水力学有压管流测压管水头线的绘制
伯努利方程验证—压力水头线及总水头线绘制
伯努利方程验证—压力水头线及总水头线绘制一、实验目的在设有不同管径的管路系统中，测量其压力水头，流速水头并绘制压力水头线及总水头线，从而定性的验证伯努利方程式。
二、实验装置（设备简图）三、实验原理过水断面的能量由位能、压能、动能三部分组成。
水流在不同管径、不同高程的管路中流动时，三种能量不断地相互转化。
沿管内水流方向取10个过流断面。
测压管中水位显示的是位能和压能之和，既伯努利方程中之前两项：gpZ ρ+，测速管中水位显示的是位能、压能、动能之和。
既伯努利方程方程中三项之和gg p Z 22υρ++。
列出这些断面的伯努利方程式： =+++=++-21222222111122w h gg P Z g g P Z υαρυαρ =212-+++w ii i i h gg P Z υαρ （1） 式（1）中，212-+++w ii i i h gg P Z υαρ 为相应断面对某一基准面的总比机械能：21-w h 为1至i 断面间单位重量流体的水头损失。
如果测出管路中的流量V q ，便可计算出各个过流断面中的i υ，从而可以算出gi i 22υα来；各个过流断面的gp Z iρ+值可以直接从测压管中读出数值来。
这样就可以绘出该管路系统的压力水头线及总水头线。
四、实验步骤（1）开动水泵，将供水箱内的水抽至高位水箱；（2）高位水箱开始溢流后，调节实验管道进水阀2、出水阀1，使测压管、测速管中水位在测量范围之内。
（3）待测压管、测速管中的水位稳定后读出相应数值并记录，同时测量相应的流量值。
（4）调节进水阀及出口阀门，改变流量，依上共测10次。
（5）实验过程中，始终应保持微小溢流。
（6）如测试过程中规律不符，有两种可能：一是连接橡皮管中有气泡，可不断用手挤捏橡皮管，使气泡排出；二是测速管测头上挂有杂物，可转动测头使水流将杂物冲掉。
五、数据记录设备参数：d1=d2=17mm d3=d4=d6=d7=29mm d5=15mm d8=d9=17mmL1-2=30mm L2-3=21mm L3-4=20mm L4-5=11mmL5-6=20mm L6-7=20mm L7-8=21mm L8-9=23mm计算步骤：六、绘制压力水头线及总水头线从实验结果计算表的十组数据中选出一组来，按一定比例尺以管路长度L为横坐标，以压力水头线急总水头线为纵坐标。
总水头线与测压管水头线绘制微课(精)
水力分析与计算
管道不同进口边界条件，总水头线与测压管水头线绘制
水池中水面线为测压管水头线
水力分析与计算
管道不同出口边界条件，总水头线与测压管水头线绘制
自由出流：在管道出口处，测压管水头线末端落在管轴线处。
淹没出流：下游水池流速等于零，在管道出口处，测压管水头线 末端落在下游水面处。
淹没出流：下游水池流速不等于零，在管道出口处，测压管水头线 末端比下游水面稍低；
水力分析与计算
图 5-8
水力分析与计算
4
定性绘制总水头线与测压管水头线
1
2
3
hi
4
0 0
2
3
Pi r
i2
2g i
总水头线 H h
1
w15
2
2g
5
4
Zi
测压管水头线 6
1
5
6
水力分析与计算
5
定性绘制总水头线与测压管水头线
1
总水头线
测压管水头线
2
3
总结： 1.注意管道上下游进出口情况，不要画错； 2.测压管水头线要从下游向上游绘制，把握好末端情况； 3.管径大的管段，两线平缓，间距小，管径小时相反； 4.有局部损失地方，总水头线竖直下降。
水力分析与计算
总水头线与测压管水头线绘制
主 讲 人： 王勤香
黄河水利职业技术学院
2014.10
水力分析与计算
总水头线与测压管水头线绘制
总水头线与测压管水头线绘制两线绘制目的： 分析有压管道压强沿程变化，判断管道布设及体型设计合理性。 总水头线与测压管水头线绘制两线绘制原则及方法： （1）先绘总水头线再绘测压管水头线，绘制总水头线一般从上游进口断 面开始，向下游绘制，测压管水头线一般从出口断面开始，向上游绘制，测压 管水头线低于总水头线一个流速水头值； （2）对于管径不变的管道，二者为倾斜下降相互平行的直线； （3）有局部水头损失断面假设局部水头损失集中在一个断面上，总水头 线画成竖直下降的直线。 （4）在绘制水头线时，应注意管道进、出口的边界条件。管道出口为自 由出流时，测压管水头线末端与出口断面中心重合。管道出口为淹没出流时， 在下游流速v2≈0时，测压管水头线末端与下游水面齐平；在下游流速v2≠0时， 测压管水头线末端一般情况下稍低于下游水面。
