有壓管流PPT學習教案

1、會計學1有壓管流有壓管流2第1頁/共62頁n有壓管道：管道周界上的各點均受到液體壓強的作用。 1 水電站的壓力引水隧洞和壓力鋼管 2 水庫的有壓泄洪洞或泄水管 3 供給工農(nóng)業(yè)和生活用水水泵裝置系統(tǒng)及給水管網(wǎng) 4 虹吸管以及輸送石油的管道 特點：有壓管道各點的壓強一般不等于大氣壓強。n有壓管中的恒定流：有壓管中液體的運動要素不隨時間 而變。n有壓管中的非恒定流：運動要素隨時間而變。第2頁/共62頁簡單管道：管道直徑不變且無分支的管道。其水力計算分為自由出流和淹沒出流。自由出流淹沒出流 第3頁/共62頁簡單管道：管道直徑不變且無分支的管道。 實際工程中常見的有虹吸管和水泵。 虹吸管 水泵 第4頁/

2、共62頁1、串聯(lián)管道：有直徑不同的幾段管道依次連接而成的管道。2 2、并聯(lián)管道：凡是兩條或兩條以上的管道從同一點分叉而又 在另一點匯合而成的管道 串聯(lián)管道 并聯(lián)管道第5頁/共62頁3 3、分叉管道：分叉后不再匯合的管道。4 4、沿程均勻泄流管道：沿程有流量泄出的管道分叉管道 沿程均勻泄流管道第6頁/共62頁212222201whgvgvH02012HgvHjfwhhh216-1 簡單管道水力計算的基本公式簡單管道：指管道直徑不變且無分支的管道。簡單管道的水力計算可分為自由出流和淹沒出流。一、簡單管道自由出流對1-1斷面和2-2斷面 建立能量方程令且因第7頁/共62頁jfhhgvH2220gvd

3、lhf22gvhj22gvdlH2)(220 故上式表明，管道的總水頭將全部消耗于管道的水頭損失和保持出口的動能。因為沿程損失局部水頭損失第8頁/共62頁120211gHdlv0211gHAdlQ02gHAcgvdlH2)1 (2011cldgHAQc2取則管中流速通過管道流量式中 稱為管道系統(tǒng)的流量系數(shù)流量系數(shù)。當忽略行近流速時，流量計算公式變?yōu)榈?頁/共62頁2122222201whgvgvz02v2121102whgvzz二、簡單管道淹沒出流管道出口淹沒在水下稱為淹沒出流。取符合漸變流條件的斷面1-1和2-2,列能量方程因則有在淹沒出流情況下，包括行近流速的上下游水位差 完全消耗于沿程損

4、失及局部損失沿程損失及局部損失。0z第10頁/共62頁021gzdlv02gzAvAQcgvdlhhhjfw2)(221dlc1gzAQc2因為整理后可得管內(nèi)平均流速通過管道的流量為式中 稱為管道系統(tǒng)的流量系數(shù)流量系數(shù)。當忽略掉行近流速時，流量計算公式為第11頁/共62頁注：淹自1比較水頭自由出流H淹沒出流Z相同條件下，淹沒出流還是自由出流流量系數(shù)值是相等的。c自dl1淹dl第12頁/共62頁lRCAQgAQRCglgvdlCgH2222222224828RACK lKQhHf22JKlhKQf以上是按短管計算的情況。如按長管的情況，忽略局部水頭損失及流速水頭損失。有水利工程的有壓輸水管道水流

