管路水力计算(最新)
管道的水力计算
第三章管道的水力计算及强度计算第一节管道的流速和流量流体最基本的特征就是它受外力或重力的作用便产生流动。
如图3—1所示装置，如把管道中的阀门打开，水箱内的水受重力作用，以一定的流速通过管道流出。
如果水箱内的水位始终保持不变，那么管道中的流速也自始至终保持不变。
管道中的水流速度有多大?每小时通过管道的流量是多少?这些都是实际工作中经常遇到的问题。
图3—1水在管道内的流动为了研究流体在管道内流动的速度和流量，这里先引出过流断面的概念。
图3—2为水通过管道流动的两个断面1—1及2—2，过流断面指的是垂直于流体流动方向上流体所通过的管道断面，其断面面积用符号A来表示，它的单位为m2或cm2。
图32管流的过流断面a)满流b)不满流流量是指单位时间内，通过过流断面的流体体积。
以符号q v表示，其单位为m3／h，cm3／h或m3／s，cm3／s。
流速是指单位时间内，流体流动所通过的距离。
以符号。
表示，其单位为m／s或cm／s。
图3—3管流中流速、流量、过流断面关系示意图流量、流速与过流断面之间的关系如下：以水在管道中流动为例，如图3—3所示，在管段上取过流断面1—1，如果在单位时间内水从断面1—1流到断面2—2，那么断面1—1和断面2—2所包围的管段的体积即为单位时间内通过过流断面1—1时水的流量q v，而断面1—1和断面2—2之间的距离就是单位时间内水流所通过的路程，即流速。
由上可知，流量、流速和过流断面之间的关系式为q v=vA (3—1) 式(3—1)叫做流量公式，它说明流体在管道中流动时，流速、流量和过流断面三者之间的相互关系，即流量等于流速与过流断面面积的乘积。
如果在一段输水管道中，各过流断面的面积及所输送的水量一定，即在管道中途没有支管与其连接，既没有水流出，也没有水流入，那么管道内各过流断面的水流速度也不会变化；若管段的管径是变化的(即过流断面的面积A是变化的)，那么管段中各过流断面处的流速也随着管径的变化而变化。
第四章 管路孔口和管嘴的水力计算
第四章 管路、孔口和管嘴的水力计算4-1根据造成液体能量损失的流道几何边界的差异，可以将液体机械能的损失分为哪两大类? 各自的定义是什麽? 发生在哪里?答:可分为沿程损失和局部损失两大类。
沿程损失指均匀分布在流程中单位重量液体的机械能损失，一般发生在工程中常用的等截面管道和渠道中。
局部损失指单位重量液体在流道几何形状发生急剧变化的局部区域中损失的机械能，如在管道的入口、弯头和装阀门处。
4-2粘性流体的两种流动状态是什么？其各自的定义是什么？答：粘性流体的流动分为层流及紊乱两种状态。
层流状态指的是粘性流体的所有流体质点处于作定向有规则的运动状态，紊流状态指的是粘性流体的所有流体质点处于作不定向无规则的混杂的运动状态。
4-3流态的判断标准是什么？解：流态的判断标准是雷诺数Re 。
由于实际有扰动存在，故一般以下临界雷诺数Re c 作为层紊流流态的判断标准，即Re<2320, 管中流态为层流，Re>2320，管中流态为紊流.。
4-4某管道直径d=50mm ，通过温度为10℃的中等燃料油，其运动粘度s m 261006.5-⨯=ν。
试求：保持层流状态的最大流量Q 。
解：由Re =νdv 有v =dνRe =（2320×5.06×610-）/0.05=0.235m/s ，故有Q=A v=π×0.05×0.05×0.235/4=s m 34106.4-⨯。
4-5一等径圆管内径d=100mm ，流通运动粘度ν=1.306×10-6m 2/s 的水，求管中保持层流流态的最大流量Q 。
解：由νvd=Re ，有 s m d v /03.01.0232010306.1Re6=⨯⨯==-ν此即圆管中能保持层流状态的最大平均速度，对应的最大流量Q 为s m vA Q /1036.24/1.003.0342-⨯===π4-6利用毛细管测定油液粘度，已知毛细管直径d=4.0mm ，长度L=0.5m ，流量Q=1.0cm 3/s 时，测压管落差h=15cm 。
5.4 管路的水力计算解析
短管水力计算的问题
例1 已知短管l=200m，d=400mm，H=10m，相同 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。
先计算流量系数 解：
c
1 l 1 d 0.2417
如图为一水塔向车间供水的简单管路系统。全长 L 2km, 水塔高度H b 20m，水塔处地面标高zb 110m， 用户要求自由水头H c 5m，车间地面标高 ? zc 100m， ? 设计流量Q 30 L / s ? , 试确定给水管道的直径D。
Hb
Z
b
g H=c
c
P
h-H
解： 有压管出流相当于短管淹没出流问题。
Q A 2 gH
l 1 2 3 4 d 代入已知数据，化简得：
5
Q
1
1 2 2 gH d 4
d 0.7089 d 0.3718 0 用试算法得： d 1.018 m
取标准值：
d 1m
虹吸管的计算
图 7—9 水泵装置系统
安装高度的确定
离心泵的安装高度，是指水泵的叶轮轴线与水池水面的高 差，以Hs表示。以水池水面为基准面，写出1—1和2—2断 面的能量方程。
p2 v 2 l v2 v2 v2 0 0 0 Hs 进 弯 g 2g d 2g 2g 2g
选水池1-1断面和管路出口断面 2-2，以通过2-2断面形心 的水平面为基准面列能量方程
H 00 00
2v2 2
2g
2
hf hj
长管局部水头损失和 2 v2 忽略不计
给水管网水力计算-给水管网水力计算
点击查看
1.７ 给水管网的水力计算
1.7.3 水表和特殊附件的局部水头 损失
（一） 水表的分类及比较 1. 水表的分类 (１)按计量元件运动原理分类：
a. 容积式水表 b．速度式水表
速 度 旋翼式 式 水 螺翼式 表
单流束 多流束 水平螺翼式 垂直螺翼式
阀门和螺纹管件的摩阻损失的 当量长度表点击查看
1.７ 给水管网的水力计算
1.7.2 给水管网和水表水头损失的计算
按管网沿程水头损失的百分数取值法 不同材质管道、三通分水与分水器分水管内径大小的局
部水头损失占沿程水头损失百分数的经验取值，分别见不同 材质管道的局部水头损失估算值表和三通分水与分水器分水 的局部水头损失估算值表。
qg 0.2 U Ng
[解]
配水最不利点为低水箱坐便器，故计算管路为0、1、 2、……9。该建筑为普通住宅Ⅱ类，
选用公式 qg 0.2 U 计 N算g 各管段设计秒流量。
由住宅最高日生活用水定额及小时变化表查：
用 按
水
定
额
q0=
2
0
0
L/
（
人
·d
）
，小时变
化
系
数
K
h=
2.