总水头线和测压管水头线绘制注意
§5-2-4 总水头线和测压管水头线的绘制§5-2-4-1绘制总水头线和测压管水头线的具体步骤测压管水头线与能头线的绘制的具体步骤(观看动画)绘制管道的测压管水头线，是为了了解管中动水压强沿程变化的情况。
，计算相应的流速υi、沿程水头损失h fi和１、根据和顺利完成的流量Ｑｉ局部水头损失h ji。
２、自管道进口到出口,算出第一管段两端的总水头值,并绘出总水头线.３、在绘制测压管水头线之前，常先绘制总水头线，这是因为任一断面的测压管水头等于该断面的总水头与流速水头之差。
在绘制总水头线时，局部水头损失可作为集中损失绘在边界突然变化的断面上，沿程水头损失则沿程逐渐增加的，因此总水头线在有局部水头损失的地方是突然下降的，而在有沿程水头损失的管段中则是逐渐下降的。
从总水头线向下减去相应断面的流速水头值，便可绘出测压管水头线。
也可算出各断面的测压管水头值，即可绘出管道的测压管水头线。
管道出口断面压强受到边界条件的控制。
由总水头线，测压管水头线和基准线三者的相互关系可以明确地表示出管道任一断面各种单位机械能量的大小。
§5-2-4-2 绘制总水头线和测压管水头线应注意的问题沿管长均匀分布。
１、在绘制总水头线和测压管水头线时，等直径管段的ｈｆ２、在等直径管段中，测压管水头线与总水头线平行。
３、在绘制水头线时，应该注意管道出口的边界条件条件，如图５－６所示。
图５－６图５－７当上游行近流速水头时，总水头线的起点在上游液面，如图５－６（ａ），当时，总水头线在起点较上游液面高出，如图５－６（ｂ）。
４、此外，还应注意管道出口的边界条件，如图５－７所示。
图５－７（ａ）为自由出流，测压管水头线的终点应画在出口断面的形心上；图５－７（ｂ）为淹没出流，且下游流速水头，测压管水头线的终点应与下游液面平齐；图５－７（ｃ）亦为淹没出流，且下游流速水头，表示管流出口的动能没有全部损失掉，一部分转化为动能，为尚有一部分转化为下游势能，使下游液面抬高，高于管道出口断面的测压管水头，故测压管水头线的终点应低于下游液面。
总水头线和测压管水头线绘制
沿程阻力实验
1、为什么压差计的水柱差就是沿程水头损失？管道安装成倾斜，是否影 响实验结果？
2、根据实测m值判别实验流区。 lghf~lgv曲线斜率m=1.0~1.8,即hf与v1.0~1.8成正比，所以流动为层流，紊 流光滑区和紊流过渡区，未达阻力平方区。 2、管道当量粗糙度如何测得？ 当量粗糙度的测量可用实验的方法测定
2．流 量 增 加 ，测 压 管 水 头 线 有 何 变 化 ？为 什 么 ？
有如下二个变化：
（1）流 量 增加 ，测 压 管 水 头 线（P-P）总 降 落 趋 势 更 显著。这 是 因 为 测压管水头 ， 管 道 过 流 断 面 面 积 A 为 定 值 时 ， Q增 大 就 增 大 ，而 且 随 流 量 的 增 加 阻 力损 失 亦 增 大 ，管 道 任 一 过 水 断 面 上 的 总 水 头 E相 应 减 小 ，故 的减小更加显著。
测压管水头高于管轴线的部分其压强水头正，否则为负。
调整管道布置避免产生负压 如上图知，管道任意断面的压强水头 若H0一定的条件下，影响压强水头的因素为上式中的后三项。较有效的方 法是降低管线的高度，以提高管道中压强的大小，避免管道中出现负压。
伯努利方程实验思考题
1．测 压 管 水 头 线 和 总 水 头 线 的 变 化 趋 势 有 何 不 同 ？为 什 么 ？ 测 压 程 只 条 件 部 分 9，管 而 据 即 恒 下 降 越 大 水 头 管 水 头 线（P-P）沿 程 可 升 可 降 。而 总 水 头 线（E-E）沿 降 不 升 。这 是 因 为 水 在 流 动 过 程 中 ，依 据 一 定 边 界 ，动 能 和 势 能 可 相 互 转 换。 测 点5 至 测 点7， 管 收 缩， 势 能 转 换 成 动 能， 测 压 管 水 头 线 降 低。 测 点7至 测 点 渐 扩，部 分 动 能 又 转 换成 势 能 ，测 压 管 水 头 线 升 高 。 能 量 方 程E1=E2+hw1-2, hw1-2为 损 失 能 量 ，是 不 可 逆 的 ， 有 hw1-2>0，故 E2恒 小 于E1，（E-E）线 不 可 能 回 升。(E-E) 线 的 坡 度 越 大 ，即J越 大 ，表 明 单 位 流 程 上 的 水 头 损 失 ，如 图2.3的 渐 扩 段 和 阀门 等 处 ，表 明 有 较 大 的 局 部 损 失 存 在 。
