第四章有壓管中的恒定流

1、編輯課件1第四章習(xí)題解答4-1 管道中整個(gè)過水?dāng)嗝婢灰后w充滿，斷面的周界就是濕周，管道過水?dāng)嗝嫔细鼽c(diǎn)的壓強(qiáng)可以大于大氣壓，也可以小于大氣壓，周界上的各點(diǎn)均受到液體壓強(qiáng)的作用，無自由表面，這種流動(dòng)稱為有壓管流。 其主要水力特征就是沒有自由表面。編輯課件24-2 長管是指水頭損失以沿程水頭損失為主，其局部水頭損失和流速水頭在總損失中所占的比重很小，計(jì)算時(shí)可以忽略不計(jì)的管道。 短管是指局部水頭損失及流速水頭在總損失中占有相當(dāng)比重，計(jì)算實(shí)不能忽略的管道。 長管和短管的判別是以局部水頭損失和流速水頭小于沿程水頭損失的5%則為短管，否則為長管，不是簡(jiǎn)單地以管道的長短而論。 如果是短管，想按長管計(jì)算，可將

2、局部阻力系數(shù) 按關(guān)系式 換算成某一當(dāng)量長度 加入到管長中即可。 ildil編輯課件34-3 （1）兩管中通過的流量相同。見課本P169P170（2）兩管中各對(duì)應(yīng)點(diǎn)的壓強(qiáng)是不同的，通過定性畫總水頭線和測(cè)壓管水頭線可以明顯地看出來。編輯課件44-4 三條泄水管的泄流量相同。因?yàn)槿龡l管均為淹沒出流，根據(jù)淹沒出流的流量公式，在流量系數(shù)、面積及上下游水位差均相等的情況下，泄流量應(yīng)相等。編輯課件5第四章習(xí)題解答4-1 壩下埋設(shè)一預(yù)制混凝土引水管，直徑D為lm，長40m，進(jìn)口處有一道平板閘門控制流量，引水管出口底部高程 V62.0m，當(dāng)上游水位為V70.0m，下游水位為 V60.5m，閘門全開時(shí)能引多大流量

3、？編輯課件64-1解：本題按短管自由出流計(jì)算 混凝土糙率n0.014 作用水頭H70.0-（62.0+D/2）7.5m07.5HHm不計(jì)行進(jìn)流速水頭，則0.254DRm1/61/6110.2556.60.014CRn280.0245gC編輯課件7取0.5110.644011 0.02450.51cld326.25/cQAgHms6.257.96/1.2/ 0.785QVm sm sA屬于阻力平方區(qū)編輯課件84-2 倒虹吸管采用500mm直徑的鑄鐵管，長 L為125m，進(jìn)出口水位高程差為5m，根據(jù)地形，兩轉(zhuǎn)彎角各為60和50，上下游渠道流速相等。問能通過多大流量？編輯課件94-2解：本題按短管淹

4、沒出流計(jì)算鑄鐵管糙率n0.01250.1254dRm1/61/6110.12556.570.0125CRn280.0245gC0.5進(jìn)口1.0出口編輯課件10 246060600.946sin2.05sin0.36522245050500.946sin2.05sin0.23622110.351250.02450.3650.2360.5 10.5cld320.68/cQAgZms3.46/1.2/ QVm sm sA屬于阻力平方區(qū)編輯課件114-3 水泵自吸水井抽水，吸水井與蓄水池用自流管相接，其水位均不變，如圖所示。水泵安裝高度zs為4.5m；自流管長 L為20m，直徑d為150mm；水泵吸水

5、管長L1為12m，直徑d1為150mm；自流管與吸水管的沿程阻力系數(shù)=0.03；自流管濾網(wǎng)的局部水頭損失系數(shù)=2.0；水泵底閥的局部水頭損失系數(shù) =9.0；90彎頭的局部水頭損失系數(shù)0.3；若水泵進(jìn)口真空值不超過6m水柱，求水泵的最大流量是多少？在這種流量下，水池與水井的水位差z將為若干？編輯課件124-3解：（1）計(jì)算水泵最大流量211()2SvlvZhdg11()2(64.5) 2 9.81.52/121 0.039.30.15vShZgvm sld QvA22213.140.150.017744Adm3max1.52 0.01770.0268/Qms編輯課件13（2）計(jì)算水池與水井的水位

