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1、主要內(nèi)容主要內(nèi)容長(zhǎng)管水力計(jì)算長(zhǎng)管水力計(jì)算短管水力計(jì)算短管水力計(jì)算孔口管嘴出流孔口管嘴出流引引 言言壓力管路：壓力管路：在一定壓差下，液流充滿全管的流動(dòng)管路。在一定壓差下，液流充滿全管的流動(dòng)管路。壓力管路按照管路結(jié)構(gòu)可以分為：壓力管路按照管路結(jié)構(gòu)可以分為：簡(jiǎn)單管路：簡(jiǎn)單管路：等徑無分支管路等徑無分支管路復(fù)雜管路：復(fù)雜管路：串聯(lián)、并聯(lián)、分支及管網(wǎng)等串聯(lián)、并聯(lián)、分支及管網(wǎng)等壓力管路按照能量比例大小分為：壓力管路按照能量比例大小分為：長(zhǎng)管和短管長(zhǎng)管和短管長(zhǎng)管：長(zhǎng)管：長(zhǎng)輸管線輸送距離比較遠(yuǎn)，兩端壓差比較大，局部阻力和流速水長(zhǎng)輸管線輸送距離比較遠(yuǎn)，兩端壓差比較大，局部阻力和流速水頭所占能量比例較小。頭所占

2、能量比例較小。和沿程水頭損失相比，流速水頭和局部水頭損失和沿程水頭損失相比，流速水頭和局部水頭損失可以忽略的管路稱為長(zhǎng)管?？梢院雎缘墓苈贩Q為長(zhǎng)管。有時(shí)近似取有時(shí)近似取 。能量方程變?yōu)椋o泵）：能量方程變?yōu)椋o泵）：記記H0為作用水頭為作用水頭：則有：則有：。表示了能量供給與能量損耗之間的平衡。表示了能量供給與能量損耗之間的平衡。對(duì)于有泵情況：對(duì)于有泵情況：短管：短管：泵站、庫內(nèi)管線總距離比較短，分支較多，兩端壓差較小，并泵站、庫內(nèi)管線總距離比較短，分支較多，兩端壓差較小，并且有大量管子連接部件。且有大量管子連接部件。和沿程水頭損失相比，流速水頭和局部水頭和沿程水頭損失相比，流速水頭和局部水頭損

3、失不可以忽略，稱之為短管。損失不可以忽略，稱之為短管。又可表示為：又可表示為：ii長(zhǎng)管、短管的劃分并不僅僅是由于管線的長(zhǎng)短，更重要在于從能量的長(zhǎng)管、短管的劃分并不僅僅是由于管線的長(zhǎng)短，更重要在于從能量的角度考察比動(dòng)能和局部水頭損失的比例。角度考察比動(dòng)能和局部水頭損失的比例。定義：水頭損失與流量的關(guān)系曲線稱為管路的特性曲線。定義：水頭損失與流量的關(guān)系曲線稱為管路的特性曲線。其中：其中：把把 代入上式得：代入上式得：可見：水頭損失與流量成平方指數(shù)關(guān)系?？梢姡核^損失與流量成平方指數(shù)關(guān)系。5.1 5.1 管路特性曲線管路特性曲線管路特性曲線是管路能量平衡（能量供給管路特性曲線是管路能量平衡（能量供給

4、=能量消耗）的直觀反映。能量消耗）的直觀反映。對(duì)于給定管路，其特性曲線一定。對(duì)于給定管路，其特性曲線一定。如：對(duì)于長(zhǎng)管無泵和有泵兩種情況，管路特性曲線如下圖：如：對(duì)于長(zhǎng)管無泵和有泵兩種情況，管路特性曲線如下圖：管路特性曲線對(duì)于確定泵的工況以及自由泄流工況有重要應(yīng)用價(jià)值。管路特性曲線對(duì)于確定泵的工況以及自由泄流工況有重要應(yīng)用價(jià)值。Q Qh hf fHHQ Qh hf fz z2 2-z-z1 1HH0 0HH0 05.2 5.2 長(zhǎng)管的水力計(jì)算長(zhǎng)管的水力計(jì)算一、簡(jiǎn)單長(zhǎng)管一、簡(jiǎn)單長(zhǎng)管1.1.定義：定義：由許多管徑相同的管子組成的長(zhǎng)輸管路，且沿程損失較由許多管徑相同的管子組成的長(zhǎng)輸管路，且沿程損失較