总水头线和测压管水头线绘制
可以精确地描述某一特定点的水头高 度和水流状态，提供详细的水流信息。 缺点：只能描述某一特定点的水流状 态，无法提供整个水流区域的信息。
04
实际应用案例
总水头线绘制案例
案例一
某城市给水系统
介绍
某城市给水系统采用重力流输水，需要绘制总水头线 来评估系统性能。
绘制方法
根据泵站和水塔的位置，计算各点的水头高度，并绘 制总水头线。
测压管水头线
在流体力学、环境科学、气象学等领域中，测压管水头线被 广泛应用于测量和描述某一特定点的水头高度和水流状态。 例如，在气象观测中，测压管水头线被用来测量和描述大气 中的压力分布。
优缺点比较
总水头线的优点
可以描述整个水流区域的水头分布和 能量状态，能够提供全面的水流信息。 缺点：对于某一特定点的水流状态描 述不够精确。
测压管水头线绘制案例
案例三：某水库
介绍：某水库用于农业灌溉和居民供水，需要绘制测压管水头线来监测水库的运行 状态。
绘制方法：在库区设置测压管，测量水位高度，并绘制测压管水头线。
测压管水头线绘制案例
• 结果：通过测压管水头线，可以及时发现水库的异常情况， 保障水库的安全运行。
测压管水头线绘制案例
不同点
总水头线通常是指整个水流区域的水头高度，而测压管水头线则是指某一特定点 的水头高度。此外，总水头线是绝对水头，而测压管水头线是相对水头。
应用场景比较
总水头线
在水利工程、给排水工程、环境工程等领域中，总水头线被 广泛应用于描述整个水流区域的水头分布和能量状态。例如 ，在水电站的水轮机设计中，总水头线是重要的设计参数。
案例四
某地下水井群
介绍
某地下水井群用于农业灌溉，需要绘 制测压管水头线来监测地下水位的变 化。
水力学 第五章课后题答案
5.3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 = 4.5，
自流管长l=20m，直径d=150mm，水泵吸水管长1 = 12，=0.025，管滤网的局部水头损失系数 = 2.0，水泵
底阀局部水头损失系数 = 9.0.90°弯角局部水头损失系数 = 0.3，真空高度6m时，求最大流量，在这种流量
1
+ 4 + 3 4
H= + ℎ1 + ℎ2 + ℎ4 = 45.43
= + 100 = 145.43
2
=3.357m
5.9图示为一串联管道自水池引水到大气中。第一段管道d1=100mm，l1=25m，第二段d2=50mm，l2=20m，通过流
量 = 5.0 ×
和0.2344,对两渠水面应用伯努利方程可得，
2
2
∆ = + 1 + 2 + 3 + 4
= 8.224
2
2
解得 v=3.452m/s
3
2
解得Q =
v = 0.678 Τ
4
水头线绘制方法：
1.找出骤变截面，用虚线表示
2.根据管道大小判断在不同管道处的流速
3.总水头线在上，测压管水头线在下，进行绘制
设有带底阀莲蓬头及45°弯头一个，压力水管为长50m，直径0.15m的钢管，逆止阀，闸阀各一个，
局部损失系数分别为2，0.2以及45°弯头一个，机组效率为80%，求0.05m3/s流量时的水泵扬程
钢管的粗糙系数取0.012利用公式 =
82
1
3
水力学实验报告
水力学实验报告实验组别： A1 实验组员：实验日期： 5月5日;5月7日;5月10日土木系2019年5月1 流体静力学综合型实验一、实验目的和要求1. 掌握用测压管测量流体静压强的技能；2. 验证不可压缩流体静力学基本方程；3. 通过对诸多流体静力学现象的实验观察分析，加深流体静力学基本概念理解，提高解决静力学实际问题的能力。
二、实验原理1．在重力作用下不可压缩流体静力学基本方程pz C gρ+= 或 gh p p ρ+=0 式中：z —— 被测点相对基准面的位置高度；p —— 被测点的静水压强（用相对压强表示, 以下同）； p 0 —— 水箱中液面的表面压强；ρ —— 液体密度； h —— 被测点的液体深度。
三、实验内容与方法1. 定性分析实验(1) 测压管和连通管判定。
(2) 测压管高度、压强水头、位置水头和测压管水头判定。
(3) 观察测压管水头线。
(4)判别等压面。
(5) 观察真空现象。
(6) 观察负压下管6中液位变化 2. 定量分析实验 (1) 测点静压强测量。
根据基本操作方法，分别在p 0 = 0、p 0 > 0、p 0 < 0与p B < 0条件下测量水箱液面标高∇0和测压管2液面标高∇H ，分别确定测点A 、B 、C 、D 的压强p A 、p B 、p C 、p D 。
