《有壓管流》多媒體課件.pptx

1、第 6 章 有壓管流 有壓管流指液體在管道中的滿管流動。除特殊點(diǎn)外， 管中液體的相對壓強(qiáng)一般不為零，故名。 根據(jù)沿程水頭損失與局部水頭損失的比例，有壓管 流分為短管出流與長管出流。 短管出流指水頭損失中沿程水頭損失與局部水頭損 比例相當(dāng)、均不可以忽略的有壓管流；如虹吸管或建筑 給水管等。 長管出流則是與沿程水頭損失相比，局部水頭損失 可以忽略或按比例折算成沿程水頭損失的有壓管流；按 連接方式，長管又有簡單管路與復(fù)雜管路之分,如市政 給水管道等。,水頭損失以沿程水頭損失為主，局部水頭損失和流速水頭在總損失中所占比重很小，計算時可以忽略的管道,局部損失在總損失中占有相當(dāng)?shù)谋戎兀嬎銜r不能忽略的管道

2、,6.1 短管的水力計算 6.1.1 基本公式 短管水力計算可直接應(yīng)用伯努利方程求解，也可將伯努利 方程改寫成工程應(yīng)用的一般形式，然后對短管進(jìn)行求解。 短管出流有自由出流和淹沒出流之分。 液體經(jīng)短管流入大氣為自由出流。 設(shè)一短管，列1-2斷面伯努利方程，得,1,1,2,2,0,0,v,H,式中水頭損失可表示為,解出流速,流量為,令,為短管管系流量系數(shù),液體經(jīng)短管流入液體為淹沒出流。,管系流量系數(shù)為,流量計算與自由出流相同，即,0,0,H,v,1,1,2,2,其中,短管水力計算的基本類型,當(dāng)已知管道尺寸和輸水能力時，計算水頭損失；即要求確定通過一定流量時所必須的水頭。,管線布置已定，當(dāng)要求輸送一

3、定流量時，確定所需的斷面尺寸。,當(dāng)管道布置、斷面尺寸及作用水頭已知時，要求確定管道通過的流量。,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(qiáng)的大小。,短管管道系統(tǒng)水頭線的繪制,1.繪制步驟,（1）根據(jù)已知條件，計算沿流程各管段的沿程水頭損失和各項局部水頭損失,（2）從管道進(jìn)口斷面的總水頭開始，沿流程依次減去各項水頭損失，得各相應(yīng)斷面的總水頭值，并連結(jié)得到總水頭線。,（3）由總水頭線向下位移一個沿流程相應(yīng)斷面的流速水頭值，即可得到測壓管水頭線。,2.繪制注意事項,（1）局部水頭損失可等效地集中繪制在局部構(gòu)件所在的斷面上。所以局部構(gòu)件前后有兩個總水頭，以實(shí)降的“臺階”高度表示局部水

4、頭損失的大小,（2）實(shí)際液流的總水頭線永遠(yuǎn)是沿程下降的，任意兩過水?dāng)嗝骈g總水頭下降值即為這個斷面間液流的水頭損失；測壓管水頭線可以是沿流程下降、上升或水平的，取決于動能與勢能的相互轉(zhuǎn)化關(guān)系。,（3）應(yīng)注意管道進(jìn)出口處的邊界條件。 進(jìn)口，起點(diǎn)為上游容器的總水頭 出口，自由出流Hp交于出口斷面的形心上 淹沒出流Hp在下游斷面的自由表面上,（4）測壓管水頭與相應(yīng)斷面的管軸位置高差即為壓強(qiáng)水頭。所以Hp高出管道軸線的區(qū)域為正壓區(qū)，低于則為負(fù)壓區(qū),測壓管水頭線的定性分析,管道水力計算特例虹吸管及水泵,虹吸管是一種壓力管，頂部彎曲且其高程高于上游供水水面。其頂部的真空值一般不大于78m水柱高。虹吸管安裝高