6、差Z按短管淹沒出流計(jì)算2cQAgZ110.378200.032 10.15cld220.82()2cQZmAg編輯課件14 4-4 鋼管輸水，流量Q為52.5 L/s，管徑d為200mm，管長L為300m，局部水頭損失按沿程水頭損失的5計(jì)。問水塔水面要比管道出口高多少？編輯課件154-4解：鋼管取n=0.01105. 04dR1166110.0555.180.011CRnsmAQV/67. 12 . 0414. 30525. 020258. 018.558 . 98822Cg編輯課件16223001.670.02585.5120.22 9.8fl Vhmdg0.05 5.510.276jhm2

7、21 1.675.470.2765.922 9.8fjVHhhmg編輯課件174-5 用水泵提水灌溉，水池水面高程179.5m，河面水位155.0m；吸水管為長4m、直徑200mm的鋼管，設(shè)有帶底閥的蓮蓬頭及45彎頭一個(gè)。壓力水管為長50m，直徑150mm的鋼管，設(shè)有逆止閥（=1.7）、閘閥（=0.1），45的彎頭各一個(gè)，機(jī)組效率為80%；已知流量為50000cm3/s，問要求水泵有多大揚(yáng)程？編輯課件184-5解：鋼管取n0.01122110.03144Adm110.054dRm1/611155CRn12180.026gC22220.01774Adm220.03754dRm1/622152.6

8、CRn22280.0283gC編輯課件19其中22112212121222fffl Vl Vhhhdgdg111.59/QVm sA222.84/QVm sA123.915fffhhhm編輯課件20 22121222221.592.84(5.20.183)(1.70.10.183 1)2 9.82 9.81.916jVVhgg3.915 1.9165.831wfjhhh(179.5 155)5.83130.331twHZhm水泵的揚(yáng)程 編輯課件214-6 用虹吸管從蓄水池引水灌溉。虹吸管采用直徑0.4m的鋼管，管道進(jìn)口處安一蓮蓬頭，有2個(gè)40轉(zhuǎn)角；上下游水位差H為4m；上游水面至管頂高程z為1

9、.8m；管段長度 L1為8m，L2為4m、L3為12m。要求計(jì)算：1. 通過虹吸管的流量為多少？2. 虹吸管中壓強(qiáng)最小的斷面在哪里，其最大真空值是多少？編輯課件224-6解：灌溉用鋼管 n = 0.012222126. 04 . 0414. 34mdAmdR1 . 044 . 04111662110.156.8/0.012CRm sn0243. 08 .568 . 98822Cg編輯課件23139. 0240sin05. 2240sin946. 04240無底閥）蓬(5 . 20 . 1出45. 01139. 025 . 24 . 0240243. 011dlcghAQc230.45 0.12

10、62 9.8 40.5/ms2 . 1/97. 3126. 05 . 0smAQV屬阻力平方區(qū),虹吸管中壓強(qiáng)最小的斷面在距離蓄水池水位最高處，即第二個(gè)彎管前的斷面處。編輯課件240.41.81.62sZm2max402(2123.971.6(1 0.02432.50.139)0.42 9.815.15.1 9.849.98vscklVhZdgmpkpa進(jìn)）編輯課件254-7 水泵壓水管為鑄鐵管，向B、C、D點(diǎn)供水。D點(diǎn)的服務(wù)水頭為4m（即D點(diǎn)的壓強(qiáng)水頭為4m水柱）；A、B、C、D點(diǎn)在同一高程上。今已知qB為10000cm3/s，qC為5000cm3/s，qD為10000cm3/s；管徑d1為2