5、大、局部損失較小，計(jì)算時(shí)可忽略局部損失和流速水頭。大、局部損失較小，計(jì)算時(shí)可忽略局部損失和流速水頭。2.2.計(jì)算公式：計(jì)算公式：簡(jiǎn)單長(zhǎng)管計(jì)算一般涉及公式：簡(jiǎn)單長(zhǎng)管計(jì)算一般涉及公式：為計(jì)算方便，將為計(jì)算方便，將 代入代入hf 的計(jì)算公式的計(jì)算公式 ，得到一種更常用的公式：得到一種更常用的公式：。層流流態(tài)：層流流態(tài)：即：即：，m1紊流流態(tài)紊流流態(tài)水力光滑區(qū)：水力光滑區(qū)：即：即：，m紊流流態(tài)紊流流態(tài)混合摩擦區(qū)（大慶設(shè)計(jì)院推薦公式）：混合摩擦區(qū)（大慶設(shè)計(jì)院推薦公式）：其中：其中：即：即：，m紊流流態(tài)紊流流態(tài)水力粗糙區(qū)：水力粗糙區(qū)：即：即：，m0說明：說明：長(zhǎng)輸水管道沿程阻力的計(jì)算公式為：長(zhǎng)輸水管道沿程

6、阻力的計(jì)算公式為：對(duì)于不同的流態(tài)，對(duì)于不同的流態(tài)，和和 m 的取值見下表：的取值見下表：流態(tài)m層 流4.151水力光滑0.02460.25混合摩擦0.0802A0.123水力粗糙 0.082603 3、簡(jiǎn)單長(zhǎng)管的三類計(jì)算問題、簡(jiǎn)單長(zhǎng)管的三類計(jì)算問題第一類問題：第一類問題：已知：已知：Q，z，d，L，求：，求：hf，p分析：分析：Qv確定流態(tài)確定流態(tài)確定確定、m或或hfp掌握掌握第二類問題：第二類問題：已知：已知：p，z，d，L，求：，求：Q分析：分析：Qv確定流態(tài)確定流態(tài)確定確定、m或或hfp？假設(shè)流態(tài)法、試算法或繪圖法假設(shè)流態(tài)法、試算法或繪圖法假設(shè)流態(tài)法：假設(shè)流態(tài)法：先假設(shè)一流態(tài)，取先假設(shè)一

7、流態(tài)，取，m值，計(jì)算：值，計(jì)算：驗(yàn)證假設(shè)：驗(yàn)證假設(shè)：如由如由 Q 及及Re 得出的流態(tài)和假設(shè)流態(tài)一致，則得出的流態(tài)和假設(shè)流態(tài)一致，則 Q 為所求為所求Q；如由如由 Q 及及Re 得出的流態(tài)和假設(shè)流態(tài)不一致，則重新假設(shè)流態(tài)，得出的流態(tài)和假設(shè)流態(tài)不一致，則重新假設(shè)流態(tài)，重復(fù)計(jì)算。重復(fù)計(jì)算。Q v 校核流態(tài)校核流態(tài)試算法：試算法：設(shè)定設(shè)定Q1，解得，解得hf1。判斷：若。判斷：若hf1 hf，則減小流量，取，則減小流量，取Q2 Q1，重新計(jì)，重新計(jì)算；若算；若hf1Q1，重新計(jì)算。循環(huán)往復(fù)，直至，重新計(jì)算。循環(huán)往復(fù)，直至hfnhf，停止計(jì)算。，停止計(jì)算。繪圖法：繪圖法：按第一類問題的計(jì)算方法，選取足

8、夠按第一類問題的計(jì)算方法，選取足夠多多Q，算出，算出 hf值，然后繪制圖形。使值，然后繪制圖形。使用時(shí)由用時(shí)由 hf 查找查找 Q 即可。即可。Q Qh hf f第三類問題：第三類問題：已知：已知：Q，p，z，L，求：，求：經(jīng)濟(jì)管徑經(jīng)濟(jì)管徑d經(jīng)濟(jì)管徑計(jì)算：其一，經(jīng)濟(jì)管徑計(jì)算：其一，d，材料費(fèi)，材料費(fèi)，施工費(fèi)，施工費(fèi)；其二，；其二，d，動(dòng)力費(fèi)用，動(dòng)力費(fèi)用，設(shè)備（泵）費(fèi)，設(shè)備（泵）費(fèi)。如何解決這一矛盾，正是一個(gè)管徑優(yōu)選問題。如何解決這一矛盾，正是一個(gè)管徑優(yōu)選問題。分析：分析：Qv確定流態(tài)確定流態(tài)確定確定、m或或hfp？流態(tài)假設(shè)法或試算法流態(tài)假設(shè)法或試算法二、長(zhǎng)管的串聯(lián)和并聯(lián)二、長(zhǎng)管的串聯(lián)和并聯(lián)1