5、度Zs越大，頂部真空值越大。 虹吸管的優(yōu)點(diǎn)在于能跨越高地，減少挖方。 虹吸管長度一般不長，故按短管計算。,通過水泵轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動的作用，在水泵進(jìn)口端形成真空，使水流在池面大氣壓作用下沿吸水管上升，流經(jīng)水泵時從水泵獲得新的能量，從而輸入壓力管，再流入水塔。,安裝高度,提水高度,安裝高度,水泵向單位重量液體所提供的機(jī)械能，稱為水泵的揚(yáng)程,例題：用水泵自水庫A向水庫B作恒定輸水。水泵揚(yáng)程H10m，管道直徑d100mm，管長L100m，管壁謝才系數(shù)C62.6m1/2/s，進(jìn)0.8，出1.0，略去彎頭損失；水庫水位差為7.82m，管最高處中心點(diǎn)C與B水庫水面高差為3m，C點(diǎn)至水庫A的管長為60m。求管內(nèi)流量Q

6、及C點(diǎn)真空度。,例題：用水泵自水庫A向水庫B作恒定輸水。水泵揚(yáng)程H10m，管道直徑d100mm，管長L100m，管壁謝才系數(shù)C62.6m1/2/s，進(jìn)0.8，出1.0，略去彎頭損失；水庫水位差為7.82m，管最高處中心點(diǎn)C與B水庫水面高差為3m，C點(diǎn)至水庫A的管長為60m。求管內(nèi)流量Q及C點(diǎn)真空度。,解：求Q,取水庫A水面為基準(zhǔn)面，取水庫水面A-A、B-B為計算斷面，自由液面點(diǎn)為計算點(diǎn)，列A-A至B-B能量方程如下：,代入(1)式得:,V1.4m/s 故Q=3.140.121.4/40.011m3/s11L/s,(1),求C點(diǎn)真空度,列A-A斷面至C-C斷面能量方程：,0+0+0+H7.82+

7、3+pC/+V2/2g+hW1 （2）,hW1（L1/d）（V2/2g）+0.8V2/2g1.28m,取1.0，代入（2）式得：,pC/-2.2m 故C點(diǎn)真空度pV/2.2m,例題：通過管長l1=5m、管徑d150mm管道連接水庫和水箱。水庫和水箱水位差h5m，水箱后又接一d2=d1的水平管道，且l2=l1，管道沿程阻力系數(shù)=0.03，水流為恒定流（圖5-4）。求流量Q，并繪制全管道的測壓管水頭線（直接在圖中繪出）。又，如果l2管傾斜30，水庫內(nèi)水位不變，求管內(nèi)流量Q及此時的兩水位差h。（14分）,解：列1、2斷面的能量方程：h+0+0=0+0+hw,設(shè)在l1管道中的流速為v，則,列2、3斷面

8、的能量方程,設(shè)v2為l2中的流速，,因為d2=d1，所以v2=v,當(dāng)l2管傾斜30時，列1、3斷面的能量方程：,設(shè)H=h+h2+ l2sin30=5+5+52=12.5m,例題：如圖所示，用一根虹吸管從水箱中取水，虹吸管管徑d5cm，管總長10. 5m，管道沿程阻力系數(shù)0.30，彎管局部阻力系數(shù)彎0.2，進(jìn)口處局部阻力系數(shù)為1，lAB3.5m，試求管中流量和管內(nèi)最大真空度。（15分）,例題：如圖所示，用一根虹吸管從水箱中取水，虹吸管管徑d5cm，管總長10. 5m，管道沿程阻力系數(shù)0.30，彎管局部阻力系數(shù)彎0.2，進(jìn)口處局部阻力系數(shù)為1，lAB3.5m，試求管中流量和管內(nèi)最大真空度。（15分

9、）,解：以管出口處為基準(zhǔn)面，列1-1,2-2斷面的能量方程,進(jìn)1.0,解得v=1.226m/s, 故,管道最高點(diǎn)B處的真空度為最大，以水箱水面為基準(zhǔn)面， 在水箱水面與管道B點(diǎn)之間建立伯努利方程：,解得,所以B點(diǎn)真空度為：3.28m水柱,6-2長管的水力計算,列1-1,2-2斷面能量方程,一、簡單管路：管徑、管壁粗糙狀況和流量沿流程不變的無分枝的管道,比阻,比阻計算方法,（）謝才公式,將,代入上式得,若已知n,d即可求出S0,（3）舍維列夫公式（針對舊鋼管與舊鑄鐵管）,紊流過渡區(qū) V1.2m/s,粗糙區(qū) V1.2m/s,【解】 首先計算作用水頭,【例1】采用鑄鐵管由水塔向車間供水。已知水管長25

