第五章有压管流水力计算
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《有压管流水力计算》课件
。
在有压管流中，伯努利方程可以用来计 算水头损失、管道压力和流速等参数。
需要注意的是，实际液体在流动过程中 会受到粘性阻力、摩擦力和惯性力的作 用，因此伯努利方程的应用有一定的局
限性。
流动阻力
在有压管流中，流动阻力是由于流体与管壁之间的摩擦以及流体内部的粘性阻力所 引起的。
流动阻力可以通过实验测定或利用经验公式进行估算，对于不同管材和流体类型， 流动阻力的计算方法也有所不同。
06
案例分析
实际工程案例一
案例名称
某城市供水管道系统
案例描述
该供水管道系统负责为城市居民提供生活用水，管道长度约50公 里，设计流量为2000立方米/小时。
案例分析重点
管道的流速、水头损失以及水泵的扬程等参数的计算，确保供水系 统的稳定运行。
实际工程案例二
1 2
案例名称
某农业灌溉系统
案例描述
该灌溉系统通过管道将水输送到农田，管道长度 约10公里，设计流量为500立方米/小时。
。
04
有压管流水力计算的方法
计算流量的方法
流量定义法
根据流量的定义，通过测量管道 截面的面积和平均流速来计算流 量。
流量系数法
利用实验确定的流量系数和管道 截面尺寸、压力等参数计算流量 。
计算流速的方法
流速定义法
根据流速的定义，通过测量管道截面的面积和流量来计算平 均流速。
能量方程法
利用伯努利方程或能量方程，结合管道的压差和几何参数来 计算流速。
。
设计管径
通过计算流速和流量，确定管道的 直径，以满足给水和排水需求。
优化管网
通过分析管道阻力损失，优化管网 布局，降低能耗，提高供水效率。
水利水电工程
在有压管流中，伯努利方程可以用来计 算水头损失、管道压力和流速等参数。
需要注意的是，实际液体在流动过程中 会受到粘性阻力、摩擦力和惯性力的作 用，因此伯努利方程的应用有一定的局
限性。
流动阻力
在有压管流中，流动阻力是由于流体与管壁之间的摩擦以及流体内部的粘性阻力所 引起的。
流动阻力可以通过实验测定或利用经验公式进行估算，对于不同管材和流体类型， 流动阻力的计算方法也有所不同。
06
案例分析
实际工程案例一
案例名称
某城市供水管道系统
案例描述
该供水管道系统负责为城市居民提供生活用水，管道长度约50公 里，设计流量为2000立方米/小时。
案例分析重点
管道的流速、水头损失以及水泵的扬程等参数的计算，确保供水系 统的稳定运行。
实际工程案例二
1 2
案例名称
某农业灌溉系统
案例描述
该灌溉系统通过管道将水输送到农田，管道长度 约10公里，设计流量为500立方米/小时。
。
04
有压管流水力计算的方法
计算流量的方法
流量定义法
根据流量的定义，通过测量管道 截面的面积和平均流速来计算流 量。
流量系数法
利用实验确定的流量系数和管道 截面尺寸、压力等参数计算流量 。
计算流速的方法
流速定义法
根据流速的定义，通过测量管道截面的面积和流量来计算平 均流速。
能量方程法
利用伯努利方程或能量方程，结合管道的压差和几何参数来 计算流速。
。
设计管径
通过计算流速和流量，确定管道的 直径，以满足给水和排水需求。
优化管网
通过分析管道阻力损失，优化管网 布局，降低能耗，提高供水效率。
水利水电工程
第五章_有压管道的恒定流
相当于把管嘴的作用水头增大了75.6％。
这就是在相同直径、相向作用水头下的圆柱形外管 嘴的出流流量比孔口大的原因。
§5-3 短管的水力计算
根据 沿程水头损失 与 局部水头损失 在总水头损失中所占比重 的大小，而将有压管道分为 短管 及 长管 两类。
短管： 管路的总水头损失中， 沿程水头损失 和 局部水头损 失均占相当比重，计算时都不可忽视的管路。
0.54 0.97 0.62
2．大孔口的自由出流
适用上式， Ho为大孔口中心的水头， 中ε较大。
在水利工程中，闸孔出流可按大孔口出流计算，其流量系数列 于表5·1中。
§5—2 液体经管嘴的恒定出流
1．圆柱形外管嘴的恒定出流
圆柱形外管嘴： 在孔口断面处接一直径与孔口直径完全相同 的圆柱形短管，其长度L=(3～4)d。
2．圆柱形外管嘴的真空
孔口外面加接管嘴后，增加了阻力，但是流量反 而增加的原因是什么?
由于 管嘴水流的收缩断面处其相对压强出现了负 值，即出现了真空值的作用所致。
选择通过管嘴断面形心的水平面为 基准面； 对收缩断面C-C与出口断面b-b间列出能量方程 (注：各断面的 压强以绝对压强表示)：
pc
c vc2
收缩断面C-C处水流与管壁分离，形成漩涡区；在管嘴出口断 面上，水流已完全充满整个断面。
列 管嘴为自由出流时的 伯努利方程 以通过管嘴断面形心的水平面为 基准面； 对 断面0-0 和 管嘴出口断面 b-b列方程。
H
0v02
2g
v 2
2g
hw
v 2
2g
h中hw
长管： 管流的 流速水头 和 局部水头损失 的总和 与 沿程水头损失比较起来很小，计算时常常将其 按沿 程水头损失某一百分数估算或完全忽略不计的管路， 使计算简化，且一般不影响计算精确度。
这就是在相同直径、相向作用水头下的圆柱形外管 嘴的出流流量比孔口大的原因。
§5-3 短管的水力计算
根据 沿程水头损失 与 局部水头损失 在总水头损失中所占比重 的大小，而将有压管道分为 短管 及 长管 两类。
短管： 管路的总水头损失中， 沿程水头损失 和 局部水头损 失均占相当比重，计算时都不可忽视的管路。
0.54 0.97 0.62
2．大孔口的自由出流
适用上式， Ho为大孔口中心的水头， 中ε较大。
在水利工程中，闸孔出流可按大孔口出流计算，其流量系数列 于表5·1中。
§5—2 液体经管嘴的恒定出流
1．圆柱形外管嘴的恒定出流
圆柱形外管嘴： 在孔口断面处接一直径与孔口直径完全相同 的圆柱形短管，其长度L=(3～4)d。
2．圆柱形外管嘴的真空
孔口外面加接管嘴后，增加了阻力，但是流量反 而增加的原因是什么?
