有压管道中的水流运动

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1、第五章有压管道中的水流运动水力学水力学以上各章中讨论了液体运动的基本规律，导出了水力学的基本方程——连续方程、能量方程及动量方程，并阐述了水头损失的计算方法，应用这些基本原理即可研究解决工程中常见的水力计算问题，如有压管道中的恒定流、明渠恒定流及水工建筑物的水力计算等。本章讨论的重点是有压管中恒定流的水力计算。即短管（水泵装置、虹吸管、倒虹吸管）、长管的水力计算和测压管水头线和总水头线的绘制。有压管道：管道周界上的各点均受到液体压强的作用。有压管中的恒定流：有压管中液体的运动要素不随时间而变。1.简单管道和复杂管道根据管道的组成情况我们把它分为简单管道和复杂

2、管道。简单管道是指管道直径不变且无分支的管道；复杂管道是指由两根以上管道组成管道系统。复杂管道又可以分为串联管道、并联管道、分叉管道、沿程泄流管和管网。一.概述水力学水力学2.短管和长管短管是指管路中水流的流速水头和局部水头损失都不能忽略不计的管道；长管是指流速水头与局部水头损失之和远小于沿程水头损失，在计算中可以忽略的管道为，一般认为（局部水头损失+流速水头）＜5%的烟程水头损失，可以按长管计算。需要注意的是：长管和长管不是完全按管道的长短来区分的。将有压管道按长管计算，可以简化计算过程。但在不能判断流速水头与局部水头损失之和远水力学二.简单管道短管的水力

3、计算小于沿程水头损失之前，按短管计算不会产生较大的误差。简单管道的水力计算可分为自由出流和淹没出流两种情况。1.自由出流管道出口水流流入大气，水股四周都受大气压强的作用，称为自由出流管道。水力学图5-1图4－1中，列断面1－1、2－2的能量方程管道出口中心到上游水位的高差，全部消耗于管道的水头损失和保持出口的动能。水力学管道自由出流的流量系数2.淹没出流水力学管道出口淹没在水下，称淹没出流。图5-2在图5-2中，列断面１－１与２－２的能量方程：若不计上游流速水头，则水力学说明：简单管道在淹没出流的情况下，其作用水头完全被消耗于克服管道由于沿程阻力、局部阻力所

4、作负功所产生的水头损失上。管中流速：毕业答辩水力学通过管道的流量：管道淹没出流的流量系数请特别注意：短管自由出流和淹没出流的计算关键在于正确计算流量系数。我们比较短管自由出流和淹没出流的流量系数公式，可以看到两式在分母中多一项“1”，但是计算淹没出流的流量系数μc时，局部水头损失系数水力学三.长管的水力计算如果作用水头的95%以上用于沿程水头损失，我们就可以略去局部损失及出口速度水头，认为全部作用水头消耗在沿程，这样的管道流动称为水力长管。否则为水力短管。中比自由出流多一项管道出口局部水头损失系数“1”，在计算中不要遗忘。水力学对水力长管，根据连续方程和谢才

5、公式可知长管：作用水头全部用于支付沿程水头损失流量模数综合反映管道的形状、尺寸和边壁粗糙性对输水能力的影响。水力学1.输水能力计算当管道布置、断面尺寸及作用水头已知时，要求确定管道通过得流量。对于短管和长管都可以用公式直接求解。2.已知管道尺寸和输水流量Q，求保证输水流量的作用水头H。实际是求通过流量Q时管道的水头损失，可以直接计算，但对于长管需要先计算管内流速，以判别是否要进行修正。3.已知管线布置和输水流量，求输水管径d。四.简单管道水力计算的基本类型水力学对于短管对于长管按求得的流量模数，即可由5－1确定所需的管道直径。4.已知流量和管长，求管径d和水

6、头H；上式中与管径有关，所以需要试算。水力学这是工程中常见的实际问题。通常是从技术和经济两方面综合考虑，确定满足技术要求的经济流速。有了经济流速就可以求出管径，这样求水头H即转化为第二类问题。5.对于一个已知管道尺寸、水头和流量的管道，要求确定管道各断面压强的大小水力学即管路中任意断面i处的测压管水头等于总水头H0减去该断面以前的沿程水头损失与局部水头损失，再减去该断面的流速水头。把各断面的测压管水头连接起来，就得到整个管路的测压管水头线。（1）根据能量方程，管路中任意断面处的测压管水头为：（2）测压管水头线和总水头线的绘制步骤：水力学a.根据各管的流量，计

7、算相应的流速，沿程水头损失和局部水头损失b.自管道进口到出口，计算每一管段两端的总水头值，并绘出总水头线。c.自总水头线铅直向下量取管道各个断面的流速水头值，即得测压管水头线。（3）绘制总水头线和测压管水头线的原则水力学a.绘制总水头线和测压管水头线时，沿管长均匀分布；发生在局部的管段上，则在该断面上有两个总水头，一个是局部损失前的，一个是局部损失后的。b.在绘制总水头线时，应注意进口的边界条件图5-3管道的进口边界水力学3）在等直径管段中，测压管水头线与总水头线是平行的。4）在绘制总水头线时，应注意出口的边界条件图5-4管道出口的边界水力学五.简单管道水力

8、计算应用举例虹吸管是一种压力输水管道，（如图）顶部弯