理和计算方法是否只适用于水？3、水利工程中经常遇到的水力学问题有哪些？4、为什么说水力学是水利类各专业一门重要的技术基础课？5、水力学的发展简史主要经历可那几个阶段？6、水力学的正确研究方法是什么？7、水力学中实验观测方法主要有哪三个方面？8、近代水力学的系统理论是怎样建立的？9、水力学中液体的基本特征是什么？10、引入连续介质假定的意义是什么？11、液体质点有何特点？12、为什么说研究液体的物理性质是研究液体机械运动的出发点?13、密度是如何定义的？它随温度和压强如何变化？14、容重是如何定义的？它随哪些因素变化？15、比重的概念？16、密度和容重之间有何关系？17、水力学中，水的密度、容重计算值是如何确定的？18、何谓液体的粘滞性？其主要成因是什么？它对液体的运动有何意义？19、牛顿内摩擦定律的内容是什么？20、空气与水的动力粘滞系数随温度的变化规律是否相同？试解释原因。
21、试证明粘滞切应力与剪切变形角速度成正比？22、何谓牛顿流体？非牛顿流体包括那几类？23、表面张力的概念？其产生的原因是什么？24、为什么较细的玻璃管中的水面呈凹面，而水银则呈凸面？并且水会形成毛管上升，而水银则是毛管下降？25、试证明每增加一个大气压，水的体积只缩小二万分之一？26、理想液体和实际液体有何区别？27、静止液体是否具有粘滞性?28、液体内摩擦力与固体内摩擦力在性质上有何区别？29、运动液体与固体边界之间存在摩擦吗？30、作用于液体上的力按表现形式可以分为几类？各是什么？按物理性质又可分为哪些？第一章水静力学1、水静力学的任务是什么？2、为什么可以应用理论力学中的刚体平衡规律来研究水静力学？3、研究水静力学的目的有哪些？4、静水压力的特性是什么？试加以证明。
5、液体静力学基本方程的推导及各种表达形式的意义？6、什么是等压面？重力作用下等压面必须具备的充要条件是什么？7、什么是绝对压强、相对压强、真空及真空度？8、Cpz=+γ中的p是绝对压强还是相对压强？9、常用的压强量测仪器有哪些？10、压强的表示方法有几种？其换算关系怎样？11、从能量观点说明Cpz=+γ的意义？12、绘制压强分布图的理论依据及其绘制原则是什么？13、压强分布图的斜率等于什么？什么情况下压强分布图为矩形？14、作用于平面上静水总压力的求解方法有哪些？各适用于什么情况？15、怎样确定平面静水总压力的大小、方向及作用点？16、在什么情况下，压力中心与受压面形心重合？17、压力体由哪几部分组成？压力体内有水还是无水，对静水总压力沿铅垂方向分力的大小和方向有何影响？18、曲面静水总压力的大小、方向、作用点如何确定？19、二向曲面静水总压力的计算方法如何推广的空间曲面？20、水静力学的全部内容对理想液体和实际液体都适用吗？第二章液体运动的流束理论1、简述拉格朗日法和欧拉法的基本内容？2、拉格朗日变数和欧拉变数各指什么？3、何谓恒定流与非恒定流？举例说明。
有压管道中的水流运动概述
有压管道中的水流运动概述在日常生活中，经常用管道来输送液体，如水利工程中的有压引水遂洞、水电站的压力钢管、灌溉工程中的虹吸管、倒虹吸管、抽水机的吸水管和压水管、城市给排水工程中的自来水管以及石油工程中的输油管等，都是常见的有压管道。
一、管流的定义、特点充满整个管道的水流，称为管流。
其特点是：没有自由液面，过水断面的压强一般都不等于大气压强（即相对压强一般不为零），它是靠压力作用流动的，因此，管流又称为压力流。
输送压力流的管道称为压力管道。
管流的过水断面一般为圆形断面。
有些管道，水只占断面的一部分，具有自由液面，因而就不能当作管流，而必须当明渠水流来研究。
二、管流的分类由于分类的方法不同，管流可分为各种类型，具体如下。
1．根据管道中任意点的水力运动要素是否随时间发生变化，分为有压恒定流和有压非恒定流。
当管中任意一点的水力运动要素不随时间而变时，即为有压恒定流；否则为有压非恒定流。
本章主要研究的是有压恒定流的水力计算。
2．根据管道中水流的局部水头损失、流速水头两项之和与沿程水头损失的比值不同，管流可分为长管和短管。
