水头损失及管路水力计算

水温t=10℃时，水的运动粘度υ=1.31×10-6m2/s
Re vd 94100 ——紊流
ຫໍສະໝຸດ Baidu
例题4
新铸铁管，无接头，取K1=1.15，K2=1


0.0143 K1K 2 d 0.284
0.0343
hf

l d
v2 2g
1.88(m)
第三节 管路水力计算
在管路的水力计算中将管路分为：长管、短管 长管：局部水头损失和速度水头的总和小于沿
例题4-4
例题1
[例1] 水流经变截面管道，已知d2/d1=2，则相应的Re2/Re1=?
[解] 因
Re vd

4Q 1
d d
v

4Q
d 2
故
Re 2/ Re1

(1/ d2 ) /(1/ d1)

d1 d2

0.5
例题2
[例2]如图所示管流，已知：d、l、H、λ、ξ进、ξ阀门。 求：管道通过能力Q。
第一节 黏性流体的流动型态
一、雷诺实验简介
1883年英国物理学家雷诺按图示试验装置对粘性流体进行实验， 提出了流体运动存在两种型态：层流和紊流。
Osborne Reynolds (1842-1916)
§5.2 黏性流体的流动型态
（a）层流 （b）临界状态 （c）紊流
上临界流速v上 下临界流速v下——临界流速
Q=77cm3/s，水银压差计读值h=30cm，水银密度
ρm=13600kg/m3，油的密度ρ=900kg/m3，求油的运动粘
度υ.
解：h f
m h 4.23m
v

4Q
d 2
2.73m / s
设为层流
hf

75 Re
l d
v2 2g
解得运动粘度

hf
2gd 2 75lv
,d,l
H
2 0
2
上式说明： 全部水头消耗在沿程水头损失上和产生出口速度水头。
连续性方程
v

Q
d
2
4
3 .关于 hw的计算
hw
hf
hj
( l
d

) v2
2g
hw
[解]从1→2建立伯努利方程
H 0 0 0 0 v2
2g

l d
v2 2g
进
v2 2g
阀门
v2 2g
例题2
得流速
v
2gH

l d

进
阀门
据连续性方程得流量
Q
Av d 2
4
2gH

l d


进
阀门
例题3
[例3] ：应用细管式粘度计测油的粘度，细管d=6mm，l=2m，
1、计算特点
l 1000 d
1. hw hf
v 2
0 2. 2 g
2、计算类型（与短管相同）
简单管路
1 .定义： d、Q沿程不变的管路，称为简单管路。
2 .水力关系
1
伯努利方程
H
00
0 0 2v2
2g
hw
1
2 1
0

H

2v2
2g

hw

v2 2g
hw
程水头损失的5%，管路计算时可直接取他们 为沿程水头损失的某一百分数或忽略不计的管
路。
短管：局部水头损失和速度水头的总和大于沿 程水头损失的5%，管路计算时不可忽略的管 路。

管路

简单管路 复杂管路
长管 短管 串联管路 并联管路 管网
一、简单管路水力计算
★短管水力计算 短管的定义： 4 l 1000


K1K
2
0.0143 d 0.284

对旧钢管和旧铸铁管 0.021
d 0.3
式中：K1——实验室和实际工作条件的差异系数

K2——管道接头系数
例题4-3
二、局部水头损失的计算
公计算式
hj

v2 2g
式中：ε ——局部阻力系数，查表4-1
v——流体通过局部管件后的平均流速

圆管的计算公式： hf
l V2
d 2g
式中：λ ——沿程阻力系数
非圆管的计算公式：
hf

l V2 D 2g
式中：D——当量直径D=4R
沿程阻力系数的确定方法：
1、层流

对水 64
Re

对油
75
Re
2、紊流

对新钢管

对新铸铁管


K1K
2
0.0121 d 0.226
v上 < v下
二、判别标准
1.试验发现
Rec
Vcd


2300(较稳定)
Rec

Vcd

12000
~
40000(不稳定)
结论：用雷诺数判断流态
2.判别标准
•圆管：取
Rec
Vcd

2320
Re

Vd


2320 2320
•非圆管：
•层流 •紊流
定义水力半径 R A为特征长度.相对于圆管有
从能量观看，本章研究的是能量损失（水头损失）。
二、研究内容
内流（如管流、明渠流等）：研究 hw 的计算（本章重
点）；
外流（如绕流等）：研究CD的计算。（本章不讨论）
三、水头损失的两种形式
hf ：沿程水头损失(由摩擦引起)； hm ：局部水头损失（由局部干扰引起）。
总水头损失： hw hf hj
R d 2 d 4d 4
故取 D 4R Re VcD

例题1 例题2
第二节 流体在管路中的水头损失
水头损失的两种形式
hf ：沿程水头损失(由摩擦引起)； hj ：局部水头损失（由局部干扰引起）。 hw ：总水头损失
hw hf hj
一、沿程水头损失的计算
d
1、计算特点
hw hf hm
2、计算类型
1 .已知H、d，求Q（校核）
2 .已知Q、d，求H（设计） 3 .已知Q、H，求d（设计）
3、实例分析
1）水泵吸水管的水力计算
计算内容：已知 Q、d、l吸、、进、弯、hv ，求水泵安装高度 H s 。
★长管的水力计算 长管的定义：
7.287 10 6 m2
/s
校核流态
Re vd 2247 2000

计算成立
例题4
[例4]：给水管长30m，直径d=75mm，材料为新铸铁管，
流量Q=7.25L/s，水温t=10℃，求该管段的沿程水头
损失。
解：
d 2
A
44.110 4 m2
4
v Q 1.64m / s A
第4章 水头损失与管道水力计算
★本章学习目标
掌握黏性流体的流动型态（层流、紊流）及其判别
掌握沿程水头损失计算和局部水头损失计算
掌握简单管路、串联管路和并联管路的水力计算
一、章目解析
从力学观点看，本章研究的是流动阻力。 产生流动阻力的原因： 内因——粘性+惯性 外因——外界干扰