第五章有压管道的恒定流

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1、第五章有压管道的恒定流液体运动的基本规律:连续方程、能量方程、动量方程、水头损失的规律。应用这些基本方程可解决常见的水力学问题。有压管道中的恒定流；明渠恒定流；水工建筑物水力计算。本章重点介绍：有压管道中恒定流水力计算（能量方程在管道中的应用）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。这类管道被水充满，管道周界各点受到液体压强作用，称有压管道。其断面各点压强，一般不等于大气压强。有压管中液体运动要素时均值不随时间改变，则为恒定流；若运动要素时均值随时间改变，则称为有压管中的非恒定流。有压管道水

2、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。根据这两种水头损失大小比重，将管道分为：长管和短管。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，例如：水泵吸水管、虹吸管、混凝土坝内的压力泄水管等。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。长管忽略局部水头损失和流速水头（沿程损失不能略去），计算工作大大简化，其对结果又没有多大影

3、响。第一节简单管道的水力计算的基本公式简单管道:管径沿程不变、且无分支的管道水力计算。自由出流和淹没出流一、简单管道自由出流自由出流:管道出口流入大气中，水股四周受大气作用。考虑1-1断面和出口2-2断面的能量方程，则管道自由出流流量系数二、简单管道淹没出流淹没出流：管道出口淹没在水下考虑1-1过水断面和2-2过水断面的能量方程，则比较自由出流的流量系数和淹没出流的流量系数，两者表达式不同，但数值相等。淹没出流自由出流淹没出流：三、测压管水头线的绘制用以下例子说明总水头线和测压管水头线的绘制。管道测压管水头线和总水头线步骤1：先定出不计能量损失的总水头步骤2：定出管道末端的总水

4、头步骤3：寻求最后一个局部损失处（4）下游步骤4：计算45段的能量损失hf45步骤5：以管道末端总水头线为基础，在4处向上量取hf45，得4-4断面右侧总水点步骤6：以右侧总水点起，再量取一个4处的局部水头损失，得到4-4断面左侧的总水头点步骤7：逐次向上游推进，便可得到总水头线步骤8：从总水头线向下扣除一个相应管道的流速水头，便可得到测压管水头线注意：起：水面或总水头线注意：局部水头损失处：水头线发生突变注意：测压管水头线和总水头线相差一个流速水头当测压管水头线低于管道轴线时，管道存在负压（真空）第二节简单管道、短管水力计算的类型及实例一、水力计算的任务水力计算的主要任务是：

5、（1）根据一定的管道布置、管道材料、管道直径和作用水头，计算管道的过水能力，即计算管道在一定条件下的出流量。（1）根据一定的管道布置、管道材料、作用水头和管道需要通过的设计流量，计算管道内径尺寸。（2）根据一定的管道布置、管道材料、管道直径、作用水头和管道的设计流量，计算管道的水头损失，包括沿程水头损失和局部水头损失。（3）根据一定的管道布置、管道材料、管道直径和管道设计流量，计算并绘制管道的测压管水头线和总水头线。（4）根据一定的管道布置、管道材料、管道直径、管道要求的出流量和管道出口要求的工作水头，计算管道进口处的作用水头、水塔高度或水泵扬程。（5）根据一定的管道布置、管道

6、材料及管道的设计流量，确定管径和作用水头。二、水力计算实例2.1虹吸管的水力计算虹吸管是一种压力输水管道，顶部弯曲且其高程高于上游供水水面。在虹吸管内造成真空，使作用虹吸管内产生真空，水流则能通过虹吸管最高处引向其他处。虹吸管的优点在于能跨越高地，减少挖方。虹吸管长度一般不长，故按照短管计算。虹吸管顶部的真空压强理论值不能大于最大真空值（10mH2O）。当虹吸管内压强接近该温度下的汽化压强时，液体将产生汽化，破坏水流连续性，可能产生空蚀破坏，故一般虹吸管中的真空值7～8mH2O。例有一渠道用两根直径为1.0m的混凝土虹吸管来跨越山丘，渠道上游水位为▽1＝100.0m，下游水位为

7、▽2＝99.0m，虹吸管长度l1=8ml2=15m；l3=15m，中间有60°的折弯两个，每个弯头的局部水头损失系数为0.365，若进口局部水头损失系数为0.5；出口局部水头损失系数为1.0。试确定：当虹吸管中的最大允许真空度为7mH2O时，虹吸管最高安装高程zs为多少？虹吸管为淹没出流求流量虹吸管中最大真空一般发生在管道最高位置。本题最大真空发生在第二个弯头前的B-B断面。考虑0-0断面和B-B断面的能量方程，则2.2水泵的水力计算一个抽水系统通过水泵转动转轮的作用，在水泵进水口形成真空，