长管——当管道中水流的沿程水头损失较大，而局部水头损失及流速水头两项之和与沿程水头损失的比小于5%，以致局部水头损失及流速水头可以忽略不计。
短管——当管道中局部水头损失与流速水头两项之和与沿程水头损失的比值大于5%，则在管流计算中局部水头损失与流速水头不能忽略。
由工程经验可知，一般自来水管可视为长管。
虹吸管、倒虹吸管、坝内泄水管、抽水机的吸水管等，可按短管计算。
必须注意：长管和短管不是按管道的长短来区分的，如果没有忽略局部水头损失和流速水头的充分依据时，应按短管计算，以免造成被动。
3．根据管道的出口情况，管流可分为自由出流与淹没出流。
自由出流——是指管道出口水流流入大气之中，如图5-1（a）；淹没出流——是指管道出口在下游水面以下，被水淹没。
如图5-1（b）。
(a)(b)图 5-14．根据管道的布置情况，压力管道又可分为简单管路和复杂管路。
水力学试题(判断题)
判断题正确的划“√”，错误的划“×”绪 论1、在连续介质假设的条件下，液体中各种物理量的变化是连续的。
（ ）2、在连续介质假设的条件下，可以不研究液体分子的运动。
（ ）3、水力学是研究液体机械运动和分子运动规律的学科。
（ ）4、流速梯度du/dy 发生变化时，动力黏度不变的液体均属于牛顿液体。
（ ）5、流体质点指流体内的固体颗粒。
（ ）6、通常情况下研究液体运动时，可不考虑表面张力的影响。
（ ）7、对于不可压缩液体，动力黏度相等的液体，其运动黏度也相等。
（ ）8、体积模量K 值越大，液体越容易压缩。
（ ）9、液体的内摩擦力与液体的速度呈正比。
（ ）10、牛顿液体是液体的切应力与剪切变形速度呈线性关系的液体。
（ ）11、水力学的研究对象只能是水。
（ ）12、无论是静止的还是运动的液体，都不存在切力。
（ ）13、牛顿内摩擦定律只适用于管道中的层流。
（ ）14、凡是切应力与剪切变形速度不呈线性关系的液体，都是非牛顿液体。
（ ）15、液体表面的曲率半径越大，表面张力的影响越大。
（ ）16、在常温、常压下水的运动黏度比空气的运动黏度大。
（ ）17、两种不同种类的液体，只要流速梯度相等，它们的切应力也相等。
（ ）18、由于液体的质点很小，因此它实际上是指液体的分子。
（ ）19、在水力学问题的计算中都必须考虑液体的压缩性。
（ ）20、15℃时水的粘性比20℃时水的粘性大。
（ ）21、牛顿液体的内摩擦力只与流速梯度和接触面面积有关。
（ ）22、牛顿液体可以承受微小的切力而不变形。
（ ）23、水流在边壁处的流速为零，因此该处的流速梯度为零。
（ ）24、牛顿内摩擦定律表明液体的切应力与剪切变形的大小成正比。
（ ）25、液体切应力是液体的一种单位面积的面积力。
（ ）26、理想液体是自然界中存在的一种不具有粘性的液体。
（ ）27、液体和气体的运动黏度均随温度的升高而减小。
（ ）28、国际单位制中，1个标准大气压下，水温4℃时，水的密度为3/1000m kg =ρ。
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Q c A 2gZ 0.68m3 / s
Q V 3.46m / s 1.2m / s 属于阻力平方区 A
4-3 水泵自吸水井抽水，吸水井与蓄水池用自流管相接，其 水位均不变，如图所示。水泵安装高度zs为4.5m；自流管 长 L为20m，直径d为150mm；水泵吸水管长L1为12m， 直径d1为150mm；自流管与吸水管的沿程阻力系数 λ=0.03；自流管滤网的局部水头损失系数ζ=2.0；水泵底 阀的局部水头损失系数 ζ=9.0；90°弯头的局部水头损失 系数ζ＝0.3；若水泵进口真空值不超过6m水柱，求水泵的 最大流量是多少？在这种流量下，水池与水井的水位差z 将为若干？
Q vA
A
4
d1
4
0.15 0.0177m
Qmax 1.52 0.0177 0.0268m3 / s