5
，
每
户
3.5人计。
1.７ 给水管网的水力计算
1.7.4 求给水系统所需压力
确定
给水计算管路水头损之失后 水表和特殊附件的水头损失
根据公式
H H1 H2 H3 H4 H5 求得建筑内部给水系统所需压力 H
1.７ 给水管网的水力计算
首 先1根. 据7 .建5 筑 平水面力图 和计初算定的的 给方水法方步式 ，骤绘 给 水 管 道 平
(完整版)水力计算
室内热水供暖系统的水力计算本章重点? 热水供热系统水力计算基本原理。
? 重力循环热水供热系统水力计算基本原理。
? 机械循环热水供热系统水力计算基本原理。
本章难点? 水力计算方法。
? 最不利循环。
第一节热水供暖系统管路水力计算的基本原理一、热水供暖系统管路水力计算的基本公式当流体沿管道流动时，由于流体分子间及其与管壁间的摩擦，就要损失能量；而当流体流过管道的一些附件 ( 如阀门、弯头、三通、散热器等 ) 时，由于流动方向或速度的改变，产生局部旋涡和撞击，也要损失能量。
前者称为沿程损失，后者称为局部损失。
因此，热水供暖系统中计算管段的压力损失，可用下式表示：Δ P ＝Δ P y + Δ P i ＝R l + Δ P i Pa 〔 4 — 1 〕式中Δ P ——计算管段的压力损失， Pa ；Δ P y ——计算管段的沿程损失， Pa ；Δ P i ——计算管段的局部损失， Pa ；R ——每米管长的沿程损失， Pa ／ m ；l ——管段长度， m 。
在管路的水力计算中，通常把管路中水流量和管径都没有改变的一段管子称为一个计算管段。
任何一个热水供暖系统的管路都是由许多串联或并联的计算管段组成的。
每米管长的沿程损失 ( 比摩阻 ) ，可用流体力学的达西．维斯巴赫公式进行计算Pa/m （ 4 — 2 ）式中一一管段的摩擦阻力系数；d ——管子内径， m ；——热媒在管道内的流速， m ／ s ；一热媒的密度， kg ／ m 3 。
在热水供暖系统中推荐使用的一些计算摩擦阻力系数值的公式如下：( — ) 层流流动当 Re ＜ 2320 时，可按下式计算；（ 4 — 4 ）在热水供暖系统中很少遇到层流状态，仅在自然循环热水供暖系统的个别水流量极小、管径很小的管段内，才会遇到层流的流动状态。
( 二 ) 紊流流动当 Re ＜ 2320 时，流动呈紊流状态。
在整个紊流区中，还可以分为三个区域：? 水力光滑管区摩擦阻力系数值可用布拉修斯公式计算，即（ 4 — 5 ）当雷诺数在 4000 一 100000 范围内，布拉修斯公式能给出相当准确的数值。
压力管路的水力计算 全部
压力管路：在压差作用下，管内充满流体流动的管路，称为压力管路。
压力管路
从能量角度划分为
长管 短管
2
第5章 压力管路的水力计算
§5.1 管路特性曲线
管路特性曲线：一条管路上的水头 H 与流量 Q 之间的关系曲线。即H = f (Q)， 对特定的管路，其关系一定。
个方程，现只有一个，故不可解。
解法一：流态试算法
先设流态，选用、m，计算
Q 2m hf d 5m m L
，
计算Re，校核流态。如流态与所设流态一致，则Q为所求，
否则重新设流态计算。
11
第5章 压力管路的水力计算
② 水力光滑区
0.3164 Re0.25
0.3164
d 4Q
0.25
∴
hf
8 2g
z1 z2
p1 p2
，i
hf L
）
当p2已知，可求得 p1，选泵。
10
第5章 压力管路的水力计算
解法二：用管路特性曲线求Q 先假设几个流量Q1、Q2、……、Qm，按第一类问 题，计算hf1、hf2、 ……、hfm，绘成管路特性曲线， 再由已知hf查得Q。
第三类问题： 已知：L、管路布置（z1，z2）、流量Q， 求：设计最经济管径 d。
例如：管路上的总水头损失
hw
hf
hj
L d
v2 2g
L当 d
v2 2g
Q
v
4
d
2
v
4Q d 2
hw
L L当 d
v2 2g
管路水力计算表
管段号Q(W)G(Kg/s)l（m）d（mm）v(m/s)R(Pa/m)△Py=RL(Pa )∑ξ△Pd(Pa)△Pj=△Pd·∑ξ(Pa)△P=△Py+△Pj 12345678910111247801722758 5.6800.15 4.0622.74410.8243.2866.02486311121717.2700.17 6.4746.58114.914.961.48494843116667.2500.2214.04101.09123.6623.66124.75503375111617.2500.157.2952.48110.8210.8263.3511907165610400.148.7187.1 3.59.4333120.15215445531 2.7320.1511.9432.24410.8243.2875.525312144418 2.7320.127.4920.224 6.9327.7247.94548843304.2 2.7250.1517.5147.28410.8243.2890.56555542190 2.7200.1624.8166.99412.3149.24116.2356224177 2.7200.06 4.4612.044 1.73 6.9218.9657212073 