由于 管嘴水流的收缩断面处其相对压强出现了负 值，即出现了真空值的作用所致。
选择通过管嘴断面形心的水平面为 基准面； 对收缩断面C-C与出口断面b-b间列出能量方程 (注：各断面的 压强以绝对压强表示)：
pc
c vc2
收缩断面C-C处水流与管壁分离，形成漩涡区；在管嘴出口断 面上，水流已完全充满整个断面。
列 管嘴为自由出流时的 伯努利方程 以通过管嘴断面形心的水平面为 基准面； 对 断面0-0 和 管嘴出口断面 b-b列方程。
H
0v02
2g
v 2
2g
hw
v 2
2g
h中hw
长管： 管流的 流速水头 和 局部水头损失 的总和 与 沿程水头损失比较起来很小，计算时常常将其 按沿 程水头损失某一百分数估算或完全忽略不计的管路， 使计算简化，且一般不影响计算精确度。
第五章有压管流水力计算
2 a1v0 pB av2 lB v2 00 zs ( e b ) 2g 2g d 2g
得到
lB v2 zs (1 e b ) d 2g pB
第五章 有压管流水力计 算 第三节 短管应用举例
二、泵装置的水力计算 水力计算包括吸水管及压力水管的计算，主要任务有：管径 的计算，水泵安装高度，水泵的扬程和功率的计算。
hf l
Q vA AC RJ K J K
Q2 H hf 2 l K
长管 : 作用水头全部 消耗于沿程损失
第五章 有压管流水力计 算 第四节 长管的水力计算
流量模数K AC R f (n, d )
Q2 H hf k 2 l K
当v 1.2m / s时（过渡区）， k 1 当v 1.2m / s时，k 1
d
4Q v
第五章 有压管流水力计 算 第二节 简单短管的水力计算
四、绘制总水头线和侧压管水头线 （一）、绘制总水头和测压管水头线的具体步骤 （二）、绘制总水头线和测压管水头线应注意的问题 1.沿程水头损失沿管均匀分布，局部水头损失发生在局部边界突 变的概化断面上。 2.在等直径的管段中，测压管水头线与总水头线平行。 3.进口的边界条件 4.出口的边界条件 5.测压管水头线可以上升或下降，但总水头线总是下降。
(i=1,…, n)
流量之和为 总流量，又可 得一个方程
i 1
Qi Ki
i 1
n
n
hf i li
Q
第五章 有压管流水力计 算 第五节 复杂管路水力计算
沿程均匀泄流管
Q h k
f
2
r 2
l
途泄流量Qu ql
得到
lB v2 zs (1 e b ) d 2g pB
第五章 有压管流水力计 算 第三节 短管应用举例
二、泵装置的水力计算 水力计算包括吸水管及压力水管的计算，主要任务有：管径 的计算，水泵安装高度，水泵的扬程和功率的计算。
hf l
Q vA AC RJ K J K
Q2 H hf 2 l K
长管 : 作用水头全部 消耗于沿程损失
第五章 有压管流水力计 算 第四节 长管的水力计算
流量模数K AC R f (n, d )
Q2 H hf k 2 l K
当v 1.2m / s时（过渡区）， k 1 当v 1.2m / s时，k 1
d
4Q v
第五章 有压管流水力计 算 第二节 简单短管的水力计算
四、绘制总水头线和侧压管水头线 （一）、绘制总水头和测压管水头线的具体步骤 （二）、绘制总水头线和测压管水头线应注意的问题 1.沿程水头损失沿管均匀分布，局部水头损失发生在局部边界突 变的概化断面上。 2.在等直径的管段中，测压管水头线与总水头线平行。 3.进口的边界条件 4.出口的边界条件 5.测压管水头线可以上升或下降，但总水头线总是下降。
(i=1,…, n)
流量之和为 总流量，又可 得一个方程
i 1
Qi Ki
i 1
n
n
hf i li
Q
第五章 有压管流水力计 算 第五节 复杂管路水力计算
沿程均匀泄流管
Q h k
f
2
r 2
l
途泄流量Qu ql
有压管路的水力计算
3）干管管径的计算方法：新建给水系统的干管管径的 计算按经济流速和流量计算。同时，考虑最大允许流 速、最小允许流速的要求。即： 允许 min <经济 <允许 max
d干
4Q
经济
有压管路的水力计算
沿直径1、2、3管段流 入容器B。已知：d1=25mm,ll=10m，d2=20mm, l2=10m， d3=20mm,l3=15m，两容器水面的相对压强p01=1at， p02=0.1at，水面高H=4m，管道沿程阻力系数λ=0.025， 局部阻力系数：阀门4.0，弯头0.3，管道进口0.5，管道 出口1。试求各管道输送的流量。
MF2Cd0734
题 目 2
简要叙述枝状管网中控制点的选取原则，经济流速、 干管管径的计算方法。 答：1）枝状管网中控制点的选取原则为：距水塔最 远、地形较高、自由水压要求较大、流量大，综合最 为不利的点。 2）经济流速：综合考虑管网造价c（包括铺筑水管建 筑费、泵站建造费、水塔建造费）和运行管理费M（ 泵站电费、维护管网费）综合费用最低时相应的流速 ，称经济流速。
得：
Q1 1.134l / s，
3
2 1.946m / s，
3
3 =1.66 m / s
3
Q 2 0.611l / s， Q3 0.522l / s，
1.561 3 2
2)总水头损失：
(1)
hw hw1 hw 2 hw1 hw3 h f 1 h j1 h f 2 h j 2
l1 12 l2 2 2 hw ( 0 1 ) ( 2 3 ) d1 2g d2 2g 12 22 10 10 (0.025 0.5 0.3) (0.025 4 1) 0.025 2g 0.020 2g
流体力学 水力学 第五章
7 H [H0 ] 9m 0.75
§5.3 有压管道恒定流 5.3.1 短管水力计算（Q、d、H） 有压流：水沿管道满管流动的水力现象。 特点：水流充满管道过水断面，管道内不存在自 由水面，管壁上各点承受的压强一般不等于大 气压强。
短管：局部水头损失和 速度水头在总水头损失 中占有相当的比重，计 算时不能忽略的管道. （一般局部损失和速度 水头大于沿程损失 的5% ~ 10%）。一般L/d 1000
1 vc c 0
v
2 0 0
2 gH 0 2 gH 0
v hw h j 2g p c pa
2 c
1 1 流速系数： c 0 1 0
1 1 流速系数： c 0 1 0
实验得： 0.97 ~ 0.98 1 推求： 0 2 1 1 0.06 2 0.97 1
2
d2
5.126m 2g
例5 3：如图所示圆形有压涵管，管长50m, 上下游水位差3m 沿程阻力系数为0.03，局部阻力系数：进口 1＝0.5。 第一个转弯 2＝0.71，第二个转弯 3＝0.65，出口
