流体力学-第十章管路水力计算
《管道的水力计算》PPT课件
（1）按ΣQi=0分配流量 从A点和最远点F点分配，可假设
（2）计算各管段损失并填表 注意正负号 hi SiQi2
（3）计算校正流量ΔQ
注意公共段CD
环网计算表
环 管 假定流
路 段 量Qi
Si
管段校 校正后 校正后
hi
hi /Qi
ΔQ
正流量 的流量Qi 的hi
AB +0.15 59.76 +1.3346 8.897
vB2 2g
zA
zB
pA pB
g
v
2 A
2g
1 vB2Biblioteka 2gH0——作用水头
H0
1
vB2 2g
流速
vB
1
1
2gH0 2gH0
对锐缘进口的管嘴，ζ=0.5， 1 0.82
1 0.5
流量 Q vB A A 2gH0 A 2gH0
Qi 0 b.由流量确定各管段管径
d 4Qi ve
ve——经济流速（规范要求）
c.由控制线确定作用压力
p pi pc Spi Qi2 pc 或 H hi hc Shi Qi2 hc
d.阻力平衡，调整支管管径
（2）管网布置和作用压力已定，求di——校核计 算，扩建管网
短管的作用水头
H0
1
l d
v2 2g
1→突扩ζ=1，H0→H
H l v2
d 2g
v2
4Q
d
2
2
代入，得
流体力学孔口管嘴出流与管路水力计算
流体力学孔口管嘴出流与管路水力计算流体力学是研究流体运动和力学性质的物理学科。
在水力学中，孔口管嘴出流和管路水力计算是流体力学的一个重要应用。
1.孔口管嘴出流孔口管嘴出流是指在一定压力差下，流体从孔口或管嘴中流出的现象。
它是一种自由射流，不受管道限制，流速和流量可以自由变化。
对于理想流体来说，根据贝努利定律和连续性方程，可以得出孔口管嘴出流速度的计算公式：v = √(2gh)其中，v为出流速度，g为重力加速度，h为液面距离孔口或管嘴的高度差。
可以看出，出流速度与液面高度差成正比，与重力加速度的平方根成正比。
对于真实流体来说，考虑到粘性和摩擦等因素，出流速度会稍有减小。
此时，可以使用液体流量系数进行修正。
液体流量系数是指实际流量与理论流量之比，一般使用实验数据来确定。
根据实验结果，可以通过乘以液体流量系数来修正出流速度的计算。
管路水力计算是指在给定管道材料、管径和流体性质的条件下，计算流体在管路中的流动状态、压力损失以及流量等参数。
管路水力计算是实际工程中常见的问题，它可以帮助我们了解管道的输送性能和节能问题。
管道中的流体运动受到多个因素的影响，包括管道长度、管道粗糙度、流速、流量等。
在水力学计算中，一般常用的公式有达西公式和罗斯诺-魏谢巴赫公式。
达西公式可以用来计算管道中流体的摩阻损失，它的计算公式为：ΔP=λ(L/D)(v^2/2g)其中，ΔP为管道中的压力损失，L为管道长度，D为管道直径，v为流速，g为重力加速度，λ为摩阻系数，也称为达西摩阻系数。
罗斯诺-魏谢巴赫公式则可以用来计算管路中流体的水力损失，它的计算公式为：ΔP=ρ(h_f+h_m)其中，ΔP为管路中的总压力损失，ρ为流体密度，h_f为摩阻压力损失，也称为莫阿P（Moody）摩阻，h_m为各种表面或局部的附加压力损失。
除了达西公式和罗斯诺-魏谢巴赫公式，还有一些经验公式和图表可以用来计算管路的压力损失和流量。
这些公式和图表都是根据实验数据和经验总结得出的，可以帮助工程师在实际应用中进行快速计算。
管内流动和水力计算
2.紊流
流体质点运动彼此混杂、互相干扰，完全无 规则的流动状态。
3.上临界速度和下临界速度：
随着水流速度的增大，水流将由层流状态过渡到紊流状态。由
层流过渡到紊流的临界状态下的流体速度称为上临界速度，用
Vcr′表示。