2.7200.06 4.0510.944 1.73 6.9217.8658190716560.5400.148.71 4.36 2.59.4323.5827.945980172275814800.15 4.0656.84310.8232.4689.36015639538 2.7250.2853.38144.12437.71150.84294.96611856642150.0914.4328.8631 3.96122.76151.62直流三通，φ40弯头，闸阀，乙字弯 ∑（△P=△Py+△Pj）1，47～59，15=1034.87系统作用压力富裕率△%=[△PⅥ1-∑（△P=△Py+△Pj）1，47～59，15] / △PⅥ1=(1071-1034.87) /1071=3.37%立管Ⅵ 第2层散热器 环路Ⅵ2 作用压力△PⅥ2=1492直流四通，φ25括弯散热器φ15，90弯头截止阀乙字弯分流三通合流四通 ∑（△P=△Py+△Pj）60.61=446.58不平衡百分率xⅥ2=[△P60.61-∑（△P=△Py+△Pj）60.61] / △P60.61=(457.82-474.52) /457.82=-3.65%直流三通直流三通φ70.90煨弯，旁流三通直流三通，闸直流四通，φ20括弯直流四通，φ20括弯直流四通，φ20括弯直流四通，φ25括弯直流四通，φ25括弯直流四通，φ32括弯φ70.90煨弯，闸阀，旁流三通重力循环双管热水供暖系统管路水力计算表立管Ⅵ 第1层散热器 环路Ⅵ1 作用压力△PⅥ1=1071直流三通6212638435 2.7200.34110.69298.86456.52226.08524.94631856642150.0914.4328.8631 3.96122.76151.62649637332 2.7200.2666.77180.28433.05132.2312.48651856642150.0914.4328.8631 3.96122.76151.62666636228 2.7150.33157.35424.85552.25261.25686.1671856642150.0914.4328.8631 3.96122.76151.62683635125 2.7150.1848.57131.14515.8479.2210.34692187752150.1119.7439.4831 5.82180.41219.89散热器φ15，90弯头截止阀乙字弯分流三通合流四通 ∑（△P=△Py+△Pj）64.65=464.1不平衡百分率xⅥ2=[△P58.60.62.64.65-∑（△P=△Py+△Pj）58.60.62.64.65] / △P58.60.62.64.65=(1506.61-1311.94)/1506.61=12.92%立管Ⅵ 第5层散热器 环路Ⅵ5 作用压力△PⅥ5=2754直流四通，φ15括弯散热器φ15，90弯头截止阀乙字弯分流三通合流四通 ∑（△P=△Py+△Pj）68.69=430.23不平衡百分率xⅥ2=[△P58.60.62.64.66.68.69-∑（△P=△Py+△Pj）58.60.62.64.66.68.69] / △P58.60.62.64.66.68.69=(2471.07-2276.65)/2471.07=7.87%直流四通，φ15括弯散热器φ15，90弯头截止阀乙字弯分流三通合流四通 ∑（△P=△Py+△Pj）66.67=837.72不平衡百分率xⅥ2=[△P58.60.62.64.66.67-∑（△P=△Py+△Pj）58.60.62.64.66.67] / △P58.60.62.64.66.67=(1974.55-1998.04)/1974.55=-1.19%立管Ⅵ 第6层散热器 环路Ⅵ6 作用压力△PⅥ6=3175立管Ⅵ 第3层散热器 环路Ⅵ3 作用压力△PⅥ3=1930直流四通，φ20括弯散热器φ15，90弯头截止阀乙字弯分流三通合流四通 ∑（△P=△Py+△Pj）62.63=676.56不平衡百分率xⅥ2=[△P58.60.62.63-∑（△P=△Py+△Pj）58.60.62.63] / △P58.60.62.63=(1021.05-999.46)/1021.05=2.11%立管Ⅵ 第4层散热器 环路Ⅵ4 作用压力△PⅥ4=2334直流四通，φ20括弯不平衡百分率xⅥ2=[△P60.61-∑（△P=△Py+△Pj）60.61] / △P60.61=(457.82-474.52) /457.82=-3.65%通，φ40弯头，闸阀，乙字弯4.87-1034.87) /1071=3.37%通，φ25括弯φ15，90弯头截止阀乙字弯分流三通合流四通52) /457.82=-3.65%通通70.90煨弯，旁流三通通，闸阀，乙字弯通，φ20括弯通，φ20括弯通，φ20括弯通，φ25括弯通，φ25括弯通，φ32括弯70.90煨弯，闸阀，旁流三通附注13通φ15，90弯头截止阀乙字弯分流三通合流四通=(1506.61-1311.94)/1506.61=12.92%通，φ15括弯φ15，90弯头截止阀乙字弯分流三通合流四通.66.68.69=(2471.07-2276.65)/2471.07=7.87%通，φ15括弯φ15，90弯头截止阀乙字弯分流三通合流四通6.67=(1974.55-1998.04)/1974.55=-1.19%通，φ20括弯φ15，90弯头截止阀乙字弯分流三通合流四通21.05-999.46)/1021.05=2.11%通，φ20括弯52) /457.82=-3.65%。