5、一般屬于紊流的水力粗糙區(qū)，其水頭損失可直接按謝才公式計算，用 則令即得 或在水力學中K稱為流量模數(shù)或特性流量流量模數(shù)或特性流量,它綜合反映了管道斷面形狀、尺寸及邊壁粗糙對輸水能力的影響。28CggvdlhHf22第13頁/共62頁lKQkhHf22 給水管道中的水流，一般流速不太大，可能屬于紊流的粗糙區(qū)或過渡粗糙區(qū)。 可近似認為當v1.2m/s時，管流屬于過渡粗糙區(qū)， 約與流速v的1.8次方成正比。 故當按常用的經(jīng)驗公式計算謝才系數(shù)C求 應在右端乘以修正系數(shù)k，即 管道的流量模數(shù)K，以及修正系數(shù)k可根據(jù)相關手冊資料得到。fhfh第14頁/共62頁例6-1 一簡單管道，如圖所示。長為800m，管

6、徑為0.1m，水頭為20m，管道中間有二個彎頭，每個彎頭的局部水頭損失系數(shù)為0.3，已知沿程阻力系數(shù) 0.025，試求通過管道的流量。第15頁/共62頁dlc11gHAQc25 . 0e3.025.01.0800025.011c0703. 010.2021223.14 0.10.070319.6 200.01093m /s4Q局部損失共包括進口損失和彎頭損失。（一）先將管道作為短管，求通過管道流量。根據(jù)表4.4并且不考慮行近流速水頭，則故進口局部損失系數(shù)第16頁/共62頁28000.0250.098919.79m20.1fl vhdg2(0.52 0.3) 0.09890.109m2fvhg

7、%9 .98989. 02079.19Hhf(二)計算沿程損失及局部損失管中流速流速水頭沿程損失局部損失故沿程水頭損失占總水頭的百分數(shù)為所以該管道按長管計算就可以了。20.010931.39m / s3.140.14QvA221.390.0989m219.6vg第17頁/共62頁lHKQ RACK 12889.855.9m/s0.025gC233.14 0.10.12055.90.01097m /s44800Q%36.001093.00004.0（三）按長管計算管道所通過的流量根據(jù) 故按長管計算與短管計算所得流量相差0.00004m3/s，相對誤差為 由此可見，將上述管道按長管計算，誤差很小。

8、第18頁/共62頁6-2 簡單管道、短管水力計算的類型及實例對恒定流，有壓管道的水力計算主要有下列幾種:1.輸水能力計算已知管道布置、斷面尺寸及作用水頭時，要求確定管道通過的流量。2.當已知管道尺寸和輸水能力時，計算水頭損失計算如例6-2所示即要求確定通過一定流量時所必須的水頭。計算如上節(jié)例題一、水力計算的任務3.管線布置已定，當要求輸送一定流量時，確定所需的斷面尺寸（圓形管道即確定管道直徑）4.對一個已知管道尺寸、水頭和流量的管道，要求確定管道各斷面壓強的大小第19頁/共62頁例例6-26-2 由水塔沿長度L為3500m，直徑d為300mm的新鑄鐵管向工廠輸水（見圖）。設安置水塔處的地面高程

9、 為130.0m，廠區(qū)地面高程 為110.0m，工廠所需水頭 為25m。若須保證工廠供水量Q為85 lm/s，求水塔高度（即地面至水塔水面的垂直距離）。 bzczcH第20頁/共62頁20.0851.21m /s1.2m /s13.140.34QvA22220.0853500119.3m1.144fQhklK 110.025 19.3 130.0ccfbHzHhz解：給水管道常按長管計算。由表6.1查得d300m的新鑄鐵管K1.144m3/s。管道內(nèi)流速故修正系數(shù)k1計算水頭損失所需水塔高度為24.3m第21頁/共62頁流量系數(shù) 與管徑有關，需用試算法確定。lHQK gHQdc24c3.管線布

10、置已定，當要求輸送一定流量時，確定所需的斷面尺寸（圓形管道即確定管道直徑）這時可能出現(xiàn)下述兩種情況：(1).管道的輸水能力、管長l及管道的總水頭H均已確定。若管道為長管 ，流量模數(shù)由表6.1即可查出所需的管道直徑。若為短管第22頁/共62頁vQd4(2)管道的輸水量Q，管長l已知，要求選定所需的管徑及相應的水頭。從技術和經(jīng)濟條件綜合考慮:A. 管道使用要求:管中流速大產(chǎn)生水擊，流速小泥沙淤積。B. 管道經(jīng)濟效益：管徑小，造價低，但流速大，水頭損失也大，抽水耗費也增加。反之管徑大，流速小，水頭損失減少，運轉(zhuǎn)費用少，但管道造價高。當根據(jù)技術要求確定流速后管道直徑即可由右式計算：第23頁/共62頁例