当玻璃管内的水流已经是紊流运动，此时逐渐关小阀门K，使 水流速度逐渐减小，当水流速度减小到一定程度时，紊乱的红 色液体又将重新成为一条明晰的红色直线流，即紊流又转变为 层流。但是，由紊流转变为层流的临界速度比上临界速Vcr′更 低，称为下临界速度，用Vcr表示。
当Re＞Recr，惯性力起主导作用，粘性力控制减弱， 不足以控制和约束外界扰动，惯性力将微小扰动不断 扩大，形成紊流。
第三节 管道进口段中粘性流体的流动
一、圆管内层流流动的起始段
d
L
层流边界层
充分发展的流动
紊流边界层
d
L
粘性底层
由于流体的粘性作用，自圆管入口起，在管壁附近形成一层 有速度梯度存在的流体薄层，该流体薄层内壁面上流体的速 度为零，薄层外边界上的流速为u (x)。这一有速度梯度存在 的流体层称为附面层或边界层。
说明
(1)当流体的流速超过上临界速度(V>Vcr′)， 管内 水流一定是紊流状态；
(2)当流体的流速低于下临界速度时(V<Vcr) ，管 内水流一定是层流状态；
(3)当流体的流速介于上临界速度和下临界速度之间时 (Vcr<V<Vcr′)，管内水流可能是层流，也可能是紊 流。如果流速是由小增大时，流动是层流，如果流速 是由大变小时，则流动是紊流。
实验表明，这两种情况下的流动状态都不稳定，并且取决于实验的起始
5.4--管路的水力计算
解（1）首先取两过流断面1—1和2—2，以右侧水面 为零基准面，在两断面之间建立伯努利方程，计算点 取在各断面的液面上，其压强均为大气压强，相对压 强为零
H1
hw
l d
v2 2g
( 进
b
出)
v2 2g
v 2.05m / s
q 16.1103 m3 / s 16.1L / s
（2）管道最高点A处的真空度为最大，在1—1段面和管 道A断面之间建立伯努利方程,并仍以左侧水面为零基准 面，有
H hw12
hf
l
hj
d
v2 2g
管中流速v
1
2gH
l
d
流量系数c
1
l
d
，流量Q
c A
2gH
自由出流
c
1
1
l d
进口+2 折角
Q A 2gH cΒιβλιοθήκη 淹没出流c 1
l d
进口+2 折角+出口
Q A 2gH c
淹没出流的流量系数与自由出流的流量系数 虽计算公式不同，但同一个管路系统的计算结果 相等。
c
4
0.4254 m2 / s
例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：
v
Q
d2
2.75 103
0.042
2.188m / s
4
4
H
1
l d
v2 2g
(1 0.03 20 15) 2.1882 5.126m
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
流体力学管路水力的计算
流体力学管路水力的计算一.问题提出为了实现在已知参数（总流量、粘度、管长、管径、粗糙度、总作用水头等）的情况下，能直接算出已知管路系统的基本流动参数（流速、分流量、损失因数、雷诺数、沿裎损失因数等）的目的，为此特别编写了简单管路系统流动参数计算的程序。
该程序能实现串联和并联管路系统流动参数的计算。
需要指明的是，由于本人编程能力有限，且为了能计算书上例题的管路系统，故第二类问题的串联管路系统有且仅有两个串联管子，其余均为三个管子串联或并联。
二.数学模型及算法1.算法首先，将已知参数的实际管路系统抽象简化为理想物理模型，并根据管路系统类型进行分类；然后，对其进行理论分析，计算出流动参数的计算方程；最后，通过编程实现对所求流动参数的计算。
2.数学模型（1）串联管路系统的第一类问题已知流过串联管路的流量，介质参数（），管路参数（），求所需要的总水头。
如下图：设为入口损失因数，对A、B两截面列伯努力方程有根据连续性方程的又由，由公式可以计算出，从而求出h。