实验数据处理与分析参考四。
四、 数据处理及成果要求1. 记录有关信息及实验常数实验设备名称： 静力学实验仪 实验台号：__No.1___ 实 验 者：____________A1组7人_______实验日期：_5月7号_各测点高程为：∇B = 2.1 ⨯10-2m 、∇C = -2.9 ⨯10-2m 、∇D = -5.9 ⨯10-2m 基准面选在 2号管标尺零点上 z C = -2.9 ⨯10-2m 、z D = -5.9 ⨯10-2m 2. 实验数据记录及计算结果（参表1，表2） 3. 成果要求(1) 回答定性分析实验中的有关问题。
测压管水头线
§5-2-4 总水头线和测压管水头线的绘制§5-2-4-1绘制总水头线和测压管水头线的具体步骤测压管水头线与能头线的绘制的具体步骤(观看动画)绘制管道的测压管水头线，是为了了解管中动水压强沿程变化的情况。
１、根据和顺利完成的流量Ｑｉ，计算相应的流速υi、沿程水头损失h fi和局部水头损失h ji。
２、自管道进口到出口,算出第一管段两端的总水头值,并绘出总水头线.３、在绘制测压管水头线之前，常先绘制总水头线，这是因为任一断面的测压管水头等于该断面的总水头与流速水头之差。
在绘制总水头线时，局部水头损失可作为集中损失绘在边界突然变化的断面上，沿程水头损失则沿程逐渐增加的，因此总水头线在有局部水头损失的地方是突然下降的，而在有沿程水头损失的管段中则是逐渐下降的。
从总水头线向下减去相应断面的流速水头值，便可绘出测压管水头线。
也可算出各断面的测压管水头值，即可绘出管道的测压管水头线。
管道出口断面压强受到边界条件的控制。
由总水头线，测压管水头线和基准线三者的相互关系可以明确地表示出管道任一断面各种单位机械能量的大小。
§5-2-4-2 绘制总水头线和测压管水头线应注意的问题１、在绘制总水头线和测压管水头线时，等直径管段的ｈｆ沿管长均匀分布。
２、在等直径管段中，测压管水头线与总水头线平行。
３、在绘制水头线时，应该注意管道出口的边界条件条件，如图５－６所示。
图５－６当上游行近流速水头时，总水头线的起点在上游液面，如图５－６（ａ），当时，总水头线在起点较上游液面高出，如图５－６（ｂ）。
４、此外，还应注意管道出口的边界条件，如图５－７所示。
图５－７图５－７（ａ）为自由出流，测压管水头线的终点应画在出口断面的形心上；图５－７（ｂ）为淹没出流，且下游流速水头，测压管水头线的终点应与下游液面平齐；图５－７（ｃ）亦为淹没出流，且下游流速水头，表示管流出口的动能没有全部损失掉，一部分转化为动能，为尚有一部分转化为下游势能，使下游液面抬高，高于管道出口断面的测压管水头，故测压管水头线的终点应低于下游液面。
管流中测压管水头线的绘制
管流中测压管水头线的绘制
张良然
【期刊名称】《南昌大学学报：工科版》
【年(卷),期】1990(000)001
【摘要】本文讨论了管道系统的进口断面及出口断面的水头损失和测压管水头线的位置,提出了铅直管道的测压管水头线和管道系统有外加能量时测压管水头线的绘制方法。
【总页数】6页(P59-64)
【作者】张良然
【作者单位】江西工业大学土木建筑工程系
【正文语种】中文
【中图分类】T-55
【相关文献】
1.突扩管流动的测压管水头线研究 [J], 赵静野;张玉娟;郑晓萌
2.管路水头线绘制中的几个概念问题 [J], 齐清兰
3.Excel 绘制警告线与失控线在即刻法中应用及模板制作 [J], 吴大富;杨红梅;卢建民
4.有压管流测压管水头线绘制分析 [J], 高玉清
5.有压管流水头线起点位置的确定 [J], 王仲发
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管路测压管水头线实验
p1
Q Av
其中
Q 为过流流量；A 为过流断面；v 为过流流速。
三、实验设备
1、储水箱 2、水泵 3、上水管 4、恒定水箱 5、隔板 6、溢流管 7、进水管 8、阀门 9、实验管段 10、回水管 11、测压管
（1）、实验设备1
4 11
5
6 3
7 8
9 1 2 10 p1 v p2 v z2 hw ； 能量方程 z1 2g 2g
2 1 2 2
连续性方程
Q Av ； 测压管线 z
p
。
（2）、实验设备2
8
6
7(等直径) 7(不等直径)
1、水箱 2、水泵 3、上水管 4、恒定水箱 5、溢流管 6、阀门 7、实验管段 8、测压管 9、回水管
能量方程 连续性方程
2 v12 p2 v2 z1 z2 hw ； 2g 2g