（2）计算水池与水井的水位差Z 按短管淹没出流计算
Q c A 2gZ
1 c 0.378 l 20 0.03 2 1 d 0.15 1
d R 0.125m 4
1 1 1/ 6 C R 0.1251/ 6 56.57 n 0.0125
8g 2 0.0245 C
进口＝0.5
出口＝ 1.0
60 60 60 0.946sin 2 2.05sin 4 0.365 2 2 50 50 50 0.946sin 2 2.05sin 4 0.236 2 2 1 1 c 0.35 l 125 0.0245 0.365 0.236 0.5 1 d 0.5
11.67 H hf hj 5.47 0.276 5.9m 2g 2 9.8
2 2
V
4-5 用水泵提水灌溉，水池水面高程▽179.5m，河 面水位▽155.0m；吸水管为长4m、直径200mm 的钢管，设有带底阀的莲蓬头及45°弯头一个。 压力水管为长50m，直径150mm的钢管，设有逆 止阀（ζ=1.7）、闸阀（ζ=0.1），45°的弯头各 一个，机组效率为80%；已知流量为50000cm3/s， 问要求水泵有多大扬程？
Q3 2 10 2 ( ) 300 10.4m h f3 ( ) l3 53.72 K3
校核是否存在阻力平方区：
Q1 Q1 4 0.025 0.796 m / s V1 2 2 3.14 0.2 A1 d1 4
Q2 Q2 V2 4 0.015 2 0.849 m / s 2 A2 d 2 3.14 0.15 4
第四章习题解答
4-1
管道中整个过水断面均被液体充满，断 面的周界就是湿周，管道过水断面上各点 的压强可以大于大气压，也可以小于大气 压，周界上的各点均受到液体压强的作用， 无自由表面，这种流动称为有压管流。 其主要水力特征就是没有自由表面。
4-2
长管是指水头损失以沿程水头损失为主，其 局部水头损失和流速水头在总损失中所占的比重 很小，计算时可以忽略不计的管道。 短管是指局部水头损失及流速水头在总损失 中占有相当比重，计算实不能忽略的管道。 长管和短管的判别是以局部水头损失和流速 水头小于沿程水头损失的5%则为短管，否则为长 管，不是简单地以管道的长短而论。 如果是短管，想按长管计算，可将局部阻力 系数 按关系式 l 换算成某一当量长度 li 加 d 入到管长中即可。
Q2 Q3 qc 10 5 15l / s
Q3 qD 10l / s
各管段的沿程损失：
h f1 Q1 2 ( 25 ) 2 500 2.67 m ( ) l1 341 .1 K1
Q2 2 h f 2 ( ) l 2 ( 15 ) 2 450 4.06 m 158 .4 K2
V12 V22 hj 1 2g 2 2g 1.592 2.842 (5.2 0.183) (1.7 0.1 0.183 1) 2 9.8 2 9.8 1.916
hw hf hj 3.915 1.916 5.831
水泵的扬程 H t Z hw (179.5 155) 5.831 30.331m
3
Q 6.25 V 7.96m / s 1.2m / s 属于阻力平方区 A 0.785
4-2 倒虹吸管采用500mm直径的铸铁管，长 L为125m，进出口水位高程差为5m，根据 地形，两转弯角各为60°和50°，上下游 渠道流速相等。问能通过多大流量？
4-2 解：本题按短管淹没出流计算 铸铁管糙率n＝0.0125
4-8 解：根据连续性方程
QC QD qlCD 50l / s
QAB QC qB 95l / s
由dCD 200mm, d1 d 2 150mm查表得 KCD 341.1l / s, K1 K2 158.4l / s
4-3 解：（1）计算水泵最大流量
l1 v2 Z S hv ( ) d1 2g
(hv Z S )2 g (6 4.5) 2 9.8 v 1.52m / s l 12 1 0.03 9.3 1 0.15 d1 2 3.14 2 2
8g 2 2 0.0283 C2