（2）串联管路系统的第二类问题已知总水头h，介质参数（），管路参数（），求通过的流量如下图：设为入口损失因数，对A、B两截面列伯努力方程有根据连续性方程的由此可得又，，由公式可以计算出。
将算出的与所取得对比，若二者之差均满足所取得精度，则计算结束，否则令作为新的重新计算为止。
最终可得流量（3）并联管路系统的第一类问题已知两点间的压力降（即能量损失）h，介质参数（），管路参数（），求总流量如下图：先取const，（i=1，2，3，下同）;由达西公式可求得所以由公式可以计算出，将算出的与所取得对比，若二者之差均满足所取得精度，则计算结束，否则令作为新的重新计算为止。
则（4）并联管路系统的第二类问题已知总流量，介质参数（），管路参数（），求各分支管路的流量及能量损失h如下图：根据经验，先取h=const;由此h值根据并联管路第一类问题计算出各分支管路的流量（i=1，2，3，下同）;则蒋总流量按如下分配用计算出的流量，结合公式、，可以计算出，从而求出；若中任两个之差满足给定精度，则h为所求值，否则令h=，从头重新计算，直到满足精度为止。
水力计算公式选用
水力计算公式选用水力计算是指利用水的流动性质进行流量、压力和速度等相关参数的计算。
在水力学中，常用的水力计算公式主要有流量计算公式、速度计算公式和压力计算公式。
下面将介绍几种常用的水力计算公式。
一、流量计算公式：1.泊松公式：流量计算公式是通过测定流速和截面积的方式来计算流量。
泊松公式是最常用的流量计算公式之一，其公式为：Q=A×v其中，Q为流量，A为流体通过的截面积，v为流速。
2.管道流量公式：当涉及到管道流量计算时，可以使用伯努利公式来计算流量，伯努利公式为：Q=π×r²×v其中，Q为流量，r为管道的半径，v为流速。
3.梯形槽流量公式：当涉及到梯形槽流量计算时，可以使用曼宁公式来计算流量，曼宁公式为：Q=(1.49/A)×R^(2/3)×S^(1/2)其中，Q为流量，A为梯形槽的横截面积，R为梯形槽湿周和横截面积之比，S为梯形槽的比降，1.49为曼宁系数。
二、速度计算公式：1.波速计算公式：在涉及到波浪速度计算时，可以使用波速公式进行计算，波速公式的一般形式为：c=λ×f其中，c为波速，λ为波长，f为频率。
2.重力加速度和液体高度差计算公式：当涉及到重力加速度和液体高度差计算时，可以使用水头计算公式，水头计算公式的一般形式为：H=v²/2g+z其中，H为水头，v为速度，g为重力加速度，z为液体的高度。
三、压力计算公式：1.应力计算公式：当涉及到液体对物体的压力计算时，可以使用应力计算公式，应力计算公式的一般形式为：P=F/A其中，P为压力，F为受力大小，A为受力的面积。
2.流体静压力计算公式：当涉及到流体的静压力计算时，可以使用静压力计算公式，静压力计算公式的一般形式为：P=ρ×g×h其中，P为压力，ρ为流体密度，g为重力加速度，h为液体的高度。
以上是一些常用的水力计算公式，可以根据不同的情况和具体要求选择合适的公式进行计算。
管路的水力计算
为保证虹吸管能通过设计流量，工程上一般限制管中最 大允许的真空度为[hv]＝7～8.5m。
.
[例1] 如图所示虹吸管，通过虹吸作用将左侧水流引向下游。 已知虹吸管管径d=100mm，H1=2.5m，H2=3.7m，l1=5m，l2=5m。 管道沿程损失因素λ=0.025，进口设有滤网，其局部损失因 素ζe=8，弯头阻力因素ζb=0.15。试求： (1) 通过虹吸管流量； (2) 计算虹吸管最高处A点的真空度。
.
解（1）首先取两过流断面1—1和2—2，以右侧水面 为零基准面，在两断面之间建立伯努利方程，计算点 取在各断面的液面上，其压强均为大气压强，相对压 强为零
H1
hw
l d
v2 2g
( 进
b
出)
v2 2g
v 2.05m / s
q 16.1103 m3 / s 16.1L / s
.
