水力学辅导材料5

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1、水力学辅导材料5：一、第5章有压管道中的水流运动【教学基本要求】1、了解有压管流的基本特点，掌握管流分为长管流动和短管流动的条件。2、掌握简单管道的水力计算和测压管水头线、总水头线的绘制，并能确定管道内的压强分布。3、了解复杂管道的特点和计算方法。4、了解有压管道中的水击现象和水击传播过程，能进行水击分类和直接水击压强计算。【内容提要和学习指导】前面几章我们讨论了液体运动的基本理论，从这一章开始将进入工程水力学部分，就是运用水力学的基本方程（恒定总流的连续性方程、能量方程和动量方程）和水头损失的计算公式，来解决实际工程中的水力学问题。本章理论部分

2、内容不多，主要掌握方程的简化和解题的方法，重点掌握简单管道的水力计算。有压管流水力计算的主要任务是：确定管路中通过的流量Q；设计管道通过的流量Q所需的作用水头H和管径d；通过绘制沿管线的测压管水头线，确定压强p沿管线的分布。5.1有压管道流动的基本概念（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管道。直径单一没有分支而且糙率不变的管道称为简单管道；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。（2）短管和长管在有压管道水力计算中，为了简化计算，常将压力管道分为短管

3、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（）＜（5~10）hf%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小于沿程水头损失之前，按短管计算不会产生较大的误差。5.2简单管道短管的水力计算（1）短管自由出流计算公式（5—1）式中：H0是作用总水头，当行近流速较小时，可以近似取H0=H。8μ称为短管自由出流的流量系数。（5—2

4、）（2）短管淹没出流计算公式（5—3）式中：z为上下游水位差，μc为短管淹没出流的流量系数（5—4）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（5—2）和（5—4）式，可以看到（5—2）式比（5—4）式在分母中多一项“1”，但是计算淹没出流的流量系数μc时，局部水头损失系数中比自由出流多一项管道出口突然扩大的局部水头损失系数“1”，在计算中不要遗忘。（3）简单管道短管水力计算的类型简单管道短管水力计算主要有下列几种类型：1）求输水能力Q:可以直接用公式（5—1）和（5—3）计算。2）

5、已知管道尺寸和管线布置，求保证输水流量Q的作用水头H。这类问题实际是求通过流量Q时管道内的水头损失，可以用公式直接计算，但需要计算管内流速，以判别管内是否属于紊流阻力平方区，否则需要进行修正。3）已知管线布置、输水流量Q和作用水头H，求输水管的直径 d。对于短管：（5—5）上式中μ与管径d有关，所以需要试算。4）已知管线布置和输水流量Q，，求输水管径 d和作用水头H。这类问题有两个未知数，首先要根据经济流速v确定管径 d，然后按第2类问题的计算方法求解。5）绘制沿管线的测压管水头线，确定压强p沿管线的分布。根据能量方程，管路中任意断面处的测压管水

6、头为即管路中任意断面i处的测压管水头等于总水头H08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。虹吸管、倒虹吸管和水泵管道系统是短管水力计算的典型例子，我们应该掌握计算方法和步骤。特别需要注意，在虹吸管的最高处和水泵吸水管内都存在负压，当负压值超过允许的真空值时，将发生汽化现象，破坏水流的连续性，导致水流运动的停止。因此限制管道或水泵的安装高度，从而限制管道内产生的真空值，保证管道和水泵的正常工作是虹吸管和水泵装置设计中必须予以考虑的，虹吸管、倒虹吸管和水泵装置水

7、力计算的实例见教材例5—1、5—2和5—3。5.3简单管道长管的水力计算（1）长管的水力计算公式在长管中忽略流速水头和局部水头损失，可以得到（5—6）对于紊流阻力平方区可采用流量模数来计算，则式（5—8）可转化为下式计算（5—7）或（5—8）式（5—8）表示，当管中流速v小于1.2m/s时，管道内的流态常为紊流过渡粗糙区，用紊流阻力平方区公式进行计算需要增加修正系数k。对于紊流阻力平方区k值等于1，对于紊流过渡粗糙区可以查有关的表。流量模数K可查教材内表5-1。若引入比阻，则（5—7）式可转化（5—9）式计算。H=S0lQ2（5—9）（2）简单管

8、道长管水力计算的类型简单管道长管水力计算主要有下列1）求输水能力Q:对于长管可以用公式（5—7）直接求解。2）已知管道尺寸和输水流量Q，