2 v12 p2 v2 z1 z2 hw 2g 2g
p1
式中， z 为位置水头；
p
为压强水头； 2 g 为流速水头；
v2
hw 为两断面间的水头损失。
位置水头与压强水头之和称为测压管水头。位置水头、压强 水头及流速水头之和称为总水头。由于粘滞性和水流紊动作用 一定会产生沿程水头损失，因此总水头一定是沿程减少的。 连续性方程：
管路测压管水头线实验
一、实验目的
（1）、观察分析各种管路中液体总流的测压 管线及诸多水利现象，进一步掌握有压管 流的机械能转换特性。 （2）、学习正确绘制实际液体总流的测压管 水头线及总水头线，加深理解流体恒定总
流的伯努里方程。
二、实验原理
根据能量守恒及转换定律，在恒定渐变流的条件下，对 任意两过流断面的伯努里方程：
[整理]《水力学》课程质量标准
![[整理]《水力学》课程质量标准](https://img.taocdn.com/s3/m/e087215d83c4bb4cf7ecd19d.png)
《水力学》课程质量标准（水利水电建筑工程专业）浙江水利水电专科学校水利工程系2006年4月《水力学》课程质量标准一、本课程在专业教学中的地位（一）、本课程的课程性质水利类各专业的一门主要技术基础课。
通过本课程的学习，使学生掌握液体运动的一般规律和有关的基本概念与基本理论，学会必要的分析计算方法和一定的实验技术，为专业课的学习、解决工程中水力学问题、获取新知识和进行科学研究打下必要的基础。
通过水力学的学习，既加深了对上述课程间有机联系的理解，又为后续的专业课程学习，打下了坚实的理论基础。
（二）、本课程前后衔接的课程或先修课程内容等水力学是我校水利水电建筑工程专业、给水排水工程、道路桥梁工程等多个专业开设一门技术基础课。
该课程的先修主要相关课程有《理论力学》、《材料力学》、《物理学》、《高等数学》等。
学生学习水力学以前必须学完高等数学、普通物理、理论力学、材料力学和算法语言等课程。
这样，对于有关内容，如微分、积分、矢量、偏导数、泰勒公式、微分方程、液体的物理特性、动能定律、动量定律、达朗贝尔原理、势函数、应力应变和计算机编程具有一定的基础，在水力学中主要是运用这些知识，不必详细讲解。
后续课程:水文、水工建筑物、水利工程施工、水电站、水资源系统管理、水力计算、水利计算、水利工程专题、水利水电规划专题等专业和选修课程.（三）、本课程在专业所需的知识体系中的地位从水力学课程的后衔接课程可以看出，（1）水力学的内容是专业课程和专题课程学习的基础，本课程在专业所需的知识体系中具有基础地位和技术的地位；（2）本课程在研究生培养阶段独立成一个水力学和河流动力学学科。
（四）、影响本课程教学的主要因素（1）先修课程的掌握程度是课程教学的主要因素；（2）通过水力学实验可以帮助学生理解相关的概念、理论和计算方法（3）通过认识实习对过水建筑物的了解也是学习本课程的基础。
二、本课程的教学目标和基本要求课程教学目标。
水力学的任务是通过各种教学环节，使学生掌握水力学的基本理论、水力计算方法和水力实验的基本操作技能，为学习专业课程，从事专业工作和进行科学研究打下一定的基础。
大学水力学：总水头线和测压管水头线绘制注意
●绘制总水头线和测压管水头线的具体步骤绘制管道的测压管水头线，是为了了解管中动水压强沿程变化的情况。
在绘制测压管水头线之前，常先绘制总水头线，这是因为任一断面的测压管水头等于该断面的总水头与流速水头之差。
在绘制总水头线时，局部水头损失可作为集中损失绘在边界突然变化的断面上，沿程水头损失则沿程逐渐增加的，因此总水头线在有局部水头损失的地方是突然下降的，而在有沿程水头损失的管段中则是逐渐下降的。
从总水头线向下减去相应断面的流速水头值，便可绘出测压管水头线。
由总水头线，测压管水头线和基准线三者的相互关系可以明确地表示出管道任一断面各种单位机械能量的大小。
●绘制总水头线和测压管水头线应注意的问题１、在绘制总水头线和测压管水头线时，等直径管段的ｈｆ沿管长均匀分布。
２、在等直径管段中，测压管水头线与总水头线平行，如图1所示。
当时，总水头线在起点较上游液面高出，如图1（ｂ），当上游行近流速水头时，总水头线的起点在上游液面，如图1（ａ）。
图1３、在绘制水头线时，应该注意管道出口的边界条件条件，如图2所示。
图2图2（ａ）为自由出流，测压管水头线的终点应画在出口断面的形心上；图2（ｂ）为淹没出流，且下游流速水头，测压管水头线的终点应与下游液面平齐；图2（ｃ）亦为淹没出流，且下游流速水头，表示管流出口的动能没有全部损失掉，一部分转化为动能，为尚有一部分转化为下游势能，使下游液面抬高，高于管道出口断面的测压管水头，故测压管水头线的终点应低于下游液面。