管路水力计算
一、管路水力计算的基本原理1、一般管段中水的质量流量G,kg/h,为已知;根据G查询热水采暖系统管道水力计算表,查表确定比摩阻R后,该管段的沿程压力损失Py=Rl就可以确定出来;局部压力损失按下式计算1Σξ--------表示管段的局部阻力系数之和,查表可知;可求得各个管段的总压力损失22、也可利用当量阻力法求总压力损失：当量阻力法是在实际工程中的一种简化计算方法;基本原理是将管段的沿程损失折合为局部损失来计算,即34式中ξd——当量局部阻力系数;计算管段的总压力损失ΔP可写成5令ξz h = ξd +Σξ式中ξz h|——管段的这算阻力系数6又7则8设管段的总压力损失9各种不同管径的A值和λ/d值及ξz h可查表;根据公式9编制水力计算表;3、当量长度法当量长度法是将局部损失折算成沿程损失来计算的一种简化计算方法,也就是假设某一管段的局部压力损失恰好等于长度为ld的某段管段的沿程损失,即10式中ld为管段中局部阻力的当量长度,m;管段的总压力损失ΔP可写成ΔP = Py + Pj = Rl + Rld = Rlzh 11式中lzh为管段的折算长度,m;当量长度法一般多用于室外供热管路的水力计算上;二、热水采暖系统水力计算的方法1、热水采暖系统水力计算的任务a、已知各管段的流量和循环作用压力,确定各管段管径;常用于工程设计;b、已知各管段的流量和管径,确定系统所需的循环作用压力;常用于校核计算;c、已知各管段管径和该管段的允许压降,确定该管段的流量;常用于校核计算;2、等温降法水力计算方法2-1 最不利环路计算1最不利环路的选择确定采暖系统是由各循环环路所组成的,所谓最不利环路,就是允许平均比摩阻最小的一个环路;可通过分析比较确定,对于机械循环异程式系统,最不利环路一般就是环路总长度最长的一个环路;2根据已知温降,计算各管段流量式中Q——各计算管段的热负荷,W;tg——系统的设计供水温度,℃;tg——系统的设计回水温度,℃;3根据系统的循环作用压力,确定最不利环路的平均比摩阻Rpj式中Rpj——最不利环路的平均比摩阻,Pa/mΔP——最不利环路的循环作用压力,Paα——沿程压力损失占总压力损失的估计百分数,查表确定其值Σl——环路的总长度,m4根据Rpj和各管段流量,查表选出最接近的管径,确定该管径下管段的实际比摩阻和实际流速v;5确定各管段的压力损失,进而确定系统总的压力损失;2-2 其他环路计算其他环路的计算是在最不利环路计算的基础上进行的;应遵循并联环路压力损失平衡的规律,来进行各环路的计算;应用等温降法进行水力计算时应注意：（1）如果系统位置循环作用压力,可在总压力损失之上附加10%确定;（2）各并联循环环路应尽量做到阻力平衡,以保证各环路分配的流量符合设计要求;但各并联环路的阻力做到绝对平衡是不可能的,允许有一个差额,但不能过大,否则会造成严重失调;（3）散热器的进流系数跨越式热水采暖系统中,由于一部分直接经跨越管流入下层散热器,散热器的进流系数α取决于散热器支管、立管、跨越管管径的组合情况和立管中的流量、流速情况,进流系数可查图4-3确定;等温降法简便,易于计算,但不易使个并联环路阻力达到平衡,运行时易出现近热远冷的水平失调问题;2-3不等温降法的水力计算方法所谓不等温降的水力计算,就是在单管系统中各立管的温度各不相等的前提下进行水力计算;它以并联环路各节点压力平衡的基本原理进行水力计算;这种计算方法对各立管间的流量分配,完全遵守并联环路节点压力平衡的水力学规律,能使设计工况与实际工况基本一致;进行室内热水采暖系统不等温降的水力计算时,一般从循环环路的最远立管开始;(1)首先任意给定最远立管的温降;一般按设计温降增加2-5℃;由此求出最远立管的计算流量Gj ;根据该立管的流量,选用R或v值,确定最远立管管径和环路末端供、回水干管的管径及相应的压力损失值; (2)确定环路最末端的第二根立管的管径;该立管与上述计算管段为并联管路;根据已知节点的压力损失ΔP,选定该立管管径,从而确定通过环路最末端的第二根立管的计算流量及其计算温度降;(3)按照上述方法,由远至近,一次确定出该环路上供、回水干管各管段的管径及其相应附压力损失以及各立管的管径、计算流量和计算温度降;(4)系统中有很多分支循环环路时,按上述方法计算各个分支循环环路;计算得出的各循环环路在节点压力平衡状况下的流量总和,一般都不会等于设计要求的总流量,最后需要根据并联环路流量分配和压降变化的规律,对初步计算的个循环环路的流量、温降和压降进行调整;最后确定各立管散热器所需的面积;。
水力计算表
已知：
Q—流量（m3/s）
Q= 8.75
（升/s）
D—管道的计算内径（m） D= 0.1308
结果:
L= 600 V= i= h1= h2= Hij=
(m)
0.652 (m/s) 0.003 (m) 2.023 (m) 0.202 (m) 2.225 (m)