（2）管道最高点A处的真空度为最大，在1—1段面和管 道A断面之间建立伯努利方程,并仍以左侧水面为零基准 面，有
H1
pa
g
(H1
H2)
pA
g
v2 2g
( 进
b
l1 ) d
v2 2g
pa pA
g
H2
(1 进
b
l1 ) d
v2 2g
pv pa pA 5.93m
.
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
《管道的水力计算》课件
日常工作中需要注意管道流量、阻力和维护等问题，确保系统正常运行。
3 管道水力计算的应用前景
在工程建设、水资源管理和环境保护等领域具有广阔的应用前景。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
3
管道保养的注意事项
4
保养时需要注意使用正确的材料和方法， 遵守相关规定和标准。
维护工作的必要性
管道的维护可以保证管道系统的正常运 行和延长使用寿命。
管道的保养措施
保养包括防锈、防腐、除垢、消毒等措 施，可以延缓管道老化和减少故障。
总结
1 管道水力计算知识的重要性
掌握管道水力计算知识可以提高工作效率和减少系统故障。
《管道的水力计算》PPT 课件
# 管道的水力计算
管道流量的计算
1
流量的定义
流量是单位时间内通过管道的液体或气
流速与断面积的关系
2
体的体积。
流速是单位时间内通过断面的液体或气
体的体积，与断面积成反比。
3
流量计算公式
流量（Q）= 流速（V）× 断面积（A）
实际管道流量实例
4
通过实例计算管道流量，考虑测量误差 和流体性质变化。
泥沙径流的特点
泥沙径流是带有泥沙的水流，通过计算降雨量和土 壤侵蚀来估算泥沙径流。
泥沙径流计算公式
泥沙径流（Qs）= 雨量（P）× 土壤侵蚀量（E）
径流计算实例
通过实例计算管道的径流，考虑降雨强度和土壤类 型。
管道的维护与保养
1
管道维护的注意事项
2
维护时需要注意安全、定期检查和清洁、
修复漏水等问题。
管道阻力的计算
阻力的定义
阻力是管道内液体或气体流动时受到的阻碍力。
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;。
流体力学水管计算
①基准面 → 出口中心线；
②断面1－1 → z1＝H，p1＝pa，v1＝0； ③断面2－2 → z2＝0，p2＝pa，v2＝v2； ④水头损失 → hw＝∑hf＋∑hj ；（长管忽略局部 水头损失，即∑hj＝0）
1根)求据解分公析式得推导（z伯1 努p利g1 方 2v程1g2 的 应H 用 z）2 （p图g2 5－2v42g2 ） hw
复杂管道：除简单管道以外的管道系统，称为复杂管道， 又可分成：
1）串联管道：不同管径或不同粗糙度的数段管子串联联 接所组成的管道系统，如图6-25(b)。
2）并联管道：是指数段管道并列联接所组成的管道系统， 如图6-25(c)所示。
图6-25 管道系统分类
二、管道水力计算主要任务
管道水力计算的主要任务是：
解：根据直接水击压力的求解公式得：
p cv 1000kg / m3 1000m / s 4m / s
4106 kg /(mgs2 ) 4106 Pa
n
hf i
i1
n i1
Qi2li Ki2
图6-28 串联管道
图6-26 串联管道
并联管路
并联管路：两根以上的管子在同一处分离， 在另一处汇合，这样组成的管路。
在并联管路中，各管段中的
n
水头损失是相同的。
Q Qi
计算方程：
hf
Q12l1 K12
Q22l2 K22
Q32l3 K32
i 1
Q Q1 Q2 Q3
于电路中的电流；压降相当于电压，管道阻力相当于电阻。
本节只介绍串联管道和并联管道的水力计算。
长管的水力计算
★长管计算的类型：简单管路、串联管 路、并联管路
一、简单管路 定义：没有直管分出的等直径（☆流量
第10讲水力计算
第10讲水力计算水力计算是液体在流动过程中受到的力学作用的计算。