11、6-3 一橫穿河道的鋼筋混凝土倒虹吸管，如圖所示。已知通過流量Q為3m3/s，倒虹吸管上下游渠中水位差z為3m，倒虹吸管長l為50m，其中經(jīng)過兩個300的折角轉(zhuǎn)彎，其局部水頭損失系數(shù)b為0.20；進口局部水頭損失系數(shù)e為0.5，出口局部水頭損失系數(shù)0為1.0，上下游渠中流速v1 及v2為1.5m/s，管壁粗糙系數(shù)n0.014。試確定倒虹吸管直徑d。 第24頁/共62頁gzdgzAQcc2422gzQdc24dlc1 因為沿程阻力系數(shù)或謝才系數(shù)C都是d 的復雜函數(shù)，因此需用試算法。解：倒虹吸管一般作短管計算。 本題管道出口淹沒在水下；而且上下游渠道中流速相同，流速水頭消去。因所以而第25頁/共6

12、2頁111662110.8()54.62m/s0.0144CRn0263. 062.548 . 98822Cg12 . 025 . 08 . 0500263. 01210becdl531. 054. 314 30.97m0.531 3.14 2 9.8 3d先假設d0.8m，計算沿程阻力系數(shù)：故又因可求得與假設不符。第26頁/共62頁116210.95()56.21m/s0.0144C 0248. 021.568 . 98214 . 05 . 095. 0500248. 01c558. 020. 314 30.945m0.558 3.142 9.8 3d故再假設d=0.95m，重新計算：得因所

13、得直徑已和第二次假設值非常接近，故采用管徑d為0.95m。 第27頁/共62頁wiiiiihgvzHgp2214.對一個已知管道尺寸、水頭和流量的管道，要求確定管道各斷面壓強的大小 先分析沿管道總流測壓管水頭的變化情況，再計算并繪制測壓管水頭線。 因為流量和管徑均已知各斷面的平均流速即可求出，入口到任一斷面的全部水頭損失也可算出。該點壓強為 由此可繪出總水頭線和測壓管水頭線。管內(nèi)壓強可為正值也可為負值。當管內(nèi)存在有較大負壓時，可能產(chǎn)生空化現(xiàn)象。第28頁/共62頁二、簡單管道水力計算實例1.虹吸管的水力計算 虹吸管是一種壓力輸水管道，其頂部高程高于上游供水水面。 頂部真空理論上不能大于10m ，

14、一般其真空值小于( )；虹吸管長度一般不大，應按短管計算。特點：78m2H O第29頁/共62頁例6-4 有一渠道用兩根直徑d為1.0m的混凝土虹吸管來跨過山丘（見圖），渠道上游水面高程1為100.0m，下游水面高程2為99.0m，虹吸管長度l1為8m，l2為12m，l3為15m，中間有600的折角彎頭兩個，每個彎頭的局部水頭損失系數(shù)b為0.365，若已知進口水頭損失系數(shù)c為0.5；出口水頭損失系數(shù)0為1.0。試確定：(1)每根虹吸管的輸水能力；(2) 當吸虹管中的最大允許真空值 為7m時，問虹吸管的最高安裝高程是多少？vh第30頁/共62頁12100991mz 611RnC 11166211