4＝1.0，要求涵管通过流量大约3m 3 / s, 试设计管径d。
2 1 1
2g
v
v
2 2 2
2 2 2
2g
hw
2g
hw
H0 H
v
2 1 1
2g
v
2 2 2
2g
hw
hw h f h j (
l v
v d 2g 2g
2
2
l
v ) d 2g
压力管路的水力计算
第5章 压力管路的水力计算
引言
• 压力管路：在一定压差下，液流充满全管的流动管路。 • 压力管路按照管路结构可以分为：
– 简单管路：等径无分支管路 – 复杂管路：串联、并联、分支及管网等 • 压力管路按照能量比例大小分为：长管和短管
压力管路的水力计算
2
• 长管：长输管线输送距离比较远，两端压差比较大，局部阻力和流速
–
V′
Re Vd
校核流态
验证假设：
– 如由 Q ′及Re ′得出的流态和假设流态一致，则 Q ′为所求Q；
– 如由 Q ′及Re ′得出的流态和假设流态不一致，则重新假设流态 ，重复计算。
压力管路的水力计算
14
• 试算法：
设定Q1，解得hf1。判断：若hf1 >hf，则减小流量，取Q2 <Q1，重新计
压力管路的水力计算
26
5). 在已建成的长输管线上改设串联变径管或并联副管以翻越高点。
O A B
H
C
串联变径或加副管后，Q（不变），OA段hfO-A（不变）；主管AB段 经过变径管或加副管， d（↑），v （↓），hfA-B（↓） 。在所需压头不 大的情况下，采用此办法可使管线内液体具有翻阅高点的水头。
即：β＝ 4.15，m＝1
– 紊流流态——水力光滑区：
0.3164 R e0.25
h f 0 .0 2 4 6 Q 1 .d 7 5 4 .7 0 5 .2 5 L 0 .0 2 4 6 Q 2 d 0 .5 2 5 0 .2 0 5 .2 5 L
即：β＝ 0.0246，m＝0.25
压力管路的水力计算
水头所占能量比例较小。和沿程水头损失相比，流速水头和局部水头
损失可以忽略的管路称为长管。有时近似取 hj (5%~10% )hf。
引言
• 压力管路：在一定压差下，液流充满全管的流动管路。 • 压力管路按照管路结构可以分为：
– 简单管路：等径无分支管路 – 复杂管路：串联、并联、分支及管网等 • 压力管路按照能量比例大小分为：长管和短管
压力管路的水力计算
2
• 长管：长输管线输送距离比较远，两端压差比较大，局部阻力和流速
–
V′
Re Vd
校核流态
验证假设：
– 如由 Q ′及Re ′得出的流态和假设流态一致，则 Q ′为所求Q；
– 如由 Q ′及Re ′得出的流态和假设流态不一致，则重新假设流态 ，重复计算。
压力管路的水力计算
14
• 试算法：
设定Q1，解得hf1。判断：若hf1 >hf，则减小流量，取Q2 <Q1，重新计
压力管路的水力计算
26
5). 在已建成的长输管线上改设串联变径管或并联副管以翻越高点。
O A B
H
C
串联变径或加副管后，Q（不变），OA段hfO-A（不变）；主管AB段 经过变径管或加副管， d（↑），v （↓），hfA-B（↓） 。在所需压头不 大的情况下，采用此办法可使管线内液体具有翻阅高点的水头。
即：β＝ 4.15，m＝1
– 紊流流态——水力光滑区：
0.3164 R e0.25
h f 0 .0 2 4 6 Q 1 .d 7 5 4 .7 0 5 .2 5 L 0 .0 2 4 6 Q 2 d 0 .5 2 5 0 .2 0 5 .2 5 L
即：β＝ 0.0246，m＝0.25
压力管路的水力计算
水头所占能量比例较小。和沿程水头损失相比，流速水头和局部水头
损失可以忽略的管路称为长管。有时近似取 hj (5%~10% )hf。
第五章 孔口、管嘴出流和有压管路
(2)管嘴长度l=(3～4)d。
5.2.4 其他形式管嘴
工程上为了增加孔口的泄水能力或为了增加(减少)出 口的速度，常采用不同的管嘴形式
(1)圆锥形扩张管嘴 （θ=5～7° ） (2)圆锥形收敛管嘴 （较大的出口流速 ） (3)流线形管嘴 （阻力系数最小 ）
孔口、管嘴的水力特性
5.3 有压管路恒定流计算
1
从 1→2 建立伯努利方程，有
v2 H 0 00 n 2g 2g 2g
l (3 ~ 4)d
0v0 2
v 2
H
c
0 d
2
0
1 v n
2 gH0 n 2 gH0
c
2
n 0.5
式中：
1 n n
1
n 为管咀流速系数， n 0.82
pc
0.75H 0
对圆柱形外管嘴：
α=1， ε=0.64， φ=0.82
5.2.3 圆柱形外管嘴的正常工作条件
收缩断面的真空是有限制的，如长江中下游地区， 当真空度达7米水柱以上时，由于液体在低于饱和蒸汽 压时会发生汽化 。 圆柱形外管嘴的正常工作条件是： (1)作用水头H0≤9米；
5.2 管嘴出流
一、圆柱形外伸管嘴的恒定出流
计算特点: 出流特点:
hf 0
在C-C断面形成收缩，然后再扩大，逐步充满 整个断面。 1
l (3 ~ 4)d
H
c
0 d
2
0
c
2
1
在孔口接一段长l=(3～4)d的 短管，液流经过短管并充满出口 断面流出的水力现象成为管嘴出 流。 根据实际需要管嘴可设计成： 1）圆柱形：内管嘴和外管嘴 2）非圆柱形：扩张管嘴和收缩 管嘴。
压力管路的水力计算 全部
前两章介绍了流体流动的基本原理，本章介绍这些原理在工程实际中的应 用，具体应用时，常要参考设计和施工的经验，对前面所学的公式作一些 简化。
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
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
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。
第5章 压力管道水力计算
钢管；水库有压泄洪隧洞或泄水管；供给的水泵装置系统及
管网；输送石油的管道。
精选版课件ppt
4
2、管道按布置分 3两种水头损失大小比重
简单管道：直径始终不变，无分支的管路（基础） 串联管道
复杂管道 并联管道 分枝管道
短管
局部水头损失、流速水头占 总水头损失比例较大（大于 5%），计算时不能忽略
长管
精选版课件ppt
并联管道特征
1.总流量是各分管段流量之和。
A
qvqv1qv2qv3...... Q
Q1 d1 hw1 Q2 d2 hw2 Q3 d3 hw3
