5 有压管道的恒定流,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,概述,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。,注意,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响。,5.1 孔口恒定出流,孔口和管咀示意,流线型管嘴,外伸管嘴,薄壁孔口,内伸管嘴,收缩管嘴,扩张管嘴,收缩系数,流量系数,流速系数,孔口流量基本公式,5.2 管咀恒定出流,要求管咀的长度（34）d，管咀太短，管咀真空 度受到破坏；管咀过长，管段阻力增加，减弱流量。 可以比较一下，孔口和管嘴的流量大小，假定两者 的水头和管径相同。,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,5.3 简单管道的水力计算,5.3.1 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,2,2,考虑1-1过水断面和2-2过水断面的能量方程，则,v,v2,淹没出流：,2,1,3,4,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78mH2O。,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1100.0m，下游水位为2 99.0m，虹吸管长度l1 = 8m l2= 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？,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,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，使水流在池面大气压强的作用下沿 吸水管上升，流经水泵时从水泵获得新的能量，进入压力管，再流入水塔。,5.3.3 虹吸管及水泵的水力计算,2、 水泵的水力计算,水泵的水力计算 吸水管和压力水管 吸水管: 短管 压力水管:长管,吸水管的水力计算,确定管径和水泵最大允许安装高程,吸水管的管径一般是根据允许流速计算，通常吸 水管的允许流速约为0.81.25 m/s，或根据有关规范 确定。 流速确定后，管径可按下式计算,水泵的最大允许安装高程，取决于水泵的最大允 许真空度hv 以及吸水管水头损失hw 。计算方法和虹 吸管允许安装高程的计算方法相同。,考虑断面1-1和水泵进口断面2-2的能量方程，则,吸水管,压水管,式中，Ht 为水泵向单位液体所提供的机械能，称为水 泵的水头或者扬程（m）；,P 为水泵和动力机械的总效率。,例题： 4-5 用离心泵将湖水抽到水池中去，流量为 0.2（m3/s），湖面高程为85.0m，水池水面高程为 105.0m，吸水管长度为10.0m，水泵的允许真空 hv = 4.5m，吸水管底阀的局部水头损失系数为2.5；弯 管的局部水头损失系数0.3，水泵入口前的渐变收缩 段局部水头损失系数为0.1；吸水管沿程水头损失系 数为0.022，压力管道采用铸铁管，其直径为500mm， 长度为1000m，n = 0.013。,例 用离心泵将湖水抽入水池，流量为0.2m3/s，湖面高程为85.0m,水池水面高程为105m， 吸水管长度为10.0m， 水泵允许真空 hv= 4.5m,吸水管底阀局部水头损失系数为2.5；弯管的局部水头损失系数0.3，水泵入口前的渐变收缩段局部水头损失系数0.1；,吸水管沿程水头损失系 数为0.022，压力管用铸铁管，直径500mm，长度1000m，n = 0.013,5.4.1 简单管路计算,工程中有压管道一般属紊流粗糙区，水头损失可按 谢才公式计算，则,1,0,0,v,2,式中，K 为流量模数或者特性流量,水力坡度J =1时，Q = K，故K 的量纲和流量相同 流量模数K 综合地反映管道断面形状、尺寸及边壁粗糙 对输水能力的影响（三个方面）。,不同管径及粗糙系数的圆管，当谢才系数用满 宁公式计算时，其流量模数K 详见管道的流量模数， 也可直接计算。,2 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。,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hf 45,步骤7：逐次向上游推进，便可得到总水头线,hf 45,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,hf 45,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,5.4.2 串联管道的水力计算,串联管道: 由直径不同的几段管道依次连接而成的管道。 特点：管道内流量可沿程不变 或各段流量不同（沿管道节点有流量分出）,给水管道中的串联管道一般按长管计算，则,上式是串联管道的基本公式，联立以上三式，可 解算Q、d、H 等问题。,