9、1、串聯(lián)管路、串聯(lián)管路定義：由不同管徑的管道依次連接而成的管路。定義：由不同管徑的管道依次連接而成的管路。應(yīng)用實(shí)例：輸水干線、集油干線應(yīng)用實(shí)例：輸水干線、集油干線分支流量水力特性：水力特性：a、各聯(lián)結(jié)點(diǎn)（節(jié)點(diǎn)）處流量出入平衡，即進(jìn)入節(jié)點(diǎn)的總流量等于流、各聯(lián)結(jié)點(diǎn)（節(jié)點(diǎn)）處流量出入平衡，即進(jìn)入節(jié)點(diǎn)的總流量等于流出節(jié)點(diǎn)的總流量出節(jié)點(diǎn)的總流量:（設(shè)流量流進(jìn)節(jié)點(diǎn)為正，流出為負(fù)）。（設(shè)流量流進(jìn)節(jié)點(diǎn)為正，流出為負(fù)）。它反映了質(zhì)量守恒的連續(xù)性原理。它反映了質(zhì)量守恒的連續(xù)性原理。b、全線水頭損失為各分段水頭損失之和，即：、全線水頭損失為各分段水頭損失之和，即：它反映了能量守恒原理。它反映了能量守恒原理。2 2、

10、并聯(lián)管路、并聯(lián)管路定義：兩條以上的管路在同一處定義：兩條以上的管路在同一處 分離，后又在同一處匯合。分離，后又在同一處匯合。水力特征：水力特征：a、進(jìn)入各并聯(lián)管的總流量等于流出各并聯(lián)管的總流量之和，即：、進(jìn)入各并聯(lián)管的總流量等于流出各并聯(lián)管的總流量之和，即：b、不同并聯(lián)管段、不同并聯(lián)管段AB，單位重量液體的能量損失相同，即：，單位重量液體的能量損失相同，即：3、串、并聯(lián)管路的水力計(jì)算、串、并聯(lián)管路的水力計(jì)算 串聯(lián)管路串聯(lián)管路通常屬于長(zhǎng)管計(jì)算的第一類問題，例如：通常屬于長(zhǎng)管計(jì)算的第一類問題，例如：已知：已知：Q，求：，求：hf分析：根據(jù)串聯(lián)管路水力特性求解全管路的沿程水頭損失分析：根據(jù)串聯(lián)管路水

11、力特性求解全管路的沿程水頭損失hf。并聯(lián)管路并聯(lián)管路通常屬于長(zhǎng)管計(jì)算第二類問題，例如：通常屬于長(zhǎng)管計(jì)算第二類問題，例如：已知：已知：hf，求：各管路，求：各管路Q分析：根據(jù)并聯(lián)管路水力特性解決流量分析：根據(jù)并聯(lián)管路水力特性解決流量Q的分配問題。的分配問題。掌握掌握4、串、并聯(lián)管路的水力意義、串、并聯(lián)管路的水力意義在長(zhǎng)輸管線上的應(yīng)用在長(zhǎng)輸管線上的應(yīng)用在已建成的長(zhǎng)輸管線上，增設(shè)串聯(lián)變徑管或者并聯(lián)副管可以增加管路在已建成的長(zhǎng)輸管線上，增設(shè)串聯(lián)變徑管或者并聯(lián)副管可以增加管路輸送量、延長(zhǎng)管路輸送距離，或者爬過地形的翻越高點(diǎn)。輸送量、延長(zhǎng)管路輸送距離，或者爬過地形的翻越高點(diǎn)。通常，副管與主管的直徑相同，變

12、徑管直徑大于主管。通常，副管與主管的直徑相同，變徑管直徑大于主管。下面以自由泄流情況為例，通過繪制管路總水頭線分別進(jìn)行說明。下面以自由泄流情況為例，通過繪制管路總水頭線分別進(jìn)行說明。1.給定管路流量給定管路流量Q，在已建成的長(zhǎng)輸管線，在已建成的長(zhǎng)輸管線AB段增設(shè)并聯(lián)副管可以延長(zhǎng)管路段增設(shè)并聯(lián)副管可以延長(zhǎng)管路的輸送距離。的輸送距離。并聯(lián)副管后，主管并聯(lián)副管后，主管AB段段Q（），v（），hf（），即：即：hfO-B hf。則：作用水頭則：作用水頭H仍有部分能量剩余，可供給管中水流繼續(xù)前進(jìn)一段距離仍有部分能量剩余，可供給管中水流繼續(xù)前進(jìn)一段距離至至C點(diǎn)。點(diǎn)。未設(shè)副管前未設(shè)副管前ABhfhfO-BC