B Q
2.并联管道的损失等于各分管 道的损失。
hwhw 1hw2hw3..精.选.版.课.件ppt特点：一般按长管进行水力计3算1
hfA hf1=hf2=hf3=hf
没有多大影响。
精选版课件ppt
6
压力管道水力计算的主要内容就是确定水头损失，包 括沿程水头损失和局部水头损失。
精选版课件ppt
7
§5.1 长管的水力计算
管道的种类: 简单管道 串联管道 并联管道 一、简单管道
1、计算中一般涉及的公式：
连续性方程： Qv1A1v2A2
能量方程： z1pg1 z2pg2 hf
3、达西公式：
4、包达公式：
hf
L d
v2 2g
hj
v2 2g
5、雷诺数： Re 精v选d版课件vpdpt
3
三、基本概念
1、有压管道：管道被水充满，管道周界各点受到液体压强作
用，其断面各点压强，一般不等于大气压强。 管 壁
管壁
液体
液体自由面
有压管道
无压管道
《有压管流水力计算》课件
《有压管流水力计算》 ppt课件
目录 CONTENT
• 引言 • 有压管流的基本概念 • 有压管流水力计算的原理 • 有压管流水力计算的方法 • 有压管流水力计算的实践应用 • 案例分析
01
引言
课程背景
随着我国水利水电工程建设的快速发展，有压管流水力计算作为水利水电工程设计 的重要环节，其准确性和可靠性对于保障工程安全和效益具有重要意义。
06
案例分析
实际工程中的有压管流水力计算案例
案例一
某城市供水管道系统
案例二
某工业园区排水管道系统
案例三
某山区灌溉管道系统
经典案例解析
01 02
案例一解析
该供水管道系统采用了有压管流水力计算方法，确保了供水压力和流量 满足用户需求。具体计算过程中考虑了管道长度、管径、流速、水头损 失等因素。
案例二解析
基于能量守恒、动量守恒等原理，推导出适用于非恒定流的计算公 式。
适用范围
适用于管路中水流速度和流量变化较大的情况。
特殊情况的计算方法
1 2
复杂管路计算方法
对于管路中存在分支、汇流、急转弯等情况，需 要采用特殊的计算方法。
特殊水力现象计算方法
如水击、水锤等现象，需要采用特定的计算方法 。
3
特殊工况计算方法
如高流速、高压力等特殊工况，需要采用特定的 计算方法。
05
有压管流水力计算的实践 应用
给水排水工程
给水排水工程是城市基础设施的重要组成部分，负责提供 安全可靠的饮用水和污水处理。有压管流水力计算在给水 排水工程中发挥着关键作用，用于确定管网的流量、水头 损失等参数，优化管网设计，提高供水效率。
具体应用包括：计算管网的流量分布、水头损失和管道阻 力，为管网的布局、管径选择、水泵配置等提供科学依据 。同时，有压管流水力计算还可用于评估管网的运行状态 ，预测可能出现的问题，为管网的维护和管理提供支持。
目录 CONTENT
• 引言 • 有压管流的基本概念 • 有压管流水力计算的原理 • 有压管流水力计算的方法 • 有压管流水力计算的实践应用 • 案例分析
01
引言
课程背景
随着我国水利水电工程建设的快速发展，有压管流水力计算作为水利水电工程设计 的重要环节，其准确性和可靠性对于保障工程安全和效益具有重要意义。
06
案例分析
实际工程中的有压管流水力计算案例
案例一
某城市供水管道系统
案例二
某工业园区排水管道系统
案例三
某山区灌溉管道系统
经典案例解析
01 02
案例一解析
该供水管道系统采用了有压管流水力计算方法，确保了供水压力和流量 满足用户需求。具体计算过程中考虑了管道长度、管径、流速、水头损 失等因素。
案例二解析
基于能量守恒、动量守恒等原理，推导出适用于非恒定流的计算公 式。
适用范围
适用于管路中水流速度和流量变化较大的情况。
特殊情况的计算方法
1 2
复杂管路计算方法
对于管路中存在分支、汇流、急转弯等情况，需 要采用特殊的计算方法。
特殊水力现象计算方法
如水击、水锤等现象，需要采用特定的计算方法 。
3
特殊工况计算方法
如高流速、高压力等特殊工况，需要采用特定的 计算方法。
05
有压管流水力计算的实践 应用
给水排水工程
给水排水工程是城市基础设施的重要组成部分，负责提供 安全可靠的饮用水和污水处理。有压管流水力计算在给水 排水工程中发挥着关键作用，用于确定管网的流量、水头 损失等参数，优化管网设计，提高供水效率。
具体应用包括：计算管网的流量分布、水头损失和管道阻 力，为管网的布局、管径选择、水泵配置等提供科学依据 。同时，有压管流水力计算还可用于评估管网的运行状态 ，预测可能出现的问题，为管网的维护和管理提供支持。
有压管路的水力计算
串联管路的流量可以是沿流程不变，也可由于沿管路每隔一定的 距离有流量分出，从而各段有不同的流量。随着沿程流量的减少，所 采用的管径也相应减小，各段管路中的流速也不相同。
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
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
流体力学第5章节压力管路的水力计算
流体力学第5章节压力管路的水力 计算
目录
• 引言 • 压力管路的基本概念 • 压力管路的水力计算基础 • 压力管路的水头损失计算 • 压力管路的压力分布计算 • 压力管路的优化设计 • 结论与展望
01 引言
主题简介
压力管路水力计算是流体力学中的一 个重要章节，主要涉及压力管道中流 体流动的水力学特性及计算方法。
本章节将介绍压力管路的基本概念、 水力学原理以及相关的水力计算方法 ，为实际工程应用提供理论支持。
章节目标
掌握压力管路的基本概念 和原理。
学习并掌握压力管路的水 力计算方法。
理解流体在压力管路中的 流动特性。
了解实际工程中压力管路 的设计与优化。
02 压力管路的基本概念
压力管路的定义
压力管路是指输送液体介质并承受一定压力的管道系统。 它广泛应用于石油、化工、水处理、能源等领域。
压力分布的影响因素
01
02
03
管路几何参数
管径、管长、管壁粗糙度 等都会影响压力分布。
流体性质
流体的密度、粘度、压缩 性等对压力分布有显著影 响。
流体流动状态
层流、湍流等不同的流动 状态对压力分布有不同的 影响。
06 压力管路的优化设计
优化设计的方法
数学模型法
通过建立压力管路的数学模型，包括流体动力学方程、管路材料 属性和边界条件等，进行数值模拟和优化求解。
局部水头损失的计算
局部阻力系数
根据局部障碍物的形状和尺寸，以及流体的物理性质，确定局部阻力系数，用 于计算局部水头损失。