15、1( )56.7m/s0.014 4CRn024. 07 .568 . 98822Cg解：(1)本題管道出口淹沒在水面以下，為淹沒出流。當不計行近流速影響時，可直接計算流量：上下游水頭差為先確定值，用曼寧公式計算C，對混凝土管n0.014則故第31頁/共62頁173. 05 . 0135024. 012110becd571. 007. 31233.14 120.5712 9.8 11.985m /s4cQAgz 管道系統(tǒng)的流量系數(shù)：每根虹吸管的輸水能力：第32頁/共62頁gvdlgavgpzgvagpbeBBsa2)(220222010 . 1; 02201agvagvdlzgpgpbeBsB

16、a2)1 (2(1) 虹吸管中最大真空一般發(fā)生在管子最高位置。本題中最大真空發(fā)生在第二個彎頭前，即B-B斷面。 以上游渠道自由面為基準面，令B-B斷面中心至上游渠道水面高差為， 對上游斷面0-0及斷面B-B列能量方程式中， 為從虹吸管進口至B-B斷面的長度。取 則Blsz具體分析如下：第33頁/共62頁式中 為允許真空值， 7m。則vBahgppvbeBshgvdlz2)1 (2gvdlahzbeBvs2)(2gvdlhbeBv2)1 (2222201.9857(1 0.0240.50.365)6.24m3.14 112 9.8()4若要求管內(nèi)真空值不大于某一允許，即即而故虹吸管最高點與上游水

17、面高差應滿足 6.24m。 vhvhsz第34頁/共62頁2、水泵裝置的水力計算 在設計水泵裝置系統(tǒng)時，水力計算包括吸水管及壓力水管的計算。吸水管屬于短管，壓力水管則根據(jù)不同情況按短管或長管計算。第35頁/共62頁吸水管管徑一般是根據(jù)允許流速計算。通常吸水管的允許流速為為0.81.25m/s。流速確定后管徑為 。vQd4gvlhzvs2)(222gvgvdlgvgppzhgvgpzgpaswsa222222222222212222主要任務是確定吸水管的管徑及水泵的最大允許安裝高程。水泵的最大允許安裝高程 決定于水泵的最大允許真空值 和吸水管的水頭損失。（1）吸水管的水力計算列1-1和2-2斷面

18、能量方程有由此得szvh第36頁/共62頁 上式表明水泵向單位重量液體所提供的機械能一方面是用來將水流提高一個幾何高度，另一方面是用來克服水頭損失 水流經(jīng)過水泵時，從水泵的動力裝置獲得了外加的機械能。因而動力機械的功率為（2）壓力水管的水力計算42. 0 xQd PtpgQHP10004321wwthhzHtwHhz4141wh 壓力水管的計算在于決定必需的管徑及水泵的裝機容量，其直徑由經(jīng)濟流速確定。對于排水管道式中 x為系數(shù)，可取0.81.2。為水泵向單位重量液體所提供的機械能，稱為水泵的總水頭或揚程。第37頁/共62頁例例6-56-5 用離心泵將湖水抽到水池，流量Q為0.2m3/s，湖面高

19、程1為85.0m，水池水面高程3為105.0m，吸水管長l1為10m，水泵的允許真空值hv4.5m，吸水管底閥局部水頭損失系數(shù)e2.5，900彎頭局部水頭損失系數(shù)b0.3，水泵入口前的漸變收縮段局部水頭損失系數(shù)g=0.1，吸水管沿程阻力系數(shù)0.022，壓力管道采用鑄鐵管，其直徑d2為500mm, 長度l2為1000m，n0.013（見圖）。試確定：(1)吸水管的直徑d1；(2)水泵的安裝高度2；第38頁/共62頁144 0.20.505m3.14 1Qdv解：（一）確定吸水管的直徑：采用設計流速v=1.0m/s，則決定選用標準直徑d1500mm。第39頁/共62頁gvdlahzvs2)(211

