1、水力學(xué)教學(xué)課件水力學(xué)教學(xué)課件主講教師：劉偉主講教師：劉偉答疑地點：綜合實驗樓答疑地點：綜合實驗樓106第五章學(xué)習(xí)重點：第五章學(xué)習(xí)重點：1.1.了解液體運動兩種流態(tài)的特點，掌握流態(tài)的判了解液體運動兩種流態(tài)的特點，掌握流態(tài)的判別方法和雷諾數(shù)別方法和雷諾數(shù)ReRe的物理意義。的物理意義。2.2.沿程水頭損失系數(shù)沿程水頭損失系數(shù)在層流和紊流三個流區(qū)內(nèi)在層流和紊流三個流區(qū)內(nèi)的變化規(guī)律。的變化規(guī)律。3. 3. 達西公式達西公式4. 4. 謝才公式及曼寧公式，并會確定糙率謝才公式及曼寧公式，并會確定糙率n n。5. 5. 局部水頭損失計算。局部水頭損失計算。主要內(nèi)容：主要內(nèi)容：簡單管道水力計算的基本公式簡單

2、管道水力計算的基本公式簡單管道水力計算的基本類型簡單管道水力計算的基本類型簡單管道水力計算特例簡單管道水力計算特例虹吸管及水泵虹吸管及水泵串聯(lián)管道的水力計算串聯(lián)管道的水力計算并聯(lián)管道的水力計算并聯(lián)管道的水力計算 長管只計算沿程損失而忽略局阻損失和出長管只計算沿程損失而忽略局阻損失和出流速度頭。是工程上的簡化。流速度頭。是工程上的簡化。幾個概念：幾個概念：按能量損失型式將管路分為長管和短管：按能量損失型式將管路分為長管和短管：（1）管路系統(tǒng)管路系統(tǒng)：構(gòu)成流體流動限制，：構(gòu)成流體流動限制，并保并保證流體流動暢通的管件組合，簡稱管路。證流體流動暢通的管件組合，簡稱管路。（2）長管）長管 ：凡局部損失

3、和出流速度水頭：凡局部損失和出流速度水頭之和與管路的沿程阻力的和比較小，一般之和與管路的沿程阻力的和比較小，一般小于小于5，這樣的管路稱，這樣的管路稱長管或水力長管長管或水力長管。（）并聯(lián)管路：有分支，但有共同的匯合和（）并聯(lián)管路：有分支，但有共同的匯合和 起始點。起始點。（3）短管：各項損失和出流速度頭均需）短管：各項損失和出流速度頭均需計及的管路，也稱計及的管路，也稱水力短管水力短管。管路也可按結(jié)構(gòu)分為管路也可按結(jié)構(gòu)分為簡單管路簡單管路和和復(fù)雜管路復(fù)雜管路：（4）簡單管路：等徑，無分支。）簡單管路：等徑，無分支。（5）復(fù)雜管路：簡單管路以外的管路，即）復(fù)雜管路：簡單管路以外的管路，即 不等

4、徑，或有分支或二者兼之。不等徑，或有分支或二者兼之。（）串聯(lián)管路：首尾相連管徑不同，無分支（）串聯(lián)管路：首尾相連管徑不同，無分支 的管路。的管路。盡量減少動消耗，即能耗，節(jié)約能源，節(jié)約盡量減少動消耗，即能耗，節(jié)約能源，節(jié)約原材料，降低成本。原材料，降低成本。為達到上述目的，需計算確定為達到上述目的，需計算確定Q，尺寸（，尺寸（、d），損失），損失hf。（）枝狀管路：枝狀管路起始點不同，（）枝狀管路：枝狀管路起始點不同，而匯合點相同。而匯合點相同。（）網(wǎng)狀管路：起始和匯合均不同的（）網(wǎng)狀管路：起始和匯合均不同的不規(guī)則管路。不規(guī)則管路。2、設(shè)計管路的目的、設(shè)計管路的目的有壓管中的恒定流有壓管中的恒