1(m3/s)=1（升/s）/1000
反算Q=
(头) 范》
b1= H= 1.4 18.5856 12
7.28 9.36
0.800000
b2=
0.40000
0.01840 2120.000 74.000 0.0736 1.44475
R^(1/6)= 局部水头损失系数和
自动计算Q=
0.51381 1.00000
0.00614
注：红色为需输入数据，蓝色为计算结果；计算损耗不用输入Q
Hij--总水头损失(m)
h1--沿程水头损失(m) h2--局部水头损失(m)
i--每米管道的水头损失(m)
L--计算段管长(m)
V--流速(m/s)
Q—流量（m3/s）
D—管道的计算内径（m）
已知：
Q= 2.98
（升/s）
D= 0.05
L= 100
(m)
结果:
V=
1.518 (m/s)
以下有两种结果
壁厚mm 2.30000 2.30000 3.00000 3.70000 4.60000 5.80000 6.80000 8.20000 10.00000 14.60000 18.20000 22.70000 28.60000
内径mm 15.4 20.4 26 32.6 40.8 51.4 61.4 73.6 90 130.8 163.6 204.6 257.8
液冷管路水力计算
液冷管路水力计算
液冷管路的水力计算主要包括以下几个步骤：
1.确定流速：根据设计要求和管道系统的特性，选择适当的流速。
流速的选择应考虑到管道材料、
管径、流体性质以及系统运行的要求。
2.计算流量：根据系统的需求，确定管道中的流量。
流量是指单位时间内通过管道横截面的流体体
积或质量。
3.计算管径：根据选定的流速和流量，计算所需的管道直径。
管径的计算公式通常为：D = √(4Q/πv)，
其中D为管道直径，Q为流量，v为流速。
4.计算阻力：根据管道的长度、管径、流速和流体性质，计算管道沿程的阻力。
阻力的大小取决于
管道内壁的粗糙度、流体的粘度和密度等因素。
5.校验压力：根据管道系统的布局和阻力计算结果，校验系统的压力是否满足设计要求。
如果压力
不足，可能需要调整流速、管径或增加泵等设备来提高压力。
6.优化设计：根据计算结果和实际需求，对管道系统进行优化设计，确保系统的性能和经济性达到
最佳。
需要注意的是，液冷管路的水力计算涉及到多个因素，如流速、流量、管径、阻力、压力等，这些因素之间相互影响，需要进行综合考虑和计算。
同时，还需要考虑管道系统的安全性、稳定性和经济性等因素，确保设计的合理性和可行性。
第2章 管路的水力计算
§2.1
一、简单管道
长管的水力计算
管道的种类: 简单管道 串联管道 并联管道
1、计算中一般涉及的公式： 连续性方程： Q = v1 A1 = v2 A2 能量方程：
z1 + p1 p = z2 + 2 + h f ρg ρg
4Q 2 ( ) L v2 L πd 2 8λLQ 2 2 沿程损失： hw = h f = λ Q =λ = = α d 2g d 2g gπ 2 d 5
常州大学
第2章 管路的水力计算
一、主要内容：
1、长管计算实用公式；
2、串联、并联管路水力计算；
3、短管计算实用公式； 4、孔口出流与管嘴泄流；
二、应用公式：
1、连续性方程： 2、伯努利方程：
v1 A1 = v2 A2
z1 + p1 +
γ
α1v1
2g
2
= z2 +
p2
γ
+
α 2 v2
2g
2
+ ∑ hw1− 2
4Q 2 ( ) L v2 L πd 2 8λLQ 2 hw = h f = λ =λ = d 2g d 2g gπ 2 d 5
64 16πdν 8λLQ 2 16πdν 8 LQ 2 QνL 层流： λ= = ⇒ hf = 4 . 15 = ⋅ = Re Q gπ 2 d 5 Q gπ 2 d 5 d4
第一类问题的计算步骤 （1）已知qV、l、d 、μ、 Δ ，求hf； qV、d 计算v 计算Re 计算λ 计算 hf
3 例题5-1：50℃的原油，密度 ρ = 950kg / m ，运动粘 度 υ = 8 ×10 −5 m 2 / s，流过一根长 L = 400m, d = 150mm, ∆ = 0.30mm 3 Q 0 . 12 m / s 试求产生的压降。 = 的管道，流量
采暖管道水力计算(精)
K ——管壁的当量绝对粗糙度（m），室内闭式采暖热水管路K ＝0.2×103m ，室外供热管网
－
K ＝0.5×103m ；
v ——热媒在管内的流速，根据热量和供回水温差计算确定（m/s）；
，根据供回水平均温度按按本院技术措施表A. 2.1取值。 γ——热媒的运动粘滞系数（m2/s）
λ={
d j ⎡
1.4 热水采暖的垂直双管系统各层支管之间重力水头H z
H z =
2
h (ρh −ρg g （Pa ） 3
式中 h ——计算环路散热器中心之间的高差 (m；
1.5 单管跨越式系统水温降
1.5.1 单管跨越式系统的散热器和跨越管流量分配
1 单管跨越式系统散热器支路和跨越管支路的流量通过以下2式求得：
=G
t si ——第i 组散热器的出水温度（℃）； t i ——第i 组散热器与之后的管道温度（℃）； t i－1——第i 组散热器之前的管道温度（℃）。 ∑Q, G,t 0