在水力学中，液体流动的基本特性通过流体动力学方程进行描述，其中包括连续性方程和动量方程。
水力计算可以应用于各种领域，如水利工程、环境工程、能源工程等，对于优化设计和安全运行具有重要意义。
首先，水力计算中的基本概念是管道流量。
流量是单位时间内通过管道截面的流体质量或体积。
流量的计算可以通过多种方法进行，其中最常见的是使用连续性方程。
连续性方程可以描述液体在管道中的流动性质，它基于流体质量守恒定律。
连续性方程可以表示为：A1V1=A2V2在这个方程中，A1和A2是管道截面的面积，V1和V2是管道中的流速。
根据这个方程，可以计算出在不同截面处的流速和流量。
另一个关键的概念是雷诺数。
雷诺数可以用来判断流动的稳定性和流态的类型。
它由液体的密度、流速和管道直径决定。
雷诺数的计算公式如下：Re=ρVD/μ在这个公式中，ρ是液体的密度，V是流速，D是管道直径，μ是液体的动力粘度。
根据雷诺数的大小可以判断流动的类型，当雷诺数小于2100时，流动为层流；当雷诺数大于4000时，流动为紊流。
在水力计算中，还有一些重要的参数需要考虑，如流体的黏度、摩擦力、压力损失等。
这些参数可以用来计算管道中的压力分布和阻力损失。
通过计算这些参数，可以评估管道系统的性能和效率，并进行系统优化设计。
此外，水力计算还涉及到水力特性曲线。
水力特性曲线描述了流体在管道中的流动性质和压力变化。
通过绘制水力特性曲线，可以评估管道系统的性能和选择合适的泵或水轮机等设备。
总之，水力计算是液体在流动过程中受到的力学作用的计算。
它涉及到连续性方程、雷诺数、黏度、摩擦力、压力损失等参数的计算。
水利工程、环境工程、能源工程等领域都离不开水力计算的应用，通过水力计算可以优化设计和确保系统的安全运行。
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
管路的水力计算课件
求解方程
利用数值计算方法，求解描述管路水 流的方程组，得到各点的水流参数。
结果分析
对计算结果进行分析，评估管路系统 的性能和可靠性，提出优化建议。
计算中的注意事项
准确性
确保数学模型的准确性和计算方法的可 靠性，以提高计算结果的精度。
适用性
考虑管路系统的实际情况，如流体特性 、管材、管径等，选择合适的数学模型 和计算方法。
管道水头损失与流体流速、管道长度 、管道直径和重力加速度等因素有关 。
04
管路水力计算实例
简单管路水力计算
01
02
03
计算公式
使用伯努利方程和连续性 方程进行简单管路的水力 计算。
适用场景
适用于单管、无分支、无 变化的管路系统。
计算步骤
确定管路起点和终点的水 头、管路长度、管径、流 速等相关参数，代入公式 进行计算。
效率
在保证计算精度的前提下，尽量采用高 效的数值计算方法和计算机技术，缩短 计算时间。
安全性
注意管路系统的安全性和稳定性，避免 因不合理的水力计算导致管路系统出现 故障或事故。
02
管路水力计算基本原理
伯努利方程
伯努利方程是流体力学中的基本 方程，它表达了流体在重力场中 运动时，流体的动能、势能和压
管路的水力计算课件
目录
• 管路水力计算概述 • 管路水力计算基本原理 • 管路水力计算方法 • 管路水力计算实例 • 管路水力计算的优化建议 • 管路水力计算的未来发展
01
管路水力计算概述
定义与目的
01
02
定义
目的
管路水力计算是指通过数学模型和计算方法，对管路中的水流特性进 行模拟和分析的过程。
管内流动和管道水力计算
h −
hw ，理想流体流动过程不考虑能量损失；
B. 流速不均匀而作的动能修正系数 α 1 与 α 2 ，实际流体流动截面的平均动能并不等于平 均流速所求的动能。 动能修正系数可表示为：
1 c α = ∫ dA A A c
二、黏性流体流动的水力损失 1. 水力损失的计算 水力损失一般包括两项，即沿程损失 间的总水力损失
∑F
= 0 ⇒ p1πr 2 − p 2πr 2 − τ (2πrl ) = 0
再由牛顿内摩擦定律可得：
