水力学 有压管流

H
pa
g
112
2g
0
pa
g
222
2g
hw
υ1≈υ2≈0
H
hw
(
l d
)
2
2g
1
2gH
(
l d
)
Q A
1
(
l d
)
2gH A c A 2gH
c
1
(
l d
Fra Baidu bibliotek
)
可见，短管淹没出流与自由出流的流量公式在形式
上基本相同，流量系数 值也基本相等。
区别
❖淹没出流的H为孔口上、下游的总水头差； ❖自由出流出流公式中的H为上游液面至下游出口形心处
（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。
（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。
的高度。
简单短管中有压流计算的基本问题和方法
根据一些已知条件，求解另一些变量的问题。
v c 2gH0
Q c A 2gH0
hw
c
v2 2g
C C
1
1 C
c
l d
它的基本问题有以下四种类型。
（1）为已知作用水头、管长、管径、管材与局部 变化，求流量，见p117 [例6-1]。
（2）为已知流量、管长、管径、管材与局部变化， 求作用水头，见p118 [例6-2]。
注意：
长管和短管不按管道绝对长度决定。
当管道存在较大局部损失管件，例如局部开启闸门、喷 嘴、底阀等。既是管道很长，局部损失也不能略去，必须 按短管计算。
根据管道布置与连接情况，管道可分为
简单管道
串联管道(pipe in series)
复杂管道
并联管道(pipe in parallel) 管 网(pipe networks)
（3）为已知作用水头、流量、管长、管材与局部 变化，求管径，见p119 [例6-3]。
前两种为校核计算，后一种为设计计算
（4）绘制测压管水头线和总水头线
测压管水头线的定性分析
1
V0≈0
p g
O 1
H
V2 2g
1.虹吸管
原理：
利用上下游水位差（虹吸管上游进 口必须位于上游液面下）
顶部最大真空限制值： 7~8m，或70~80KPa
局部损失及流速水头在总损失中占有相当的比重，计算时不 能忽略的管道
自由出流 淹没出流
概念介绍
管流：由管道及附件组成输送流体的系统称为管路 系统，简称管流。
管流 管中是否充满水
液体
管壁
有压管路 无压管路
管壁 液体自由面
有压管道
无压管道
工程中，为输送液体，常用各种有压管道，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
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。
（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：
l 2
d 2g
2 ( l
2g
d
)2
2g
令H 0
H
112
2g
H0
2
22
2g
hw
2
22
2g
(
l
d
) 22
2g
2
(2
1
l
d
2 gH 0
)
Q 2 A2
1
(2
l d
)
2gH0
d2
4
d2
4
c
2gH0
c
1
( 2
l d
)
管路流量系数
淹没出流
取0-0为基准面， 1-1与2-2为控制断面， 列伯努利方程：
水力学教学课件
主讲教师：刘伟 答疑地点：综合实验楼106
第五章学习重点： 1.了解液体运动两种流态的特点，掌握流态的判 别方法和雷诺数Re的物理意义。 2.沿程水头损失系数λ在层流和紊流三个流区内 的变化规律。 3. 达西公式 4. 谢才公式及曼宁公式，并会确定糙率n。 5. 局部水头损失计算。
第六章 有压管流
6.1 短管水力计算
6.1.1 基本公式
短管水力计算可直接应用伯努利方 程求解，短管出流有自由出流和淹没出 流之分。
液体经短管流入大气为自由出流， 液体经短管流入液体为淹没出流。
自由出流
取0-0为基准面， 1-1与2-2为控制断面， 列伯努利方程：
H
pa
g
112
2g
0
pa
g
2
22
2g
hw
hw hf hj
§6.1 短管的水力计算 §6.2 长管的水力计算 §6.3 管网水力计算基础
主要内容：
简单管道水力计算的基本公式 简单管道水力计算的基本类型 简单管道水力计算特例——虹吸管及水泵 串联管道的水力计算 并联管道的水力计算
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。
分类
本章讨论分析的是一般常见的恒定管流，且为紊流。为了 便于分析研究，对管路系统进行分类。
沿程水头损失 与局部水头损 失的比例
长管
沿程水头损失水头为主，局部 损失和流速水头在总水头损失中所 占比重很小，计算时可忽略。
短管
局部水头损失及流速水头在总水 头损失中占相当比例（一般大于
5%），计算时均不能忽略。
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Q，尺寸（Ｌ、
d），损失hf。
有压管中的恒定流
有压管道 无压管道
有压流 无压流
简单管道 复杂管道
简单管道
串联管道
并联管道
长管 短管
水头损失以沿程水头损失为主，局部水头损失和流速水头在 总损失中所占比重很小，计算时可以忽略的管道
枝状管网（branching pipe） 环状管网(looping pipe)
简单管道：指粗糙度相同没有分支的等管径管道， 复杂管道：指由两条以上有分支或粗糙度或管径不同管道组成的管系。
液体经容器壁上孔口流出的水力现象称为孔口流出。 由于孔口出流的情况是多种多样的，根据出流条件可 分为自由出流和淹没出流。液体通过孔口流入大气的 出流称为自由出流；流入充满液体的空间称为淹没出 流
水力计算目的：
❖确定管中流量 ❖确定管顶最大真空值 ❖管顶最大安装高度
注意：虹吸管按短管计算；最大真 空处在位置最高处。
剪应力与剪切应变率之间满足线性关系的流体 称为牛顿流体，而把不满足线性关系的流体称 为非牛顿流体。
例9-1 利用虹吸管将渠道中的水输送到集水池
已知管径 d =300mm，管长 l1=260m，管长 l2=40m，沿程阻力 系数 λ1=λ2= 0.025。滤水网、折管、阀门出口的局部损失系数分 别为ξ1=3.0 、 ξ2=ξ4=0.55 、 ξ3 =0.17 、 ξ5 =1.0 。渠道与 集水池的恒定水位差 z=0.54m。虹吸管允许的真空高度 hv