4、测压管水头线沿程可以上升或下降，但总水头线沿程只能下降。
负压段的判别测压管水头高于管轴线的部分其压强水头正，否则为负。
图3 .。
1、定性绘出图示管道(短管)的总水头线和测压管水头线
1、定性绘出图示管道（短管）的总水头线和测压管水头线。
2、绘出图中的受压曲面AB上水平分力的压强分布图和垂直分力的压力体图。
3、图示圆弧形闸门AB(1/4圆), A点以上的水深H＝1.2m，闸门宽B=4m，圆弧形闸门半径R=1m，水面均为大气压强。
确定圆弧形闸门AB上作用的静水总压力及作用方向。
4、图示一跨河倒虹吸管，正方形断面面积为A=0.64 m2，长l =50 m，两个30。
折角、进口和出口的局部水头损失系数分别为ζ1=0.2，ζ2=0.5，ζ3=1.0，沿程水力摩擦系数λ=0.024，上下游水位差H=3m。
求通过的流量Q ?
5、如图从水箱接一橡胶管道及喷嘴，橡胶管直径D=7.5cm，喷嘴出口直径d=2.0cm，水头H=5.5m，由水箱至喷嘴出口的水头损失h w=0.5m。
用压力表测得橡胶管与喷嘴接头处的压强p=4.9N/cm2。
行近流速v0≈0，取动能、动量修正系数均为1。
（1）计算通过管道的流量Q；
（2）如用手握住喷嘴，需要多大的水平力？方向如何？。
第五章有压管道恒定流例题详解
HydraulicsSteady flow in pipe一、简单管道自由出流1122HO O2c Q vA A gH μ==以管道出口中心为基准面，对1-1断面和2-2断面建立能量方程122221022w v v H h ggαα-+=+0212H gv H =+α令：代入上式得22222202222f j ivvl v vH h h g g d g g ααλζ=++=++∑∑2022i l vH d gαλζ⎛⎫=++ ⎪⎝⎭∑0212iv gH lαλζ=++∑11μλζ=++∑c ild令：二、简单管道淹没出流2c Q vA A gzμ==以0—0为基准面，对1-1断面和2-2断面建立能量方程122222101222w v v H H h ggαα-+=++222210120,0,22vv z H H ggαα≈≈=-上下游过水断面远大于管道，故：w f j h h h z ∴=+=∑22i l v z d gλζ⎛⎫=+ ⎪⎝⎭∑12i v gzlλζ=+∑1μλζ=+∑c i ld令：淹没出流2211ZOOH 1H 2淹没出流时，作用水头z 全部消耗于水头损失cμ∑++自ζλd l1∑+淹ξλdl比较流量水头自由出流H 淹没出流ZgH A Q c 2μ=gzA Q c 2μ=1ζζ+∑∑自淹＝注：自由出流和淹没出流的比较OH V0≈011总水头线与测压管水头线的绘制22Vgp总水头线测压管水头线V 0≠0202V g22V g2211V 0≠0V 2≈022V g当下游流速水头等于0时，管道出口测压管水头线即为下游水池水面。
1221212()()()γγ-+-+=p p V V V z z g20v =∴1212()()γγ+=+p p z z2211V 0≠0V 2≠022V g当下游流速水头不等于0时，管道出口测压管水头线将低于下1221212()()()γγ-+-+=p p V V V z z g21v v <∴1212()()γγ+<+p p z z例有一渠道用直径d为0.40m的混凝土虹吸管来跨过山丘（见图），渠道上游水面高程▽1为100.0m，下游水面高程▽2为99.0m，虹吸管长度L1为12m，L2为8m，L3为15m，中间有600的折角弯头两个，进口安装率水网，无底阀。
水力学实验指导书(1)
本科教学实验指导书水力学实验易文敏编写李克锋四川大学水利水电学院水力学与山区河流开发保护国家重点实验室前言水力学实验课的基本任务是：观察分析水流现象，验证所学理论，学会和掌握科学实验的方法和操作技能，培养整理实验资料和编写实验报告的能力。
在进行实验的过程中，要注意培养自己的动手能力和独立工作的能力。
使每个实验者有观察现象，进行操作和组织实验的机会，并能独立进行整理分析实验成果，受到实验技能的基本训练。
各项实验分别介绍了每个实验的目的、原理、实验设备、步骤、注意事项，以及可供实验者编写实验报告时参考的表格。
要求做好实验后，实验者要独立认真完成一份实验报告，按时交指导教师批阅。