经验公式
根据实验数据和经验，总结出一些常用的计算局部水头损失的经验公式，如谢 才公式等。
05 压力管路的压力分布计算
目录
• 引言 • 压力管路的基本概念 • 压力管路的水力计算基础 • 压力管路的水头损失计算 • 压力管路的压力分布计算 • 压力管路的优化设计 • 结论与展望
01 引言
主题简介
压力管路水力计算是流体力学中的一 个重要章节，主要涉及压力管道中流 体流动的水力学特性及计算方法。
本章节将介绍压力管路的基本概念、 水力学原理以及相关的水力计算方法 ，为实际工程应用提供理论支持。
章节目标
掌握压力管路的基本概念 和原理。
学习并掌握压力管路的水 力计算方法。
理解流体在压力管路中的 流动特性。
了解实际工程中压力管路 的设计与优化。
02 压力管路的基本概念
压力管路的定义
压力管路是指输送液体介质并承受一定压力的管道系统。 它广泛应用于石油、化工、水处理、能源等领域。
压力分布的影响因素
01
02
03
管路几何参数
管径、管长、管壁粗糙度 等都会影响压力分布。
流体性质
流体的密度、粘度、压缩 性等对压力分布有显著影 响。
流体流动状态
层流、湍流等不同的流动 状态对压力分布有不同的 影响。
06 压力管路的优化设计
优化设计的方法
数学模型法
通过建立压力管路的数学模型，包括流体动力学方程、管路材料 属性和边界条件等，进行数值模拟和优化求解。
局部水头损失的计算
局部阻力系数
根据局部障碍物的形状和尺寸，以及流体的物理性质，确定局部阻力系数，用 于计算局部水头损失。
经验公式
根据实验数据和经验，总结出一些常用的计算局部水头损失的经验公式，如谢 才公式等。
05 压力管路的压力分布计算
有压管道中的恒定流5-1简单管道水力计算的基本公式名师公开课获奖课件百校联赛一等奖课件
(
0.8
)
1 6
1
54.62m 2
/s
n
0.014 4
故 8g 8 9.8 0.0263
C 2 54.622
又因 c
1
l d
e
2 b
0
1 0.0263 50 0.5 2 0.2 1
0.8
1 0.531 3.54
可求得 d
43
0.97m 与假设不符。
0.531 3.14 2 9.8 3
管道出口淹没在水下称为淹没出流。
取符合渐变流条件旳
断面1-1和2-2,列能量
方程
z 1v02
2g
2v22
2g
hw12
因 v2 0
则有
z0
z 1v12
2g
hw12
在淹没出流情况下，涉及行进流速旳上下游水位差 z0 完全 消耗于沿程损失及局部损失。
11
因为 hw12 h f
hj
(
所需水塔高度为
H zc Hc h f zb 110.0 25 19.3 130.0 24.3m
22
3.管线布置已定，当要求输送一定流量时， 拟定所需旳断面尺寸（圆形管道即拟定管道直径）
这时可能出现下述两种情况：
1.管道旳输水能力、管长l及管道旳总水头H均已拟定。 若管道为长管 ，流量模数 K Q H l 由表4-1即可查出所需旳管道直径。
25
解：倒虹吸管一般作短管计算。
本题管道出口淹没在水下；而且上下游渠道中流
速相同，流速水头消去。
因
Q c A
2 gz
c
d 2
4
2 gz
所以 d
而 c
压力管道水力计算汇总
3 按照终点流量要求，确定各段流量 4 以经济流速确定各段管径 5 取标准管径后，计算流速和摩阻 6 按长管计算各段水头损失hw
1
z2 2
3
z1
J
z3
7 按串联管道计算起点到控制点的总水头损失。
285井站：282、283、284
安县
罗浮山温泉 秀水
24
塔水站
花街镇 Φ159×6,L34Km 93
(xq81站：81、95 xq52站：52、52-2、52-1、 xq43站：43、35、36、51、54)
Φ325×6,L＝37.5Km
L＝0Φ.859Km×4
135阀室
68
135井站：135-2、q30、q31
L＝Φ0.19559K×m 6
xp17井站：xp17、xp13、xp20、 xp21、xp22、xp3、290
工程流体力学
第五章 压力管路的水力计算 主 讲：刘恩斌
2011年10月
压力管道计算原理
有压管道：管道被水充满，管道周界各点受到液体压强作用，
其断面各点压强，一般不等于大气压强。
管壁
管壁
液体
液体自由面
有压管道
无压管道
工程中，常用各种有压管道输送液体，如水电站压力引水 钢管；水库有压泄洪隧洞或泄水管；供给的水泵装置系统及 管网；输送石油的管道。
的关系曲线（ qV ~ H， qV ~， qV
~ N曲线）。
其中：水泵的qV ~ H关系曲线
称为水泵的水力性能曲线
3．泵与管路系统的水力耦合工况
M点工况为设计工况; qVm为设计流量; Hm为设计水头。 Hg = Hz +（zt―z0）
•工况点M变，则服务水头Hz变； •水泵水力性能曲线越平坦则供水越稳定；
第五章有压管流水力计算
第五章 有压管流水力计 算 第三节 短管应用举例
1．管道的直径和安装高度 主要任务是确定吸水管和压力管的管径及水泵的最大允许 安装高程。 安装高程。 吸水管管径一般是根据允许流速计算。通常吸水管的允许流 吸水管管径一般是根据允许流速计算。 速为为1.2～ 速为为 ～2m/s。流速确定后管径为 。
d= 4Q πv
第五章 有压管流水力计算
第一节 概 述
简单管道水力计算的基本类型
对恒定流， 主要有下列几种。 对恒定流，有压管道的水力计算 主要有下列几种。 一、输水能力计算 已知管道布置、断面尺寸及作用水头时， 已知管道布置 、 断面尺寸及作用水头时 ， 要求确定 管道通过的流量。计算如上节例题。 管道通过的流量。计算如上节例题。 当已知管道尺寸和输水能力时，计算水头损失； 二、当已知管道尺寸和输水能力时，计算水头损失；即 一定流量时所必须的水头。 要求确定通过 一定流量时所必须的水头。 三、管道直径的确定
l v2 = h f + ∑ h j = (λ + ∑ ξ ) d 2g
v=
1 l λ + ∑ξ d
2 gz 0
通过管道的流量为
µc = λ
1 l + ∑ξ d
Q = vA = µ c A 2gz0
称为管道系统的流量系数。
式中，
当忽略掉行近流速时，流量计算公式为
Q = µ c A 2 gz
第五章 有压管流水力计 第二节 简单短管的水力计算 算
lB v − = z s + (1 + λ + ξ e + ξ b ) d 2g γ
pB
2
第五章 有压管流水力计 算 第三节 短管应用举例