τ = −µ
则
du dr
u = −[( p1 − p 2 ) / 4 µl ]r 2 + C
(2) 结论 定常层流时的速度分布为一抛物线。根据管壁处流体被滞止，即
u=0
则积分常数 C 为
C = [( p1 − p 2 ) / 4 µl ]R 2
u
(3) 过渡区的处理：该区切应力 τ 中摩擦切应力 τ 1 和脉动切应力 τ 2 同时起作用，给分析 带来困难。一般地，过渡区的流速由层流底层的直线分布逐步过渡到流核区的对数或指数分 布，其间并无斜率的突变。实践中如下处理： 将层流底层的直线和流核区的对数或指数曲线都向过渡区延长而相交于一点，将该点视 为理论上的层流底层与流核区的分界点。该点以下部分归入层流底层，以上部分归入流核区。 三、圆管中紊流的力学特征—切应力分布 (1) 层流底层区：切应力 τ 中主要是摩擦切应力 τ 1 ； (2) 流核区：切应力 τ 中主要是脉动切应力 τ 2 。 (3) 层流到紊流的过渡区：该区切应力 τ 中摩擦切应力 τ 1 和脉动切应力 τ 2 同时起作用。
则 假定
dy y
( τ 2 / ρ / k ) 为常数，则 u = ( τ 2 / ρ / k )(ln y + C )
管路水力计算课件
经验公式法是根据大量的实验 数据总结出的经验公式，用于 快速计算管路阻力系数，但精 度相对较低。
管路水头损失计算
管路水头损失是指流体在管路中 流动时所损失的机械能，其计算 方法包括实测法和理论计算法。
实测法是通过实验测量管路中的 水头损失和流速，然后根据相关
公式计算水头损失。
理论计算法是根据流体力学的基 本理论，通过求解伯诺里方程等 方程组来计算水头损失，精度较
03
02
理想流体：无粘性，无旋涡，服从牛顿定律 。
04
稳定流与非稳定流
稳定流：流场中所有物理量都不随时间变 化。
05
06
非稳定流：流场中至少有一个物理量随时 间变化。
03 管路水力计算方法
CHAPTER
伯诺里方程
伯诺里方程是流体动力学的基本方程 ，用于描述流体在管路中的运动状态 和能量变化。
伯诺里方程的求解方法有多种，包括 数值解法和解析解法，其中数值解法 应用较为广泛。
一个家庭用水管，管径为100mm，长度为 10m，需要计算出在一定压力下管路所需 的流量。
复杂管路计算
总结词
适用于管路复杂、分支多、参数变化大等 情况。
公式
H=ΔP/L+∑hf，其中H为水头损失，ΔP为 管路压力损失，L为管路长度，∑hf为局部
水头损失。
详细描述
复杂管路计算需要考虑管路的分支、弯头 、阀门等因素对水力性能的影响，通过建 立数学模型进行计算。
实例
一个工业用水系统，包含多个分支管路和 阀门，需要计算出整个系统的流量和压力 分布。
多管路系统计算
总结词
适用于多个管路相互连接、相 互影响的情况。
详细描述
多管路系统计算需要考虑各管 路之间的相互影响和平衡关系 ，通过建立网络模型进行计算 。
工程流体力学压力管道水力计算
水力计算的基本原理
伯努利方程
流体在管道中流动时，遵循伯努利方程，即流体在某一封 闭管道中的压强、位能和动能之和保持不变。
流量与流速
流量是单位时间内流过管道某一截面的流体量，流速是流 体在管道中的速度。通过水力计算可以确定管道的流速和 流量。
流体阻力损失
流体在管道中流动时，会受到阻力损失，包括沿程阻力损 失和局部阻力损失。水力计算需要确定这些阻力损失，以 确定泵或风机的功率要求。
AutoCAD
常用的二维绘图软件，可用于绘制管道布置图和进行简单的水力 计算。
Flowmaster
专业的流体仿真软件，可以进行复杂的管道水力计算和流体动力 学分析。
Aspen HYSYS
化工流程模拟软件，可用于模拟管道系统中的流体流动和热力学 行为。
04
工程实例分析
某城市给水管网水力计算
计算模型
系统优化
根据系统的流量和扬程需求，合理选型和 配置水泵，确保供水效率和水泵的安全运 行。
根据计算结果，对给水系统进行优化改造 ，降低能耗和运行成本，提高供水效率。
05