i-1
si
ki
si i h
1.6 散热器数量N
N =N ' ⋅β1⋅β2⋅β3=
Q
β1⋅β2⋅β3 （1.6） n
C ⋅Δt s
N ’——设计工况下散热器数量（长度或片数）；
表7：适用于采用钢管的一般垂直单管系统；（包括立管及干管，计算至建筑热力入口与室外干线连接处。为提高计算速度，本表管道摩擦阻力系数λ采用阿里特苏里公式） 2.1.4 室外供热管道
表8：适用于采用钢管的室外供热管道。
2.2 双管系统
2.2.1 住宅等水平双管系统
1、 一般最远端散热器支路为该户最不利环路。
1.3.3 室外热水供热管网局部阻力按与沿程阻力的比值计算确定，见下表：
第十章管路水力计算
qVx qVT qL x
dx上消耗水头
dh f
qV2 x K2
dx
则：H
dhf
L 0
qV2 x K2
dx
L 0
qVT q L x K2
2
dx
若流动处于阻力平方区 K const
积分上式得
•H
q2 VT
L
qVT qL2 K2
q 2 L3 3
•H
L K2
q2 VT
qVT qVn
第十章 管路水力计算
本章是应用能量方程和阻力计算来确定流速、 流量，或已知管径、流量，确定阻力，即qv、 Δp。工程中，一般是设计时，qv已知，预知 结构，计算Δp阻力。选择机械如泵、风机。 在计算中，要用到连续方程，动量方程， 能量方程，阻力计算公式。 限制：恒定流，设α=1。
1、几个概念：
（1）管路系统：构成流体流动限制，并保 证流体流动畅通的管件组合，简称管路。
第九节 有压管路的水击
当管件中的闭门突然关闭或水泵突然停止 工作，使液流速度突然改变，这种液体动 量的变化而引起的压强突变（急上或下） 的现象称水击。
压强的交替变化，对管壁或阀门仪表产生类 似于锤击的作用，因此，水击也称水“锤”。
水击使压强升高达数倍或几十倍，严重时 损害管路。
本节介绍水击机理和减轻水击的措施。
liV22 2dg
i
V
)
V22 2g
H
(1
i
li d
i
V2 )
2g
令
s
i
li d
i
H
(1
s
)
V2 2g
(1
s
)
16qv 2
简单长管的水力计算
简单长管的水力计算由前可知，长管中的局部水头损失、流速水头两项之和与沿程水头损失的比小于５％，局部水头损失及流速水头可忽略不计，因而可使管道计算大为简化，而且对计算精度影响不大。
一般情况下，给水管路、抽水机的压水管、输油管道等均可按长管计算。
（一）简单长管水力计算的基本公式由长管的定义，长管水力计算时，局部水头损失和流速水头忽略不计，能量方程式可简化为1. 由谢才公式计算沿程水头损失 水利工程中的有压管道，水流一般属于紊流的水力粗糙区，其水头损失可直接由谢才公式计算。
，， lH l h J f ==，联立求解有l RC A Q H 222=令即得 l KQ H 22= （5-15）或 lH KQ = (5-16)式中Ｋ——流量模数。
由上式可以看出，当水力坡降J =1时，Q =K ，故K 具有与流量相同的量纲，在水力学中称为流量模数，或特性流量。
它综合反映管道断面形状、尺寸及边壁粗糙对输水能力的影响。
水力坡度J 相同时，输水能力与流量模数成正比。
对于粗糙系数n 为定值的圆管，K 值为管径的函数。
不同直径及糙率的圆管，当谢才系采用611R nC =计算时，其流量模数K 值如表（5-2）所示。
表5-2 给水管道的流量模数数值 （按611=R nC ） 单位：L/sfhH =Av Q =RJ C v =R AC K =K R AC K =对于一般给水管道，一般流速不太大，可能属于紊流的粗糙区或过渡区。
可以近似认为当米/秒时，管流属于过渡区，h f 约与流速v 的1.8次方成正比。
计算水头损失时，可在公式（5-15）中乘以修正系数k ，即l KQ k H 22= （5-17）对于钢管或铸铁管，修正系数可查表5-3表 5-3 钢管及铸铁管修正系数k 值2. 按《标准》（灌溉排水卷）公式计算管道沿程水头损失L DQ f h b mf = （5-18）式中 Q —— 流量，m 3/h ；f —— 管材摩阻系数； L —— 管长，m ；D —— 管道直径，mm ； m —— 流量指数； b —— 管径指数。
02-4给水管网的水力计算
第2章建筑内部给水系统2.4给水管网的水力计算在求得各管段的设计秒流量后，根据流量公式，即可求定管径：给水管网水力计算的目的在于确定各管段管径、管网的水头损失和确定给水系统的所需压力。
υπ42dq g =πυgq d 4=式中 q g ——计算管段的设计秒流量，m 3/s ；d j ——计算管段的管内径，m ；υ——管道中的水流速，m/s 。
（2-12）当计算管段的流量确定后，流速的大小将直接影响到管道系统技术、经济的合理性，流速过大易产生水锤，引起噪声，损坏管道或附件，并将增加管道的水头损失，使建筑内给水系统所需压力增大。
而流速过小，又将造成管材的浪费。
考虑以上因素，建筑物内的给水管道流速一般可按表2-12选取。
但最大不超过2m/s。
工程设计中也可采用下列数值： DN15~DN20，V =0.6~1.0m/s ；DN25~DN40，V =0.8~1.2m/s 。