二、泵装置的水力计算 水力计算包括吸水管及压力水管的计算，主要任务有： 水力计算包括吸水管及压力水管的计算，主要任务有：管径 的计算，水泵安装高度，水泵的扬程和功率的计算。 的计算，水泵安装高度，水泵的扬程和功率的计算。
第五章 有压管流
学习重点
• 1、掌握长管、短管以及有压流的计算及其 应用，了解管道的串、并联；
• 2、理解有压管道总的水击现象和水击传播 过程。
以上各章中讨论了液体运动的基本规 律，导出了水力学的基本方程——连续方 程、能量方程及动量方程，并阐述了水头 损失的计算方法，应用这些基本原理即可 研究解决工程中常见的水力计算问题，如 有压管道中的恒定流、明渠恒定流及水工 建筑物的水力计算等。本章讨论的重点是 有压管中恒定流的水力计算。即短管（水 泵装置、虹吸管、倒虹吸管）、长管的水 力计算和测压管水头线和总水头线的绘制。
§5-1 简单短管中的恒定有压流
简单管道的水力计算可分为自由 出流和淹没出流两种情况。
1.自由出流 管道出口水流流入大气，水股四周
都受大气压强的作用，称为自由出流 管道。
图4－1中，列断面 1－1、2－2的能量方程
z1
p1
112
2g
z2
p2
2
22
2g
hw12
H
2
22
2g
h f 12
hj
/ s,
n
0.014 4
8g 8 9.8 0.0263
C 2 54.622
c
1
l d
e
2b
0
1
0.0263 50 0.5 2 0.2 1
0.8
c
1 0.531 3.54
d
43
0.97m
0.531 3.14 2 9.8 3
与假设不符
故再假设d=0.95m，重新计算
C
1
(
0.95
b.在绘制总水头线时，应注意进口的边界条 件
图5-3 管道的进口边界
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z
2 1v0
2g
2 2 v2
2g
hw1 2
因 v2 0
则有
z0 z
1v1 2
2g
hw12
在淹没出流情况下，包括行进流速的上下游水位差z0完全 消耗于沿程损失及局部损失。
第五章 有压管流水力计 第二节 简单短管的水力计算 算
因为 h 整理后可得管内平均流速
w1 2
2 v2 z s hv ( 2 ) 2g
l
第五章 有压管流水力计 算第三节 短管应用举例
2．水泵的扬程和功率 水流经过水泵时，从水泵的动力装置获得了外加的机械能。 QH t N 因而动力机械的功率为
P
z hw14 H t 为水泵向单位重量液体所提供的机械能，成为
第五章 有压管流水力计 算 第五节 复杂管路水力计算
若沿程均匀泄流管道只有途泄流量，而贯通流量为零，则
管道水头损失相当于途泄流量集 中在管道末端泄出时水头损失的 1/3
h
f
1 Qu l 2 3k
2
第五章 有压管流水力计 算 第五节 复杂管路水力计算
枝状管网应按最不利点设计干管，在干管各段的流量分配给定，管径由
i vi 2
2g
hwi
由此可绘出总水头线和测压管水头线。 管内压强可为正值也可为负值。当管内存在有较大负压时， 可能产生空化现象。
第五章 有压管流水力计算
第二节 简单短管的水力计算 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
水泵的总水头或扬程。
H t z hw12 hw34
上式表明水泵向单位重量液体所提供的机械能一方面是用来
将水流提高一个几何高度，另一方面是用来克服水头损失
第五章 有压管流水力计 算第三节 短管应用举例
二、倒虹吸管的水力计算 在渠道与其他渠道或公路、河道相交叉时，常常在公路 或河道的下面设置一段管道，这段管道就是倒虹吸管。倒虹 吸管的水力计算主要任务有：过流能力计算，上下游水位差 的计算，管径的计算。
2．管道的输水量Q，管长l已知，要求选定所需的管径及相应的 水头。从技术和经济条件综合考虑。 (1) 管道使用要求： 管中流速大产生水击，流速小泥沙 淤积。 (2) 管道经济效益：管径小，造价低，但流速大，水头损失也大 ，抽水耗费也增加。反之管径大，流速小，水头损失减少，运转费 用少，但管道造价高。 当根据技术要求确定流速后管道直径即可由右式计算：
第五章 有压管流水力计算
本章内容：
短管、长管的概念；淹没出流、自由出流的概 念。 短管的水力计算； 长管的水力计算； 复杂管路得水力计算。
第五章 有压管流水力计算
第一节 概 述
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
d
4Q v
第五章 有压管流水力计 算 第二节 简单短管的水力计算
四、绘制总水头线和侧压管水头线 （一）、绘制总水头和测压管水头线的具体步骤 （二）、绘制总水头线和测压管水头线应注意的问题 1.沿程水头损失沿管均匀分布，局部水头损失发生在局部边界突 变的概化断面上。 2.在等直径的管段中，测压管水头线与总水头线平行。 3.进口的边界条件 4.出口的边界条件 5.测压管水头线可以上升或下降，但总水头线总是下降。
H
2 1v0
2g
2v 2
2g
H0
hw12
令
H
1v0 2
2g
且因 hw12 h f h j
第五章 有压管流水力计算
第二节
2v 2
2g
简单短管的水力计算
hf hj
故
H0
上式表明，管道的总水头将全部消耗于管道的水头损 失和保持出口的动能。 因为沿程损失 局部水头损失
第五章 有压管流水力计 算 第二节 简单短管的水力计算
（三）负压段的判断 1.根据流量计算速度和沿程水头损失以及局部水头损失 2.计算每段管端的总水头值，绘总水头线 3.总水头减去速度水头即为侧压管水头
第五章 有压管流水力计 算第三节 短管应用举例
一、虹吸管的水力计算 虹吸管是一种压 力输水管道，其顶 部高程高于上游供 水水面。
v 0.2
第五章 有压管流水力计 算 第四节 长管的水力计算
二、简单长管水力计算类型 1、管线布置、作用水头、管道材料已定，当要求输送一定 流量时，确定所需的管径 ；参见P139 例5-7
求出K，再确定标准管径
第五章 有压管流水力计 算 第四节 长管的水力计算
2、已知作用水头、尺寸、材料及管线布置，计算输水能力 ；
H QK , 参见P139例5 - 6 l
3、已知管道尺寸、材料、管线布置和输水能力，计算作用 水头（确定水塔高度） 。参见P139 例5-6
第五章 有压管流水力计 算 第五节 复杂管路水力计算
二. 复杂管道的水力计算
串联管道。