压力管道水力计算的优化 与改进
优化设计理念在水力计算中的应用
01
02
03
节能减排
通过优化设计，降低管道 系统的能耗和排放，减少 对环境的影响。
流量分配
水头损失计算
根据给水管网的布局和设计 参数，建立水力计算模型， 包括管道长度、管径、流速、 水头损失等。
根据用户需求和管网布局， 合理分配各管段的流量，确 保供水压力和流量的稳定性。
根据管网的实际情况，计算 各管段的沿程损失和局部损 失，为管网的水力平衡提供 依据。
水力平衡调整
根据计算结果，对管网的水 力平衡进行调整，确保供水 压力的稳定性和各用户的用 水需求。
第十章管路水力计算
(10.25)
粘性应力做功率等于粘性应力分量、相应的速度分量和相应
的面积三项的乘积，见图10.3，与x轴垂直的左侧面上粘性应
力做功率为
Wv.LF wxdydz其中 w x (V xxx V yxy V zxz)(10.26)
图10.3分析粘性应力做功率
与上述分析质量流量、动量流量和热流量完全相同可以得出， 在与x轴垂直的两个面上粘性应力的做功率为
同理可以得出y，z方向的合力
d d F vy p y x(xy) y(yy) z(zy)
d d F vz p z x(xz) y(yz) z(zz)
将上式写成矢量形式为
（10.8 a ）
（10.8 b ） （10.8 c ）
dF dvsurf
pddF vviscous
（10.9）
上式右边第二项为粘性力项，由九个分量组成
(10.27)
将式(10.27)、(10.25) 代入到(10.23) 便得到微分形式的能量方程
de dt
V p (k T ) (V ij ) q
(10.28)
其中 e uˆ 1V2 gz 2
上式中粘性力做功项还可以分解为
( V ij ) V (ij)
(10.29)
其中 为粘性耗散函数，对于牛顿不可压流体，该耗散函数为
性应力散度两部分。将(10.11 ) ，(10.9) ，代入（10.5） 最后得 出对于无限小微元体的微分形式动量方程
Rpij
dV
dt
式中 R 为单位体积所受的质量力
（10.13）
用文字表示该方程的物理意义为
单位体积所受的质量力＋单位体积所受的压力
＋单位体积所受的粘性力＝密度×加速度 将方程（10.13）写成分量式为
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如图，不能在总管路与支管 之间列方程 ，应对某一分支 列（按并联）。如2、3、4线
h h f1 h f2 h f7 h f3
hf 6 hf 7 hf 8 , hf 8 hf 2 hf 4 hf 4 hf 3
qv2 qv3 qv4 qv7 qv2 qv5
V1 0,
p1 p2 pa
hw
由于等径，连续，V不变，
2 V2 h
2g
lV V hw i i 2dg 2g 2 li V2 ( i i ) d 2g 2 li V h (1 i i ) d 2g li 令 s i i d
h
l
称单位长度作用水头，称水力坡度。
K相当于水力坡度为1时的流量。
K f d ,
由于流动为阻力平方区。
f 故
在一般工程手册上可以查到 K f d
K f , d
通常 一定。
第三节
串联管路的计算
因各段管路均按长管计算，只有沿程损失，故
q h fi l K
2
2 i 2
2 2
16qv 1 V h (1 s ) (1 s ) 2 4 2g d 2g qv 2 或 h 0.0827(1 s ) 4 d
2
s 包括管路入口、转弯、阀门阻力和沿程。
若流入大容器，作用水头h为二液面高度差， 阻力应加上出口阻力。 若不等径，只需将各处阻力系数（包括沿 程）换算至同一速度。
内部流量为qv2 ， qv3 ， qv4
并联特点：（1）阻力相等
h f 2 h f3 h f 4
q l K
2 vi i 2 i
i=2、3、4
（2）流量 ：在支线上分流
qv1 qv2 qv3 qv4 qv5
第五节 枝状管路的水力计算