11、00mm，管長L1為500m；管徑d2為150mm，管長L2為450m；管徑d3為100mm，管長L3為300m，求水泵出口處壓強(qiáng)應(yīng)為若干？編輯課件26解：鑄鐵管取n=0.0125, 根據(jù) md2001md1502md1003查表4-1得管的相應(yīng)流量摸數(shù)：sLK/1 .3411sLK/4 .1582sLK/72.533又根據(jù)連續(xù)性方程得：slqQQB/25101521slqQQc/1551032編輯課件27slqQD/103各管段的沿程損失：1211)(1lKQhfm67. 2500)1 .34125(22222)(2lKQhfm06. 4450)4 .15815(23233)(3lKQhfm

12、4 .10300)72.5310(2編輯課件28校核是否存在阻力平方區(qū)： 4211111dQAQVsm/796. 02 . 014. 3025. 0424222222dQAQVsm/849. 015. 014. 3015. 0424233333dQAQVsm/273. 11 . 014. 301. 042編輯課件29 由此可知管道1和管道2的流速均小于1.2 m/s , 屬于過渡區(qū)，由表4-2 查得修正系數(shù)06. 11k05. 12k水泵出水口A點(diǎn)的壓強(qiáng)水頭為 122124 1.06 2.69 1.05 4.06 10.4 21.5ADAfffppHkhk hhm 水柱高編輯課件304-8 水

13、塔供水的管道上有并聯(lián)管道1及2，如圖所示。管道為鑄鐵管，水自D點(diǎn)出流時(shí)，要求服務(wù)水頭Hz為8m，其流量QD為20 l /s；在B點(diǎn)出流量qB為45 l /s；CD段為沿程均勻泄流管道，單位長度上的沿程泄流量q為100cm3/s-m，管長lCD為300m，管徑dCD為200mm；管長l1為350m，管徑d1為150mm；管長l2為700m，管徑d2為150mm；總管長lAB為500m，管徑dAB為250mm；D點(diǎn)高程為100.0m。試決定并聯(lián)管道內(nèi)流量分配，并計(jì)算水塔的水面高程。 編輯課件314-8解：根據(jù)連續(xù)性方程50 /CDCDQQqll s95 /ABCBQQql s1212200,150

14、341.1 / ,158.4 /CDCDdmm ddmmKl s KKl s由查表得22(0.55)3.43CDfCDDCDlhQqlmK編輯課件32 12121 2,CfCBffQQQ hhh管段 、為并聯(lián)管，22121211.98()CfCBQhmKKll111129.30 /fhQKl sl222220.7 /fhQKl sl編輯課件33 故均在阻力平方區(qū) 250,618.5 /ABABABdmmKL S對(duì)段，查表得2()11.8ABfABABABQhlmK1.94/1.2/Qm sm sAAB核對(duì)各段流速是否在阻力平方區(qū)：V11.66/1.2/Vm sm s27.21wfABfBCfC

15、Dhhhhm管道的總水頭損失35.21whmZ管道的總水頭HH +10035.21135.21m水塔高度 編輯課件344-9 一串聯(lián)管道自水池引水，出流至大氣中。第一段管道d1為75mm，l1為24m；第二段管道d2為50mm，l2為15m；通過流量Q為2.8 l/s；管道進(jìn)口為銳緣形，二段管道聯(lián)接處為突然縮小，管道的沿程阻力系數(shù)1為0.0232，2為0.0192。求所需的水頭H，并繪制測(cè)壓管水頭線及總水頭線。編輯課件35解：122144 .00280.634/1.2/3.14 0.075QVm sm sd查表4-2得 11. 11k222244 .00281.427/3.14 0.05QVm

16、 sd28. 0)075. 005. 01 (5 . 0)15 . 02212AA（突縮1 . 0進(jìn)口編輯課件36以管道中心線為基準(zhǔn)面，寫水池和管道出口斷面的能量方程：22200002wVHhg222222211221211211222222Vl Vl VVVHkkgdgdggg進(jìn)突縮gVdlgVdl2)(2)22222221111縮進(jìn)（2224 1.11 0.63415 1.427(0.5 0.0232)(1 0.28 0.0192)0.90.075 2 9.80.05 2 9.8m 編輯課件37繪測(cè)壓管水頭線和總水頭線mgV0205. 08 . 92634. 0122211mgV104.