为了使实验者能深入地掌握和巩固有关实验内容，每个实验项目的结尾都列有一定数量的思考题，供实验者进一步深入思考，并要求在实验报告中作出书面回答，随实验报告交指导教师审阅批改。
实验一 静水压强一、实验目的：1. 实测容器中的静水压强;2. 测定X 液体的容重；3. 通过实验，掌握静水压强的基本方法和了解测压计的应用。
二、实验设备：如图所示，1管和2管、3管和4管、5管和6管组成三支U 型管，其中5管和6管组成的U 型管装X 液体，其余U 型管装水。
1管、3管和5管与大气连通，2管、4管和6管与水箱顶部连通。
3管和4管组成的U 型管的底部与水箱的A 点连通，1管和2管组成的U 型管的底部与水箱的B 点连通。
水箱底部与调压筒连通。
三、实验原理：利用调压筒的升降来调节水箱内液体表面压强和液体内各点的压强。
1. 根据静水压强基本公式：p=p 0+ρg h 可得p A =ρg 水(▽3-▽A ) p B =ρg 水(▽1-▽B )2. 由于2、4、6管与水箱顶部连通，所以2、4、6管液面压强与水箱液面压强相同，于是可得：p 0=ρg 水(▽1-▽2)= ρg 水（▽3-▽4）=ρg X （▽5-▽6）ρg X =6543∇-∇∇-∇ρg 水 或ρg X =6521∇-∇∇-∇ρg 水3. 若水箱内气体压强p 0≠p a ,则p 1≠p 2、p 3≠p 4、p 5≠p 6。
有压管流
3.4 沿程均匀泄流管道的水力计算
沿程连续不断分泄出的流量称为沿程泄出流量，若管段各单位长度上 的沿程泄出流量相等，这种管道称为沿程均匀泄流管道。
3.5 管网水力计算基础
※复杂管路
H hf
1 0
,d,l
H
2 0
2
上式说明：全部作用水头均消耗在沿程水头损失上。
3.1 简单管道的水力计算
连续性方程
v
Q
d
2
4
3 .关于 h的f 计算
hf
l
d
v2 2g
alQ2
v
Q
d
2
4
式中 a 8 g 2d 5 f , d 称为比阻。
3.2 串联管道的水力计算
串联管路
3.2 串联管道的水力计算
1 .定义：由d不同的若干段管顺次联接的管路， 称为串联管路。
2 .水力关系
H hf aliQi2 （能量关系）
Qi Qi1 qi （流量关系）
3.3 并联管道的水力计算
并联管路
3.3 并联管道的水力计算
1 .定义：在两节点间并设两条以上的管路，称 为并联管路，其目的是提高供水的可靠性. 2 .水力关系
高于上游供水水面。在虹吸管内造成真空，使水流则能 通过虹吸管最高处引向其他处。
虹吸管的优点在于能跨越高地，减少挖方。 虹吸管 长度一般不长，故按照短管计算。
2.4 短管水力计算举例
例题：如图所示虹吸管，通过虹吸作用将左侧水输至 下游。已知 d、H1、H 2、l1、l2、、e、b 试求：
水力学 有压管流测压管水头线的绘制
总水头线
测压管 水头线
2 2g
hj2 2
出水面
1
v
H2 v02≈0
0
２
1
(a)
v ②下游水池中渐变流断面2的 020，出口前后为突然扩
大的水流，总水头线下降，测压管水头线上升。
作图时，出口断面的局部水头损失集中绘在出口处，
即总水头线在此下降 hj 2 ，测压管水头线在此上升后与水面
相接，如图（b）所示
hj2
2 2g
测压管 水头线
1
v
0
02022 2g
2
出水面
H2 v02≠0
0
２
1
(b)
谢谢！
制作人 材料收集
测压管水பைடு நூலகம்线：
在管径不变的管段，流速水头相等，测压管水头线平行于总 水头线，从总水头线向下减去相应断面的流速水头值，便 可绘制出测压管水头线。（也可直接算出各断面的测压管 水头值）
Page 3
以图6.3为例，在绘制总水头线和测压管线时，有以下几种情况可作为 控制条件：
渐其变间流距⑴断为上面游 10水的0面2行；线近是流测速压水管头水头20线g02的起0始线，。则若总上水游头水线池绘（于或水水面库之）上中，
v 总水头线根据 02 的大小分为两种情况。
v ① 下 游 水 池 断 面 面 积 很 大 ， 渐 变
流断面2的 020，出口处
的 hj2
v2 2g
1.02 v2 g
， 正好等于
管道的流速水头，总水头线在出
口处突然下降 h j 2 ，然后连接于下 0
游水面线，测压管水头线直接接
到水面上，如图（a）所示
水力学 第六章第二节
总水头线和测压管水头线绘制
✓非均匀流分为渐变流与急变流,渐变流近似于均匀流,急变流与均匀流不同,其沿 程各过水断面上的流速及流速分布不相等,所以非均匀流单位长度上的水头损失 即水力坡度J也不相等,总水头线和测压管水头线是互不平行的曲线.