n 段串联管道，各 段损失分别计算然 后叠加，认为作用 水头全部用于沿程 损失，可得一个方 程。
2 a1v0 pB av2 lB v2 00 zs ( e b ) 2g 2g d 2g
得到
lB v2 zs (1 e b ) d 2g pB
第五章 有压管流水力计 算 第三节 短管应用举例
二、泵装置的水力计算 水力计算包括吸水管及压力水管的计算，主要任务有：管径 的计算，水泵安装高度，水泵的扬程和功率的计算。
c 2 gz
c
1 l d
而
因为沿程阻力系数λ或谢才系数C都是d 的复杂函数，因此需 用试算法或迭代法。
第五章 有压管流水力计 算 第四节 长管的水力计算
一、简单长管的水力计算 如果作用水头的 95%以上用于沿程 水头损失，我们就 可以略去局部损失 及出口速度水头， 认为全部作用水头 消耗在沿程，这样 的管道流动称为水 力长管。否则为水 力短管。
第五章 有压管流水力计算
四、对一个已知管道尺寸、水头和流量的管道，要求 确定管道各断面压强的大小。 先分析沿管道总流测压管水头的变化情况，再计算并绘制
第一节 概 述
测压管水头线。
因为流量和管径均已知各断面的平均流速即可求出，入口到 任一断面的全部水头损失也可算出。该点压强为
pi
H1 zi
第五章 有压管流水力计 算第三节 短管应用举例
（1）过流能力的计算：Q c A 2gz （2）上下游水位差的计算：
Q2 z 2 2 c A 2g
第五章 有压管流水力计 算第三节 短管应用举例
（3）管道直径的计算
Q c A 2 gz c
d 2
4
2 gz
因 所以
d
4Q
特点：顶部真空高度理论上不能大于10m，一般其真空高 度值限制在(6~8m )；虹吸管长度一般不大，应按短管计算。
第五章 有压管流水力计 算 第三节 短管应用举例
虹吸管的水力计算包括： 已知上下游水位差，管径，确定输水流量； 由公式 Q c A 2gz 进行计算。 由虹吸管的允许真空度，确定管顶最大安装高度； 或者已知安装高度，校核最大真空。 列能量方程：
(i=1,…, n)
流量之和为 总流量，又可 得一个方程
i 1
Qi Ki
i 1
n
n
hf i li
Q
第五章 有压管流水力计 算 第五节 复杂管路水力计算
沿程均匀泄流管
Q h k
f
2
r 2
l
途泄流量Qu ql
折算流量Q
r
Q 0.55Q
t u
Qt为贯K J K
Q2 H hf 2 l K
长管 : 作用水头全部 消耗于沿程损失
第五章 有压管流水力计 算 第四节 长管的水力计算
流量模数K AC R f (n, d )
Q2 H hf k 2 l K
当v 1.2m / s时（过渡区）， k 1 当v 1.2m / s时，k 1
Qi2 H h f i 2 li i 1 i 1 Ki
n n
各段流量间的关系由 连续原理确定，又可 得 n-1个方程
Qi 1 Qi qi (i 2,3)
第五章 有压管流水力计 算 第五节 复杂管路水力计算
并联管道 n段并联管道的水头损失是相同的，给出n-1个方程
Qi2 h f i 2 li const Ki
Q
1 A 2 gH0 l 1 d
c A 2 gH0
Q c A 2gH
式中
c
1 l 1 d
称为管道系统的流量系数。
当忽略行近流速时，流量计算公式变为
第五章 有压管流水力计 算 第二节简单短管的水力计算 二、淹没出流
管道出口淹没在水下称为淹没出流。 取符合渐变流条 件的断面1-1和2-2 列能量方程
第五章 有压管流水力计 算 第三节 短管应用举例
1．管道的直径和安装高度
主要任务是确定吸水管和压力管的管径及水泵的最大允许
安装高程。 吸水管管径一般是根据允许流速计算。通常吸水管的允许流 速为为1.2～2m/s。流速确定后管径为
d 4Q v
水泵的最大允许安装高程zs决定于水泵的最大允许真空值hv和 吸水管的水头损失。
l v2 h f h j ( ) d 2g
v
1 l d
2 gz0
通过管道的流量为
2 1v0
2g
2 2 v2
2g
hw1 2
因 v2 0
则有
z0 z
1v1 2
2g
hw12
在淹没出流情况下，包括行进流速的上下游水位差z0完全 消耗于沿程损失及局部损失。
第五章 有压管流水力计 第二节 简单短管的水力计算 算
因为 h 整理后可得管内平均流速
w1 2
2 v2 z s hv ( 2 ) 2g
l
第五章 有压管流水力计 算第三节 短管应用举例
2．水泵的扬程和功率 水流经过水泵时，从水泵的动力装置获得了外加的机械能。 QH t N 因而动力机械的功率为
P
z hw14 H t 为水泵向单位重量液体所提供的机械能，成为
第五章 有压管流水力计 算 第五节 复杂管路水力计算
若沿程均匀泄流管道只有途泄流量，而贯通流量为零，则
管道水头损失相当于途泄流量集 中在管道末端泄出时水头损失的 1/3
h
f
1 Qu l 2 3k
2
第五章 有压管流水力计 算 第五节 复杂管路水力计算
枝状管网应按最不利点设计干管，在干管各段的流量分配给定，管径由
i vi 2
2g
hwi
由此可绘出总水头线和测压管水头线。 管内压强可为正值也可为负值。当管内存在有较大负压时， 可能产生空化现象。
第五章 有压管流水力计算
第二节 简单短管的水力计算 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
水泵的总水头或扬程。
H t z hw12 hw34
上式表明水泵向单位重量液体所提供的机械能一方面是用来
将水流提高一个几何高度，另一方面是用来克服水头损失
第五章 有压管流水力计 算第三节 短管应用举例
二、倒虹吸管的水力计算 在渠道与其他渠道或公路、河道相交叉时，常常在公路 或河道的下面设置一段管道，这段管道就是倒虹吸管。倒虹 吸管的水力计算主要任务有：过流能力计算，上下游水位差 的计算，管径的计算。
2．管道的输水量Q，管长l已知，要求选定所需的管径及相应的 水头。从技术和经济条件综合考虑。 (1) 管道使用要求： 管中流速大产生水击，流速小泥沙 淤积。 (2) 管道经济效益：管径小，造价低，但流速大，水头损失也大 ，抽水耗费也增加。反之管径大，流速小，水头损失减少，运转费 用少，但管道造价高。 当根据技术要求确定流速后管道直径即可由右式计算：
第五章 有压管流水力计算
本章内容：
短管、长管的概念；淹没出流、自由出流的概 念。 短管的水力计算； 长管的水力计算； 复杂管路得水力计算。
第五章 有压管流水力计算
第一节 概 述