17、08 . 92427. 1122222編輯課件38 4-10 兩水池間聯(lián)以三條并聯(lián)管道，它們的長度相同，直徑分別是d、2d及3d；假定各管有相同的沿程阻力系數(shù)。當(dāng)直徑為d的管道通過流量Q1為0.03m3/s時(shí)，直徑為2d及3d的管道各通過流量為若干？編輯課件39解：222312123222123QQQlllKKKRCAK gC842dA 4dR 5222222284)4(8dgddgRACK故根據(jù)已知條件：321llll321dd 1dd22dd33編輯課件4022122255(2 )88QQggdd252221232 0.030.0288QQ320.02880.17/Qms22312255(

18、3 )88QQggdd2187. 003. 02433221523QQ得330.21870.468/Qms編輯課件41 4-11 一分叉管道聯(lián)接水池A、B、C，如圖所示。設(shè)1、2、3段管道的直徑及長度分別為：d1為60cm，L1為900m；d2為45cm，L2為300m；d3為40cm，L3為1200m。管道為新鋼管，A、B、C水池的水面高程為：A為30m，B為18m C為0m。求通過各管的流量Q1、Q2、Q3。編輯課件424-11解：首先應(yīng)該判別水流的方向設(shè)連接點(diǎn)J處測(cè)壓管水頭為Ej，假設(shè)EjH2各管段均作長管處理，因?yàn)楣艿罏樾落摴?231230.011,60,45,407.264/ ,3.

19、373/ ,2.464/ndcm dcm dcmKm s Km s Km s取由查表得21112jQHElK2123130 189007.2640.839/QQmsJ編輯課件43 因?yàn)镼1Q3，說明水不僅由水池A流向水池B，同時(shí)還流向水池C，因此可按分叉管道AB及AC求解 23333230.3/jQEHlQm sK22122230 189003007.2643.373QQ221217.126.4120QQ簡(jiǎn)化為：221212122212ABffABQQHhhllKK由串連管道可知編輯課件44 223113132213ACffACQQHhhllKK由串連管道可知22312230090012007

20、.2642.464QQ221317.1197.7300QQ簡(jiǎn)化為：21212 17.126.4QQ可得21330 17.1197.7QQ編輯課件45 123QQQ將上式帶入連續(xù)性方程22111221112 17.130 17.1126.4197.70.45450.64770.1517.00865QQQQQ 31313233用試算法，假設(shè)Q =0.7m /s0.7=0.37+0.33兩端相等故得Q =0.7m /sQ =0.37m /sQ =0.33m /s編輯課件464.12 水自水池A沿水平設(shè)置的鑄鐵管流入水池C，若水管d200mm，H04m,H2=1m,L1=30m,L2=50m，設(shè)沿程阻

21、力系數(shù)0.026，求在水池B中的水深H1。001122編輯課件47解：以管軸線為基準(zhǔn)面，寫0-0，1-1斷面的能量方程2211101122110112110000(0.51)2230(0.0260.51)5.420.2245.42l VVHHdggVVHHHggVHg編輯課件48以管軸中心線為基準(zhǔn)面，寫1-1，2-2斷面的能量方程2221222222120000(0.5 1)250(0.0260.5 1)1 80.222lVHHdgVVHHgg 因兩管直徑相同，徑流量相等， 21VV 221245.41 822VVgg 2121113.432345.445.42.792.8213.4VgVHmmg編輯課件494.13 水由封閉容器A沿垂直變直徑管道流入下面的水池，容器內(nèi)p0=2N/cm2且液面保持不變，若d1=50mm,d2=75mm,容器內(nèi)液面與水池液面的高差H1m，只計(jì)局部水頭損失，試求：管道通過的流量Q；距水池液面h=0.5m處的管道內(nèi)B點(diǎn)的壓強(qiáng)pB=?編輯課件504-13解（1）將P0化為水柱高則總作用水頭為1+2.043.04m0202.049.8