13、hfO-A增設(shè)副管后增設(shè)副管后HO2.在已建成的長(zhǎng)輸管線在已建成的長(zhǎng)輸管線AB段增設(shè)并聯(lián)副管可以增加管路輸送量。段增設(shè)并聯(lián)副管可以增加管路輸送量。并聯(lián)副管且增加流量后，主管并聯(lián)副管且增加流量后，主管OA段段Q（），），hfO-A（）；主管）；主管AB段經(jīng)段經(jīng)過副管分流，可能過副管分流，可能Q（），），hfA-B（）。最終仍可能滿足。最終仍可能滿足hfO-B=hf。確。確保管路正常運(yùn)行。保管路正常運(yùn)行。未增流量前未增流量前ABhfhfO-A增加流量后增加流量后hfO-BHO3.給定管路流量給定管路流量Q，在已建成的長(zhǎng)輸管線，在已建成的長(zhǎng)輸管線AB段改設(shè)串聯(lián)變徑管可以延長(zhǎng)段改設(shè)串聯(lián)變徑管可以延長(zhǎng)管

14、路的輸送距離。管路的輸送距離。串聯(lián)變徑管后，主管串聯(lián)變徑管后，主管AB段段d（），），v（），hf（），即：即：hfO-B hf。則：作用水頭則：作用水頭H仍有部分能量剩余，可供給管中水流繼續(xù)前進(jìn)一段距仍有部分能量剩余，可供給管中水流繼續(xù)前進(jìn)一段距離至離至C點(diǎn)。點(diǎn)。hfhfO-BCHOAB未設(shè)變徑管前未設(shè)變徑管前hfO-A設(shè)變徑管后設(shè)變徑管后若 hf1Q1，重新計(jì)算。計(jì)算公式：簡(jiǎn)單長(zhǎng)管計(jì)算一般涉及公式：如由 Q 及 Re 得 出的流態(tài)和假設(shè)流態(tài)一致，則 Q 為所求Q；和沿程水頭損失相比，流 速水頭和局部水頭損失可以忽略的管路稱為長(zhǎng)管。在短管的水力計(jì)算中，必須考慮局部水頭損失以及流速水頭。給定管

15、路流量Q，在已建成的 長(zhǎng)輸管線AB段改設(shè)串聯(lián)變徑管可以延長(zhǎng)管路的輸送距離。則有：。各系數(shù)取值與自由泄流相同。定義：由 不同管徑的管道依次連接而成的管路。定義：水頭損失與流量的關(guān)系曲線稱為管路的特性曲線。已知單管路1、2的管路特性曲線，根據(jù)串、并聯(lián)管路的水力特性有：定義：水頭損失與流量的關(guān)系曲線稱為管路的特性曲線。分析：根據(jù)串聯(lián)管路水力特性求解全管路的沿程水頭損失hf。計(jì)算公式：簡(jiǎn)單長(zhǎng)管計(jì)算一般涉及公式：最終仍可能滿足hfO-B=hf。4.在已建成的長(zhǎng)輸管線在已建成的長(zhǎng)輸管線AB段改設(shè)串聯(lián)變徑管可以增加管路輸送量。段改設(shè)串聯(lián)變徑管可以增加管路輸送量。串聯(lián)變徑管且增加流量后，主管串聯(lián)變徑管且增加流

16、量后，主管OA段段Q（），），hfO-A（）；主管）；主管AB段段經(jīng)過變徑管，經(jīng)過變徑管，d（），），v（），），hfA-B（）。最終仍可能滿足。最終仍可能滿足hfO-B=hf。確保管路正常運(yùn)行。確保管路正常運(yùn)行。hfHOAB未增流量前未增流量前hfO-BhfO-A增加流量后增加流量后Q Qh hf f2 21 1Q Q1=21=2Q Qh hf f1 12 2h hf f1-21-2h hf f1 1h hf f2 2Q Q1 1=Q Q2 2=Q Q1-21-25、串、并聯(lián)管路的管路特性曲線、串、并聯(lián)管路的管路特性曲線已知單管路已知單管路1 1、2 2的管路特性曲線，根據(jù)串、并聯(lián)管路的水力特性有：的管路特性曲線，根據(jù)串、并聯(lián)管路的水力特性有：12121-21-2Q Q1 1 Q Q2 2hf1=hf2=hf1=21=21=2不計(jì)水頭損失情況下，哪種管路的流量大？不計(jì)水頭損失情況下，哪種管路的流量大？只計(jì)沿程水頭損失的情況下，哪種管路的流量大？只計(jì)沿程水頭損失的情況下，哪種管路的流量大？H123（a）H123（b）答案：答案：QaQb答案：答案：Qa=Qb分析兩種串聯(lián)管路分析兩種串聯(lián)