整理ppt
3
绘制总水头线和测压管水头线应注意的问题
１、在绘制总水头线和测压管水头线时，等直径管段的ｈｆ沿管长均匀分 布。
２、在等直径管段中，测压管水头线与总水头线平行。 ３、在绘制水头线时，应该注意管道进口的边界条件，如图1所示。
当上游流速水头
时，总水头线的起点在上游液面，如图1（ａ）
当
时，总水头线在起点较上游液面高出
1 2lg(K 2.51)
3.7d Re
K
也可用 ～ Re关系，直接由莫迪图查得 d
，进而得出当量粗糙度K。
整理ppt
10
3、实验结果与莫迪图吻合与否？分析原因。
通常试验点所绘得的 ～Re关系曲线处于光滑管区，本报告所列的
试验值，也是如此。但是，有的实验结果相应点落到了莫迪图中光滑管区的右下 方。对此须认真分析。
３、在绘制测压管水头线之前，常先绘制总水头线，这是因为任一断面的测压
管水头
等于该断面的总水头
与流速水头
之差。
整理ppt
2
✓在绘制总水头线时，局部水头损失可作为集中损失绘在边界突然变化 的断面上，沿程水头损失则沿程逐渐增加的，因此总水头线在有局部水 头损失的地方是突然下降的，而在有沿程水头损失的管段中则是逐渐下 降的。从总水头线向下减去相应断面的流速水头值，便可绘出测压管水 头线。
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6.2.3总水头线和测压管水头线的绘制
三班四组 主讲人：
? 绘制总水头线和测压管水头线可以定性地图示能量方程中 的各项沿程的变化情况。 总体而言，总水头线总是沿程下降的，而测压管水头 线沿程可升可降。
Page 2
总水头线：
局部水头损失可作为集中损失图示在边界突然变化的断面上 ，因此总水头线在有局部水头损失的地方是突然下降的。 在有沿程水头损失的管段中，总水头线可假设为线性下降 的。
大的水流，总水头线下降，测压管水头线上升。
作图时，出口断面的局部水头损失集中绘在出口处，
即总水头线在此下降 hj 2，测压管水头线在此上升后与水面
相接，如图（b）所示
h j2
? ?2 2g
测压管 水头线
1
v
0
?
02?
2 02
2g
2
出水面
H2 v02≠0
0
２பைடு நூலகம்
1
(b)
谢谢！
制作人 材料收集
?
v2 2g
?
1 .0
v2 2g
， 正好等于
管道的流速水头，总水头线在出
口处突然下降 h j 2 ，然后连接于下 0 游水面线，测压管水头线直接接
到水面上，如图（a）所示
总水头线
测压管 水头线
?? 2 2g
?
hj2 2
出水面
1
v
H2 v02≈0
0
２
1
(a)
v ②下游水池中渐变流断面2的 02 ? 0，出口前后为突然扩
?
0?
2 0
2g
1
h wi
v0
H
h j1
测压管 水头线
?
i?
2 i
2
2g
总水头线
1
O
pi ?g
Zi
v
2O
⑷出口若为淹没水流（见图6.4（a）、（b）），下游水
面是测压管水头线的终止线。
v 总水头线根据 02 的大小分为两种情况。
v ①下游水池断面面积很大，渐变
流断面2的 02 ? 0 ，出口处
的 hj2 ?
测压管水头线：
在管径不变的管段，流速水头相等，测压管水头线平行于总 水头线，从总水头线向下减去相应断面的流速水头值，便 可绘制出测压管水头线。（也可直接算出各断面的测压管 水头值）
Page 3
以图6.3为例，在绘制总水头线和测压管线时，有以下几种情况可作为 控制条件：
⑴上游水面线是测压管水头线的起始线。若上游水池（或水库）中
渐变流断面 1的行近流速水头
其间距为
?
0?
2 0
；
? 0 ?
0?
2 0
2g
，则总水头线绘于水面之上，
2g
若
?
0?
2 0
2g
?
0，则总水头线与水面线重合。
⑵进口处有局部损失，集中绘制在进口处，即总水头线在此降落
⑶出口为自由出流时，管段出口断面的压强近似为 0，测压管水头线h j 1
终止于出口断面中心。