生活给水管道的水流速度 表2-122.4.2 给水管网和水表水头损失的计算2.4.2 给水管网和水表水头损失的计算给水管网水头损失的计算包括沿程水头损失和局部水头损失两部分内容。
１. 给水管道的沿程水头损失（2-13）——沿程水头损失，kPa；式中 hyL——管道计算长度，m；i——管道单位长度水头损失，kPa/m，按下式计算：2.4 给水管网的水力计算2.4.2 给水管网和水表水头损失的计算式中i——管道单位长度水头损失， kPa/m ；dj——管道计算内径，m；q g——给水设计流量，m3/s；Ch——海澄-威廉系数：塑料管、内衬（涂）塑管C h = 140；铜管、不锈钢管C h = 130；衬水泥、树脂的铸铁管C h = 130；普通钢管、铸铁管Ch = 100。
（2-14）设计计算时，也可直接使用由上列公式编制的水力计算表，由管段的设计秒流量，控制流速在正常范围内，查出管径和单位长度的水头损失。
“给水钢管水力计算表”、“给水铸铁管水力计算表”以及“给水塑料管水力计算表”分别见附表2-1、附表2-2和附表2-3。
有压管路的水力计算
串联管路中的每一段管路都是简单管路
串联管路的水力计算基本计算公式
(1)任一管段的水头损失
hf i
Qi2li
K
2 i
(2)总作用水头（等于各管段的水头损失之和）
（3）管路系统总水头损失等于系统中并联管路水头损失与其它管段 水头损失之和。
H
hf
h f 4 h fAB h f 5
Q42l4
K
2 4
＋ Q12l1 K12
＋ Q52l5 K52
注意：
并联管路各管段的水头损失相等，只表明通过每一 管段的单位重量液体的机械能损失相等。
由于通过各管段的流量并不一定相等，所以各管段 上的总机械能损失（全部液体重量）也不一定相同， 即流量大的管段，其总机械损失也大；反之亦然。
一般工程初步估算时可采用下列数值：
混凝土和钢筋混凝土管路 n=0.0125
焊接金属管路
n=0.012
铆接金属管路
n=0.013
大直径木质管路
n=0.013
岩石中不砌衬的压力管路 n=0.025-0.04
特性流量Q是管径d和壁面粗糙度n的函数，为方便管路 水力计算，可对不同粗糙度和不同直径的管道，可预先将特 性流量系数K计算列成数值表。
H pa 1v12 0 pa 2v22 hl
2
2
(2)长管的全部作用水头用于克服沿程阻力损失（测压管水头线与总水
头线重合）
H hl h f
(3)管路的沿程损失h f（由达西公式确定）
hf l v 2
水力计算表
已知：
Q—流量（m3/s）
Q= 8.75
（升/s）
D—管道的计算内径（m） D= 0.1308
结果:
L= 600 V= i= h1= h2= Hij=
(m)
0.652 (m/s) 0.003 (m) 2.023 (m) 0.202 (m) 2.225 (m)
1(m3/s)=1（升/s）/1000
反算Q=
(头) 范》
b1= H= 1.4 18.5856 12
7.28 9.36
0.800000
b2=
0.40000
0.01840 2120.000 74.000 0.0736 1.44475
R^(1/6)= 局部水头损失系数和
自动计算Q=
0.51381 1.00000
0.00614
注：红色为需输入数据，蓝色为计算结果；计算损耗不用输入Q
壁厚mm 2.30000 2.30000 3.00000 3.70000 4.60000 5.80000 6.80000 8.20000 10.00000 14.60000 18.20000 22.70000 28.60000
内径mm 15.4 20.4 26 32.6 40.8 51.4 61.4 73.6 90 130.8 163.6 204.6 257.8
浆砌条石 （块石）
m3
7.056
h2--局部水头损失(m) V--流速(m/s)
管道的计算内径（m） (m)
(m3/s)=1（升/s）/1000 0.00875
4.136259
0.0023
69.61539
h2--局部水头损失(m) V--流速(m/s)
管道的计算内径（m） (m)
压力管路的水力计算
2
• 短管：泵站、库内管线总距离比较短，分支较多，两端压差较小，
并且有大量管子连接部件。和沿程水头损失相比，流速水头和局部
水头损失不可以忽略，称之为短管。
z1
p1
v12 2g
z2
p2
v22 2g
hw
作用水头：
H0
z1
z2
p1
p2
v12 2g
hw
v22 2g
i长管、短管的划分并不仅仅是由于管线的长短，更重要在于从能量
经济管径计算：其一，d↑，材料费↑，施工费↑；其二，d↓，动力费用↑， 设备（泵）费↑。如何解决这一矛盾，正是一个管径优选问题。
分析： Q
•
V
Re Vd
？
确定β、m或λ
？
确定流态
？
hf
Δp
试算法
一般用于管道初步设计。
压力管路的水力计算
15
二、长管的串联和并联
1、串联管路
① 定义：由不同管径的管道依次连接而成的管路。 ② 应用实例：输水干线、集油干线
2. 计算公式：简单长管计算一般涉及公式：
•
v1A1 v2 A2
z1
p1
＝z2
p2
hf
hf
L v2
d 2g
压力管路的水力计算
7
•
为计算方便，将
v
Q A