h fi q l K
2 vi i 2 i
第十章
• 短管水力计算
管路水力计算
• 简单长管的水力计算
• 串联管路的计算
• 并联长管的水力计算
• 枝状管路的水力计算
• 环状管路的水力计算
• 均匀泄流的水力计算
• 有压管路的水击
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。
l 1 0.0827l 以qv为例 : h 2 d 2 2g d d 4
或
l 1 h l d d 2g g d K 8
2 16qv 2 4 2 qv 2 5 2 lqv 2
2 qv
2 qv 5
K
gd 8
5
为流量模数
m s
3
h qv K l
h li
(1)
2 Ki
当有泄漏时，
qi 0
qi 1 qi qvi
可列（i-1）个方程，与（1）式联立可解。
第四节 并联长管的水力计算
qv 2 ,l2 , d 2
qv1 ,l1 , d1
A
qv3 ,l3 , d3 qv 4 ,l4 , d 4
qv 5 ,l5 , d 5
B
分流前流量为qv1，合流后为qv5
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。 按能量损失型式将管路分为长管和短管： （2）长管 ：凡局部损失和出流速度水头 之和与管路的沿程阻力的和比较小，一般 小于5％，这样的管路称长管或水力长管。 长管只计算沿程损失而忽略局阻损失和出 流速度头。是工程上的简化。
第二节
简单长管的水力计算
以等径水平长管为例：
L d
h
p1 V 1 p2 V 2 hw 列能量方程: h g 2 g g 2 g
2 V2 h
2
2
2
l 2g d 2g
2 V2
V2 长管出流 : 0 2g 2 lV ∴ h hw d 2g
即全部能头h被阻力消耗。
（3）短管：各项损失和出流速度头均需 计及的管路，也称水力短管。 管路也可按结构分为简单管路和复杂管路： （4）简单管路：等径，无分支。 （5）复杂管路：简单管路以外的管路，即 不等径，或有分支或二者兼之。 （ａ）串联管路：首尾相连管径不同，无分支 的管路。 （ｂ）并联管路：有分支，但有共同的汇合和 起始点。
供液水头Ｈ（自身流动） （2）已知Ｌ、d，Ｈ或允许Δp，求qv （3）已知qv 、Ｈ、Ｌ，确定d 前两种为校核计算，后一种为设计计算
第一节 短管水力计算
以等径管路为例，说明计算方法。
1 1
(h)
hቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
2
0
2
V2
0
假设液体自管端流入大气，即自由出流。 以0—0为基准，对自由液面1—1和出流断 面2—2列能量方程 p1 V12 p2 V22 h hw g 2g g 2g
（ｃ）枝状管路：枝状管路起始点不同， 而汇合点相同。 （ｄ）网状管路：起始和汇合均不同的 不规则管路。
2、设计管路的目的
尽量减少动消耗，即能耗，节约能源，节约 原材料，降低成本。 为达到上述目的，需计算确定qv，尺寸（Ｌ、 d），损失Δp。
3、设计方法
（1）已知qv和Ｌ、d，求Δp（外力流动）或
qv1 qv7 qv6
第六节 环状管路的水力计算
通常网络布局已知。即各管的长度 li 已知， qvi 已知，求各管段的流量和设计各管的 直径d 。如图。
各节点，根据连续性， 流入qvi=流出qvo
若以流入为正，流出 为负则节点方程：
qvi 0
按阻力：两节点间阻力相等。若已顺时针为 正，逆时针为负，则节点间。 计算时一般采用逼近方法，即予先取，分配 流量及流向，选择管径，求各段阻力，验证， 否则重分配流量。一般是管路长，流量大。 阻力小，流量小。
2 v 2 i i
h
l1 , d1
l2 , d 2
l3 , d3
qv1
qv 2
在无泄漏时：
qi qv
h h fi
（忽略出流速度头）
2 l1 qv 2 K 1
2 h qv
2 li 2 Ki
li 2 2 K2 Ki l2
qv