l1 V l2 V hf hf 1 hf 2 1 d 2g 2 d 2g 1 2
2 1
2 2
其中
Q V1 1.59m / s A1 Q V2 2.84m / s A2
h
f
hf 1 hf 2 3.915m
第四章习题解答
4-1 坝下埋设一预制混凝土引水管，直径D为lm， 长40m，进口处有一道平板闸门控制流量，引水 管出口底部高程 V62.0m，当上游水位为V70.0m， 下游水位为 V60.5m，闸门全开时能引多大流量？
4-1 解：本题按短管自由出流计算 混凝土糙率n＝0.014 作用水头H＝70.0-（62.0+D/2）＝7.5m 不计行进流速水头，则H0 H 7.5m
1 6
1 2
40
40 40 0.946sin 2 2.05sin 4 0.139 2 2
蓬 2.5(无底阀）
c
1 l d
出 1.0
1 0.45
24 0.0243 2.5 2 0.139 1 0.4
Q c A 2gh 0.45 0.126 2 9.8 4 0.5m3 / s
D R 0.25m 4
C 1 1 R1/ 6 0.251/ 6 56.6 n 0.014
8g 2 0.0245 C
取
0.5
1 1 c 0.64 l 40 1 1 0.0245 0.5 d 1
Q c A 2gH 6.25m / s
Q2 Z 0.82m 2 ( c A) 2 g
4-4 钢管输水，流量Q为52.5 L/s，管径d为200mm， 管长L为300m，局部水头损失按沿程水头损失的5％计。 问水塔水面要比管道出口高多少？
4Байду номын сангаас4 解：钢管取n=0.011
R d 0.05 4
1 1 1 1 C R6 0.05 6 55.18 n 0.011
4-6 用虹吸管从蓄水池引水灌溉。虹吸管采用直径 0.4m的钢管，管道进口处安一莲蓬头，有2个40°转 角；上下游水位差H为4m；上游水面至管顶高程z为 1.8m；管段长度 L1为8m，L2为4m、L3为12m。要求 计算：1. 通过虹吸管的流量为多少？2. 虹吸管中 压强最小的断面在哪里，其最大真空值是多少？
4-6 解：灌溉用钢管 n = 0.012
A
d 2
4
3.14 0.4 2 0.126m 2 4
d 0.4 R 0.1m 4 4
1 1 C R 0.1 56.8m / s n 0.012
8 g 8 9.8 2 0.0243 2 C 56 .8
1 6
V
Q 0.0525 1.67m / s A 3.14 0.2 2 4 8 g 8 9.8 2 0.0258 2 C 55.18
l V2 300 1.672 hf 0.0258 5.51m d 2g 0.2 2 9.8
hj 0.05 5.51 0.276m
4-5 解：钢管取n＝0.011
A1
4 d1 R1 0.05m 4 1 1/ 6 C1 R1 55 n
d 0.0314m
2 1
2
A2
4 d2 R2 0.0375m 4 1 1/ 6 C2 R2 52.6 n
d 0.0177m
2 2
2
8g 1 2 0.026 C1
4-8 水塔供水的管道上有并联管道1及2，如图所示。管道为 铸铁管，水自D点出流时，要求服务水头Hz为8m，其流 量QD为20 l /s；在B点出流量qB为45 l /s；CD段为沿程均 匀泄流管道，单位长度上的沿程泄流量q为100cm3/s-m， 管长lCD为300m，管径dCD为200mm；管长l1为350m， 管径d1为150mm；管长l2为700m，管径d2为150mm；总 管长lAB为500m，管径dAB为250mm；D点高程▽为 100.0m。试决定并联管道内流量分配，并计算水塔的水 面高程。
V Q 0.5 3.97 m / s 1.2 A 0.126
属阻力平方区,虹吸管中压强最小的断面在距离蓄水 池水位最高处，即第二个弯管前的断面处。
Z s 1.8
hv max
0.4 1.6m 2 l V2 Z s ( 进 40） d 2g