5、定流有壓管道有壓管道無壓管道無壓管道有壓流有壓流無壓流無壓流簡單管道簡單管道復(fù)雜管道復(fù)雜管道長管長管短管短管自由出流自由出流淹沒出流淹沒出流簡單管道簡單管道串聯(lián)管道串聯(lián)管道并聯(lián)管道并聯(lián)管道水頭損失以沿程水頭損失為主，局部水頭損失和流速水頭在水頭損失以沿程水頭損失為主，局部水頭損失和流速水頭在總損失中所占比重很小，計算時可以忽略的管道總損失中所占比重很小，計算時可以忽略的管道局部損失及流速水頭在總損失中占有相當(dāng)?shù)谋戎?，計算時不局部損失及流速水頭在總損失中占有相當(dāng)?shù)谋戎?，計算時不能忽略的管道能忽略的管道概念介紹概念介紹管流：管流：由管道及附件組成輸送流體的系統(tǒng)稱為管路由管道及附件組成輸送流體的系統(tǒng)

6、稱為管路系統(tǒng)，簡稱管流。系統(tǒng)，簡稱管流。管流管流管中是否充滿水管中是否充滿水有壓管路有壓管路無壓管路無壓管路液液 體體管管 壁壁有壓管道有壓管道液體自由面液體自由面 管管 壁壁無壓管道無壓管道 水電站壓力引水鋼管水電站壓力引水鋼管 水庫有壓泄洪隧洞或泄水管水庫有壓泄洪隧洞或泄水管 供給的水泵裝置系統(tǒng)及管網(wǎng)供給的水泵裝置系統(tǒng)及管網(wǎng) 輸送石油的管道輸送石油的管道 工程中，為輸送液體，常用各種有壓管道，如工程中，為輸送液體，常用各種有壓管道，如本章討論分析的是一般常見的恒定管流，且為紊流。為了本章討論分析的是一般常見的恒定管流，且為紊流。為了便于分析研究，對管路系統(tǒng)進行分類。便于分析研究，對管路系統(tǒng)

7、進行分類。分類分類長管長管 短管短管 沿程水頭損失沿程水頭損失與局部水頭損與局部水頭損失的比例失的比例 沿程水頭損失水頭沿程水頭損失水頭為主，為主，局部局部損失和流速水頭損失和流速水頭在總水頭損失中所在總水頭損失中所占比重很小，計算時占比重很小，計算時可忽略?？珊雎?。局部水頭損失及流速水頭局部水頭損失及流速水頭在總水在總水頭損失中占相當(dāng)比例（一般大于頭損失中占相當(dāng)比例（一般大于5%5%），計算時均），計算時均不能忽略不能忽略。 當(dāng)管道存在較大局部損失管件，例如局部開啟閘門、噴當(dāng)管道存在較大局部損失管件，例如局部開啟閘門、噴嘴、底閥等。既是管道很長，局部損失也不能略去，必須嘴、底閥等。既是管道很

8、長，局部損失也不能略去，必須按按短管計算短管計算。 注意：注意： 長管和短管不按管道絕對長度決定。長管和短管不按管道絕對長度決定。 根據(jù)管道布置與連接情況，管道可分為根據(jù)管道布置與連接情況，管道可分為簡單管道簡單管道復(fù)雜管道復(fù)雜管道串聯(lián)管道串聯(lián)管道(pipe in series)并聯(lián)管道并聯(lián)管道(pipe in parallel)管管 網(wǎng)網(wǎng)(pipe networks)枝狀管網(wǎng)（枝狀管網(wǎng)（branching pipe）環(huán)狀管網(wǎng)環(huán)狀管網(wǎng)(looping pipe) 簡單管道簡單管道：指粗糙度相同沒有分支的等管徑管道，指粗糙度相同沒有分支的等管徑管道， 復(fù)雜管道復(fù)雜管道：指由兩條以上有分支或粗糙度