4Q
d2
代入hf 的计算公式 h f
L v2
d 2g
，
得到一种更常用的公式：h f
Q 2m mL
d 5m
。
– 层流流态：
64 Re
压力管路的水力计算
20
4、串、并联管路的水力意义——在长输管线上的应用
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一、管路水力计算的基本原理
1、一般管段中水的质量流量G，kg/h，为已知。
根据G查询热水采暖系统管道水力计算表，查表确定比摩阻R后，该管段的沿程压力损失P y=Rl就可以确定出来。
局部压力损失按下式计算
（1）
Σξ--------表示管段的局部阻力系数之和，查表可知。
可求得各个管段的总压力损失
（2）2、也可利用当量阻力法求总压力损失：
当量阻力法是在实际工程中的一种简化计算方法。
基本原理是将管段的沿程损失折合为局部损失来计算，即
（3）
（4）
式中ξd ——当量局部阻力系数。
计算管段的总压力损失ΔP可写成
（5）
令ξzh = ξd +Σξ
式中ξzh|——管段的这算阻力系数
（6）
又(7)
则（8）
设
管段的总压力损失
（9）
各种不同管径的A值和λ/d值及ξzh可查表。
根据公式（9）编制水力计算表。
3、当量长度法
当量长度法是将局部损失折算成沿程损失来计算的一种简化计算方法，也就是假设某一管段的局部压力损失恰好等于长度为l d的某段管段的沿程损失，即
（10）
式中l d为管段中局部阻力的当量长度，m。
管段的总压力损失ΔP可写成
ΔP = P y+ P j = Rl + Rl d = Rl z h （11）
式中l z h为管段的折算长度，m。
当量长度法一般多用于室外供热管路的水力计算上。
二、热水采暖系统水力计算的方法
1、热水采暖系统水力计算的任务
a、已知各管段的流量和循环作用压力，确定各管段管径。
常用于工程设计。
b、已知各管段的流量和管径，确定系统所需的循环作用压力。
常用于校核计算。
c、已知各管段管径和该管段的允许压降，确定该管段的流量。
常用于校核计算。
2、等温降法水力计算方法
2-1 最不利环路计算
（1）最不利环路的选择确定
采暖系统是由各循环环路所组成的，所谓最不利环路，就是允许平均比摩阻最小的一个环路。
可通过分析比较确定，对于机械循环异程式系统，最不利环路一般就是环路总长度最长的一个环路。
（2）根据已知温降，计算各管段流量
式中Q——各计算管段的热负荷，W;
t g——系统的设计供水温度，℃;
t g——系统的设计回水温度，℃。
（3）根据系统的循环作用压力，确定最不利环路的平均比摩阻R pj
式中R pj——最不利环路的平均比摩阻，Pa/m
ΔP——最不利环路的循环作用压力，Pa
α——沿程压力损失占总压力损失的估计百分数，查表确定其值
Σl——环路的总长度，m
（4）根据R pj和各管段流量，查表选出最接近的管径，确定该管径下管段的实际比摩阻和实际流速v。
（5）确定各管段的压力损失，进而确定系统总的压力损失。
2-2 其他环路计算
其他环路的计算是在最不利环路计算的基础上进行的。
应遵循并联环路压力损失平衡的规律，来进行各环路的计算。
应用等温降法进行水力计算时应注意：
（1）如果系统位置循环作用压力，可在总压力损失之上附加10%确定。
（2）各并联循环环路应尽量做到阻力平衡，以保证各环路分配的流量符合设计要求。
（但各并联环路的阻力做到
绝对平衡是不可能的，允许有一个差额，但不能过大，
否则会造成严重失调。
（3）散热器的进流系数
跨越式热水采暖系统中，由于一部分直接经跨越管流入下层散热器，散热器的进流系数α取决于散热器支管、立管、跨越管管径的组合情况和立管中的流量、流速情况，进流系数可查图4-3确定。
（等温降法简便，易于计算，但不易使个并联环路阻力达到平衡，运行时易出现近热远冷的水平失调问题。
）
2-3不等温降法的水力计算方法
所谓不等温降的水力计算，就是在单管系统中各立管的温度各不相等的前提下进行水力计算。
它以并联环路各节点压力平衡的基本原理进行水力计算。
这种计算方法对各立管间的流量分配，完全遵守并联环路节点压力平衡的水力学规律，能使设计工况与实际工况基本一致。
进行室内热水采暖系统不等温降的水力计算时，一般从循环环路的最远立管开始。
(1)首先任意给定最远立管的温降。
一般按设计温降增加2-5℃。
由此
求出最远立管的计算流量G j 。
根据该立管的流量，选用R（或v）值，确定最远立管管径和环路末端供、回水干管的管径及相应的压力损失值。
(2)确定环路最末端的第二根立管的管径。
该立管与上述计算管段为
并联管路。
根据已知节点的压力损失ΔP，选定该立管管径，从而确定通过环路最末端的第二根立管的计算流量及其计算温度降。
(3)按照上述方法，由远至近，一次确定出该环路上供、回水干管各
管段的管径及其相应附压力损失以及各立管的管径、计算流量和计算温度降。
(4)系统中有很多分支循环环路时，按上述方法计算各个分支循环环
路。
计算得出的各循环环路在节点压力平衡状况下的流量总和，一般都不会等于设计要求的总流量，最后需要根据并联环路流量分配和压降变化的规律，对初步计算的个循环环路的流量、温降和压降进行调整。
最后确定各立管散热器所需的面积。