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
d
4Q v
第五章 有压管流水力计 算 第二节 简单短管的水力计算
四、绘制总水头线和侧压管水头线 （一）、绘制总水头和测压管水头线的具体步骤 （二）、绘制总水头线和测压管水头线应注意的问题 1.沿程水头损失沿管均匀分布，局部水头损失发生在局部边界突 变的概化断面上。 2.在等直径的管段中，测压管水头线与总水头线平行。 3.进口的边界条件 4.出口的边界条件 5.测压管水头线可以上升或下降，但总水头线总是下降。
H
2 1v0
2g
2v 2
2g
H0
hw12
令
H
1v0 2
2g
且因 hw12 h f h j
第五章 有压管流水力计算
第二节
2v 2
2g
简单短管的水力计算
hf hj
故
H0
上式表明，管道的总水头将全部消耗于管道的水头损 失和保持出口的动能。 因为沿程损失 局部水头损失
第五章 有压管流水力计 算 第二节 简单短管的水力计算
（三）负压段的判断 1.根据流量计算速度和沿程水头损失以及局部水头损失 2.计算每段管端的总水头值，绘总水头线 3.总水头减去速度水头即为侧压管水头
第五章 有压管流水力计 算第三节 短管应用举例
一、虹吸管的水力计算 虹吸管是一种压 力输水管道，其顶 部高程高于上游供 水水面。
v 0.2
第五章 有压管流水力计 算 第四节 长管的水力计算
二、简单长管水力计算类型 1、管线布置、作用水头、管道材料已定，当要求输送一定 流量时，确定所需的管径 ；参见P139 例5-7
求出K，再确定标准管径
第五章 有压管流水力计 算 第四节 长管的水力计算
2、已知作用水头、尺寸、材料及管线布置，计算输水能力 ；
H QK , 参见P139例5 - 6 l
3、已知管道尺寸、材料、管线布置和输水能力，计算作用 水头（确定水塔高度） 。参见P139 例5-6
第五章 有压管流水力计 算 第五节 复杂管路水力计算
二. 复杂管道的水力计算
串联管道。
n 段串联管道，各 段损失分别计算然 后叠加，认为作用 水头全部用于沿程 损失，可得一个方 程。
2 a1v0 pB av2 lB v2 00 zs ( e b ) 2g 2g d 2g
得到
lB v2 zs (1 e b ) d 2g pB
第五章 有压管流水力计 算 第三节 短管应用举例
二、泵装置的水力计算 水力计算包括吸水管及压力水管的计算，主要任务有：管径 的计算，水泵安装高度，水泵的扬程和功率的计算。
c 2 gz
c
1 l d
而
因为沿程阻力系数λ或谢才系数C都是d 的复杂函数，因此需 用试算法或迭代法。
第五章 有压管流水力计 算 第四节 长管的水力计算
一、简单长管的水力计算 如果作用水头的 95%以上用于沿程 水头损失，我们就 可以略去局部损失 及出口速度水头， 认为全部作用水头 消耗在沿程，这样 的管道流动称为水 力长管。否则为水 力短管。
第五章 有压管流水力计算
四、对一个已知管道尺寸、水头和流量的管道，要求 确定管道各断面压强的大小。 先分析沿管道总流测压管水头的变化情况，再计算并绘制
第一节 概 述
测压管水头线。
因为流量和管径均已知各断面的平均流速即可求出，入口到 任一断面的全部水头损失也可算出。该点压强为
pi
H1 zi
第五章 有压管流水力计 算第三节 短管应用举例
（1）过流能力的计算：Q c A 2gz （2）上下游水位差的计算：
Q2 z 2 2 c A 2g
第五章 有压管流水力计 算第三节 短管应用举例
（3）管道直径的计算
Q c A 2 gz c
d 2
4
2 gz
因 所以
d
4Q
特点：顶部真空高度理论上不能大于10m，一般其真空高 度值限制在(6~8m )；虹吸管长度一般不大，应按短管计算。
第五章 有压管流水力计 算 第三节 短管应用举例
虹吸管的水力计算包括： 已知上下游水位差，管径，确定输水流量； 由公式 Q c A 2gz 进行计算。 由虹吸管的允许真空度，确定管顶最大安装高度； 或者已知安装高度，校核最大真空。 列能量方程：
(i=1,…, n)
流量之和为 总流量，又可 得一个方程
i 1
Qi Ki
i 1
n
n
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Q
第五章 有压管流水力计 算 第五节 复杂管路水力计算
沿程均匀泄流管
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f
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r
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Qt为贯K J K
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长管 : 作用水头全部 消耗于沿程损失
第五章 有压管流水力计 算 第四节 长管的水力计算
流量模数K AC R f (n, d )
Q2 H hf k 2 l K
当v 1.2m / s时（过渡区）， k 1 当v 1.2m / s时，k 1
Qi2 H h f i 2 li i 1 i 1 Ki
n n
各段流量间的关系由 连续原理确定，又可 得 n-1个方程
Qi 1 Qi qi (i 2,3)
第五章 有压管流水力计 算 第五节 复杂管路水力计算
并联管道 n段并联管道的水头损失是相同的，给出n-1个方程
Qi2 h f i 2 li const Ki
Q
1 A 2 gH0 l 1 d
c A 2 gH0
Q c A 2gH
式中
c
1 l 1 d
称为管道系统的流量系数。
当忽略行近流速时，流量计算公式变为
第五章 有压管流水力计 算 第二节简单短管的水力计算 二、淹没出流
管道出口淹没在水下称为淹没出流。 取符合渐变流条 件的断面1-1和2-2 列能量方程
第五章 有压管流水力计 算 第三节 短管应用举例
1．管道的直径和安装高度
主要任务是确定吸水管和压力管的管径及水泵的最大允许
安装高程。 吸水管管径一般是根据允许流速计算。通常吸水管的允许流 速为为1.2～2m/s。流速确定后管径为
d 4Q v
水泵的最大允许安装高程zs决定于水泵的最大允许真空值hv和 吸水管的水头损失。
l v2 h f h j ( ) d 2g
v
1 l d
2 gz0
通过管道的流量为