9、或管徑不同管道組成的管系。指由兩條以上有分支或粗糙度或管徑不同管道組成的管系。液體經(jīng)容器壁上孔口流出的水力現(xiàn)象稱為孔口流出。液體經(jīng)容器壁上孔口流出的水力現(xiàn)象稱為孔口流出。由于孔口出流的情況是多種多樣的，由于孔口出流的情況是多種多樣的，根據(jù)根據(jù)出流條件可出流條件可分為分為自由出流自由出流和和淹沒出流淹沒出流。液體通過孔口流入大氣的。液體通過孔口流入大氣的出流稱為自由出流；流入充滿液體的空間稱為淹沒出出流稱為自由出流；流入充滿液體的空間稱為淹沒出流流6.1.1 基本公式基本公式 短管水力計算可直接應(yīng)用伯努利方短管水力計算可直接應(yīng)用伯努利方程求解，短管出流有自由出流和淹沒出程求解，短管出流有自由出流

10、和淹沒出流之分。流之分。 液體經(jīng)短管流入大氣為自由出流，液體經(jīng)短管流入大氣為自由出流，液體經(jīng)短管流入液體為淹沒出流。液體經(jīng)短管流入液體為淹沒出流。 6.1 短管水力計算短管水力計算自由出流自由出流 取取0-0為基準面，為基準面，1-1與與2-2為控制斷面，為控制斷面，列伯努利方程：列伯努利方程：221 122022aawppHhgggg 222()222wfjllhhhdggdg21 102HHg令222222220()222wlHhggdg 20212()gHld222200212244()cddQAgHgHld21()cld管路流量系數(shù)管路流量系數(shù)淹沒出流淹沒出流 取取0-0為基準面，為基

11、準面，1-1與與2-2為控制斷面，為控制斷面，列伯努利方程：列伯努利方程：221 122022aawppHhgggg 120 2()2wlHhdg12()gHld122()cQAgH AAgHld1()cld可見，短管淹沒出流與自由出流的可見，短管淹沒出流與自由出流的流量公式流量公式在形式在形式上基本相同，流量系數(shù)上基本相同，流量系數(shù) 值也基本相等。值也基本相等。v淹沒出流的淹沒出流的H為孔口上、下游的總水頭差；為孔口上、下游的總水頭差；v自由出流出流公式中的自由出流出流公式中的H為上游液面至下游出口形心處為上游液面至下游出口形心處 的高度。的高度。區(qū)別區(qū)別簡單短管中有壓流計算的基本問題和方法

12、簡單短管中有壓流計算的基本問題和方法根據(jù)一些已知條件，求解另一些變量的問題。根據(jù)一些已知條件，求解另一些變量的問題。22wcvhgcld02cvgH02cQAgH11CCC它的基本問題有以下四種類型。它的基本問題有以下四種類型。 （1）為已知作用水頭、管長、管徑、管材與局部為已知作用水頭、管長、管徑、管材與局部變化，求流量，見變化，求流量，見p117 例例6-1。（2）為已知流量、管長、管徑、管材與局部變化，為已知流量、管長、管徑、管材與局部變化，求作用水頭，見求作用水頭，見p118 例例6-2。 （3）為已知作用水頭、流量、管長、管材與局部為已知作用水頭、流量、管長、管材與局部變化，求管徑，

13、見變化，求管徑，見p119 例例6-3。前兩種為校核計算，后一種為設(shè)計計算前兩種為校核計算，后一種為設(shè)計計算（4）繪制測壓管水頭線和總水頭線繪制測壓管水頭線和總水頭線OHV0011測壓管水頭線的定性分析測壓管水頭線的定性分析22Vgpg1.虹吸管虹吸管原理：原理：利用上下游水位差（利用上下游水位差（虹吸管上游進虹吸管上游進口必須位于上游液面下口必須位于上游液面下）頂部最大真空限制值：頂部最大真空限制值：78m，或，或7080KPa水力計算目的：水力計算目的：v確定管中流量確定管中流量v確定管頂最大真空值確定管頂最大真空值v管頂最大安裝高度管頂最大安裝高度注意：虹吸管按短管計算；最大真注意：虹吸