20、28 . 91) 1 . 03 . 05 . 25 . 010022. 01 (5 . 424.5 0.224.28m安裝高程是以水泵的允許真空值來控制的。令水泵軸中心線距湖面高差為 ，則 21 計算 值水泵軸最大允許安裝高程285+4.28=89.28m。 (二）水泵安裝高程的確定：szszsz第40頁/共62頁6-3 長管水力計算 當管道很長，局部水頭損失和流速水頭可當管道很長，局部水頭損失和流速水頭可忽略，管道可為長管，水力計算大大簡化。忽略，管道可為長管，水力計算大大簡化。第41頁/共62頁11v000v22H02g1v 22g2122200021222002222 wwhgvgvHH

21、hgvgvH gv)dl(gvgvdlhhhiijfw22222221 )(略去不計的項略去不計的項0v02第42頁/共62頁 工程中有壓管道一般屬紊流粗糙區(qū)，水頭損失可按工程中有壓管道一般屬紊流粗糙區(qū)，水頭損失可按謝才公式計算，則謝才公式計算，則 JKlhKQlKQhHRACKgClRCAQgAQRlCggvRlhHfff let824824222222222：）（ gvdlhHf22 根據(jù)上述公式根據(jù)上述公式式中，式中，K 為流量模數(shù)或者特性流量為流量模數(shù)或者特性流量第43頁/共62頁 水力坡度水力坡度J =1=1時，時，Q = K，故，故K K 的量綱和流量相同的量綱和流量相同 流量模數(shù)

22、流量模數(shù)K K 綜合地反映管道斷面形狀、尺寸及邊壁粗糙綜合地反映管道斷面形狀、尺寸及邊壁粗糙 對輸水能力的影響（三個方面）。對輸水能力的影響（三個方面）。 K 為流量模數(shù)或者特性流量為流量模數(shù)或者特性流量 不同管徑及粗糙系數(shù)的圓管，當謝才系數(shù)用曼寧公不同管徑及粗糙系數(shù)的圓管，當謝才系數(shù)用曼寧公式計算時，其流量模數(shù)式計算時，其流量模數(shù)K 詳見管道的流量模數(shù)，也可直詳見管道的流量模數(shù)，也可直接計算。接計算。第44頁/共62頁321fffhhhH323232222212121lKQlKQlKQ232121qQQqQQ6-4 串聯(lián)、分叉和并聯(lián)管道水力計算由直徑不同的幾段管道依次連接而成的管道。給水工程

23、中串聯(lián)管道常按長管計算。1.按長管計算：一、串聯(lián)管道第45頁/共62頁gvgvgvdlHiiiiii2222220gvAAAAdlHiiiii21222102.按短管計算當管道長度不是很大，局部損失不能略去時，應按短管計算。第46頁/共62頁121212211lKQlKQhhHff222222222lKQlKQhhHff222222121221lKlKQHlKlKQHQ 水電站引水系統(tǒng)中，經(jīng)常碰到由一根總管從壓力前池引水，然后按水輪機臺數(shù)分成數(shù)根支管，每根支管供水給一臺水輪機，這種分叉后不再匯合的管道稱為分叉管道。對管道ABC有對管道ABD有從而可得二、分叉管道第47頁/共62頁三、并聯(lián)管道

24、凡是兩條或兩條以上的管道從同一點分叉而又在另一點匯合組成的管道稱為并聯(lián)管道。并聯(lián)管道一般按長管計算。第48頁/共62頁ffffhhhh321323233222222121211lKQhlKQhlKQhfff23322112lKlKlKQhf不計局部水頭損失時有各支管水頭損失可按謝才公式計算各支管流量與總流量間應滿足連續(xù)性方程則有123QQQQ第49頁/共62頁 沿程連續(xù)不斷分泄出的流量稱為沿程泄出流量，若管段各單位長度上的沿程泄出流量相等，這種管道稱為沿程均勻泄流管道。 如圖所示管道AB長為l，水頭為H，管道末端流出的通過流量Q，單位長度上沿程泄出流量為q。6-5 沿程均勻泄流管道水力計算第50頁/共62頁qxlQQm)( 221ddfhQlx qxK2201dlfABHhQlxqxK)31(2222lq