10、00m，,管徑400mm，水塔地面標(biāo)高61m，水塔高18m，車間地面,標(biāo)高45m，供水點(diǎn)要求最小服務(wù)水頭25m，求供水量。,然后查表求比阻，查表6-1,求得流量為,求得比阻,查表6-1，求管徑,【例2】其他條件同【例1】，供水量增至 0.152 m3/s，求管徑。,【解】 作用水頭不變,D = 450mm， a = 0.1230 s2/m6 ；,可見，所需管徑界于上述兩種管徑之間，但實(shí)際上無此規(guī),D = 400mm， a = 0.230 s2/m6 。,格。采用較小管徑達(dá)不到要求的流量，使用較大管徑又將浪費(fèi),投資。合理的辦法是分部分采用，然后將二者串聯(lián)起來。,二、串聯(lián)管道的水力計算,沒有流量流

11、出，各管段的聯(lián)接點(diǎn)水流符合連續(xù)性方程：,計算特點(diǎn)：串聯(lián)管道的總水頭損失等于各串聯(lián)管段水頭損失之和,【解】設(shè) D1= 450mm的管段長 l1， D2= 400mm的管段長 l2,【例3】【例2】中，為充分利用水頭和節(jié)省管材，采用,450mm和400mm兩種直徑管段串聯(lián)，求每段管長度。,由表6-1查得 D1= 450mm，a1= 0.123 s2/m6,D2= 400mm，a2= 0.230 s2/m6,于是,解得 l1= 1729 m， l2= 771 m,三、并聯(lián)管道的水力計算,各支管的流量與總流量應(yīng)滿足連續(xù)性方程,各支管的水頭損失相等,水流滿足能量方程,或,【例4】三根并聯(lián)鑄鐵輸水管道，總

12、流量 Q = 0.28m3/s；各 支管管長分別為 l1 = 500m，l2= 800m，l3= 1000m；直徑分 別為D1 = 300mm， D2 = 250mm， D3 = 200mm 。試求各支 管流量及 AB 間的水頭損失。,【解】查表6-1求比阻,D1= 300mm，a1= 1.07s2/m6,根據(jù)各管段水頭損失的關(guān)系：,D2= 250mm，a2= 2.83s2/m6,或,再與流量關(guān)系,聯(lián)立解得：,A,B,l1, D1, Q1,l2, D2, Q2,l3, D3, Q3,AB 間水頭損失：,D3= 200mm，a3= 9.30s2/m6,四、沿程均勻泄流管道的水力計算,沿程均勻泄流

13、管路：給水工程中，有的配水管和沖洗管要求沿著管子泄出，若單位長度上泄出的流量均為q（q稱為途泄流量），這種管子稱,轉(zhuǎn)輸流量Q：通過這一段管路并繼續(xù)向下游管道輸送的流量,設(shè)距出口x處的M斷面上,流量為 QM=qx+Q,近似寫成,Q0=Q+0.55ql,實(shí)際計算中,常引用計算流量,當(dāng)轉(zhuǎn)輸流量Q=0時,若沿程均勻泄流管道無轉(zhuǎn)輸流量Q,而只有途泄流量Q0時,其水頭損失僅為簡單管道在通過流量為Q時的1/3,【例5】水塔供水的輸水管道，由三段鑄鐵管串聯(lián)而成，BC 為沿程均勻泄流段。管長分別為 l1 = 500m， l2= 150m ， l3= 200m；管徑 D1 = 200mm ，D2 = 150mm，D3 = 100mm ， 節(jié)點(diǎn)B分出流量q = 0.07m3/s ，通過流量 Qp = 0.02m3/s，途泄流量Qs = 0.015m3/s，試求所需作用水頭H。,【解】BC 段途泄流量折算后,H,Qp,作用水頭為各段損失之和，即,A,B,C,q,Qt,l1D1,l2D2,l3D3,q+0.45Qs,0.55Qs,例題：圖示為水塔供水的串聯(lián)管道。各管段的管長L1300m， L2200m，L3100m。各管管徑d1=200mm，d2=150mm，d3=100mm，沿程阻力