14、管按短管計算；最大真空處在位置最高處?？仗幵谖恢米罡咛?。剪應(yīng)力與剪切應(yīng)變率之間滿足線性關(guān)系的流體剪應(yīng)力與剪切應(yīng)變率之間滿足線性關(guān)系的流體稱為稱為牛頓流體牛頓流體，而把不滿足線性關(guān)系的流體稱，而把不滿足線性關(guān)系的流體稱為為非牛頓流體非牛頓流體。 例例9-1 利用虹吸管將渠道中的水輸送到集水池利用虹吸管將渠道中的水輸送到集水池9-1 簡單短管中的恒定有壓流 已知管徑已知管徑 d =300mm，管長，管長 l1=260m，管長，管長 l2=40m，沿程阻力，沿程阻力系數(shù)系數(shù) 1=2= 0.025。濾水網(wǎng)、折管、閥門出口的局部損失系數(shù)分。濾水網(wǎng)、折管、閥門出口的局部損失系數(shù)分別為別為1=3.0 、 2

15、=4=0.55 、 3 =0.17 、 5 =1.0 。渠道與集。渠道與集水池的恒定水位差水池的恒定水位差 z=0.54m。虹吸管允許的真空高度。虹吸管允許的真空高度 hv =7.0 H20。 試求虹吸管的輸水流量試求虹吸管的輸水流量Q和頂部的允許安裝高度。和頂部的允許安裝高度。 例例9-1 利用虹吸管將渠道中的水輸送到集水池利用虹吸管將渠道中的水輸送到集水池1 dlc解：解：因這一虹吸管為淹沒出因這一虹吸管為淹沒出流，可直接計算流量。流，可直接計算流量。 已知管徑已知管徑 d =300mm，管長，管長 l1=260m，管長，管長 l2=40m，沿程阻力系數(shù)，沿程阻力系數(shù) 1=2= 0.025

16、。由表。由表7-3查得，濾水網(wǎng)、折管、閥門出口的局部損失系數(shù)分別為查得，濾水網(wǎng)、折管、閥門出口的局部損失系數(shù)分別為1=3.0 、 2=4=0.55 、 3 =0.17 、 5 =1.0 。渠道與集水池的恒定水位。渠道與集水池的恒定水位差差 z=0.54m。虹吸管允許的真空高度。虹吸管允許的真空高度 hv =7.0 H20。 試求：虹吸管的輸水流量試求：虹吸管的輸水流量Q 和頂部的允許安裝高度。和頂部的允許安裝高度。l1=260m1=0.025d=300mml2=40m2=0.025d=300mm1=3.02=0.553=0.174=0.555=1.0真空區(qū)真空區(qū)z=0.54 hv = -p/

17、=7OO集水池集水池渠道渠道hs02cQAgz182. 00 . 155. 017. 055. 033 . 040025. 03 . 0260025. 01s/m 0419. 054. 08 . 9243 . 0182. 02 32gzAQc 流速為流速為9-1 簡單短管中的恒定有壓流m/s 593. 03 . 00419. 042AQvl1=260m1=0.025d=300mml2=40m2=0.025d=300mm1=3.02=0.553=0.174=0.555=1.0真空區(qū)真空區(qū)z=0.54 hv = -p/ =7OO集水池集水池渠道渠道hs2122200wsahgvgphgp518.

18、6)464. 08 . 92593. 07(22212wvshgvhh1122 對過流斷面對過流斷面1-11-1、2-22-2寫伯努利方程，得寫伯努利方程，得2.水泵水泵概念：概念：取水點至水泵進口的管道取水點至水泵進口的管道水力計算目的：水力計算目的：確定水泵允許安裝高度確定水泵允許安裝高度Hs 2)2svlHhdg ( +（1）吸水管（按短管計算）吸水管（按短管計算）水泵工作時，葉輪在電機作用下高速旋轉(zhuǎn)，將水由壓水水泵工作時，葉輪在電機作用下高速旋轉(zhuǎn)，將水由壓水管輸出，泵內(nèi)形成真空，將水池中的水沿吸水管吸入水管輸出，泵內(nèi)形成真空，將水池中的水沿吸水管吸入水泵，保證連續(xù)抽水。泵，保證連續(xù)抽水

19、。概念：概念：水泵進口至提高液面的管道水泵進口至提高液面的管道水力計算目的：水力計算目的：確定水管的管徑確定水管的管徑（2）壓力水管（按長管計算）壓力水管（按長管計算）8 .0 xQd X取取0.8-1.2（3）水泵裝機容量）水泵裝機容量whZHp水泵揚程水泵揚程水泵的有效功率水泵的有效功率)(1000/kWQHNppp單位：例，如圖，水泵向水池抽水，兩池中液面高差例，如圖，水泵向水池抽水，兩池中液面高差z=45m，吸水管和壓水管的直徑均為，吸水管和壓水管的直徑均為500mm，泵軸離吸水池液面高度泵軸離吸水池液面高度h=2m。吸水管長。吸水管長10m，壓水管長壓水管長90m，沿程阻力系數(shù)均為，

20、沿程阻力系數(shù)均為0.03。局部。局部水頭損失系數(shù)：吸水口水頭損失系數(shù)：吸水口1 1=3.0=3.0 ,兩個兩個90度彎度彎頭頭2 2 = 3 3 =0.3，水泵吸水段，水泵吸水段4 4 =0. 1，壓，壓水管至水池進口水管至水池進口5 5 =1.0。流量為。流量為0.4m3/s。 試求水泵揚程試求水泵揚程Hp,效率為效率為80%的的軸功率及吸水管上水泵入口軸線的軸功率及吸水管上水泵入口軸線的真空度。真空度。 1已知已知Q、d、l、 ，求作用水頭，求作用水頭H；解：選取斷面選取斷面1-1和和2-2，以斷面，以斷面1-1為基準面，列能量方程。為基準面，列能量方程。21wphzHgvdlhw2)(2

21、21AQv 把已知條件代入能量方程，得：把已知條件代入能量方程，得：水柱mQdgdlzHp26.471621)(222水泵的軸功率：水泵的軸功率：kWQHNps8 .2312100000wpHzH對對1-1和和3-3斷面列能量方程斷面列能量方程31200023whgvphgvdlhw2)(243131吸而而水柱mhgvhpw06. 323123代入能量方程得：代入能量方程得：Q、l、d計算計算Re由由Re、 查莫迪圖得查莫迪圖得 計算計算 hf這類方程的求解主要這類方程的求解主要引用能量方程及其阻引用能量方程及其阻力計算公式。力計算公式。 2已知已知H、d、l、 ，求，求Q(或或V）；）；試算

22、法的試算法的基本步驟：基本步驟：a.假設(shè)假設(shè)1的值；的值；b.由由1計算相應(yīng)的計算相應(yīng)的v1，Q1，Re1；c.由由/d, Re1，求出，求出2 ；d.校核。若校核。若1 =2 ，則假設(shè)正確，則假設(shè)正確， 1 ，v1，Q1，Re1各項值均正確。各項值均正確。若若1 2 ，則取則取2為第二次假設(shè)值，重復(fù)為第二次假設(shè)值，重復(fù)上述計算，直至上述計算，直至1 2 例例.設(shè)有一倒虹吸管如圖所示。上下游水位設(shè)有一倒虹吸管如圖所示。上下游水位H=8m，管長管長l=200m，管徑，管徑d=0.5m，管壁為清潔水泥面，求，管壁為清潔水泥面，求流量流量Q .解：取解：取上、下游液面上、下游液面，列伯努利方程：列伯

23、努利方程：120 H=z1-z2=8m 62=0.5,=0.1=1.0mm1.306 10 m /s進口彎頭查表?。?，運動粘滯系數(shù)28m=)2wlHhdg( 這類問題可應(yīng)用能量方程和阻力計算方法直接進這類問題可應(yīng)用能量方程和阻力計算方法直接進行計算，但需解高次代數(shù)方程，一般難于直接求解，行計算，但需解高次代數(shù)方程，一般難于直接求解，工程上常用試算法。工程上常用試算法。hf Q l 計算計算 與與 d的函數(shù)曲線的函數(shù)曲線由由Re、 查莫迪圖得查莫迪圖得 New校核校核 New = NewNY由由 New得出得出d。已知流量已知流量Q,作用水頭作用水頭H，管道長度，管道長度l，沿程阻力，沿程阻力系

24、數(shù)系數(shù) ，局部水頭損失的組成，求管徑，局部水頭損失的組成，求管徑d 。例例5-3 如圖圓形有壓涵管，如圖圓形有壓涵管，l=50m，上下游水位差，上下游水位差3m，=0.03=0.03 ，局部水頭損失系數(shù)：進口局部水頭損失系數(shù)：進口1 1 =0.5。第一個轉(zhuǎn)彎。第一個轉(zhuǎn)彎2 2 =0.71，第二個轉(zhuǎn)彎，第二個轉(zhuǎn)彎3 3 =0.65，4 4 =1.0，求涵管流量，求涵管流量Q=3m3/s時的設(shè)計時的設(shè)計管徑管徑d。解：有壓涵管出流相當(dāng)于短管淹沒出流問題。有壓涵管出流相當(dāng)于短管淹沒出流問題。gHAQ2243214121dgHdlQ代入已知數(shù)據(jù)，化簡得：代入已知數(shù)據(jù)，化簡得：03718. 07089.

25、 05dd用試算法得：用試算法得：md018. 1取標準值：取標準值：md1長管長管：指在管道的總水頭損失中，局部損失與流速：指在管道的總水頭損失中，局部損失與流速水頭之和所占比例的比例很?。ㄋ^之和所占比例的比例很?。?%），在進行），在進行水力計算中都可以忽略的管路。水力計算中都可以忽略的管路。優(yōu)點優(yōu)點：計算大為簡化，對精度影響較小。：計算大為簡化，對精度影響較小。6.2.1簡單管路簡單管路 概念：概念：流量及管徑沿程不變的管路為簡單管路。流量及管徑沿程不變的管路為簡單管路。特點：特點：不計局部水頭損失及流速水頭，測壓管不計局部水頭損失及流速水頭，測壓管 水頭線與總水頭線相重合。水頭線與總

26、水頭線相重合。6.2 長管的水力計算長管的水力計算如圖為水池引水的簡單管路自由出流，管長為如圖為水池引水的簡單管路自由出流，管長為l,管徑為管徑為d，沿程阻力系數(shù)為，沿程阻力系數(shù)為，管路出口中心，管路出口中心距水池水面高度為距水池水面高度為H H，H H為靜水頭為靜水頭選水池選水池1-1斷面和管路出口斷面斷面和管路出口斷面2-2，以通過，以通過2-2斷面形心的水平面為基準面列能量方程斷面形心的水平面為基準面列能量方程2120020222211whgvgvH長管局部水頭損失和長管局部水頭損失和 忽略不計，行近流速忽忽略不計，行近流速忽略不計則略不計則2121fwhhHgv2222工程上計算長管的

27、水頭損失常用經(jīng)驗公式。由工程上計算長管的水頭損失常用經(jīng)驗公式。由252228)4(2121lQdgdQgdlhHf式中式中 s = al 稱為管道的阻抗，稱為管道的阻抗，a 則稱為比阻。于是則稱為比阻。于是222522f82sQalQlQDggDlhv22SQalQH為簡單管道按比阻計算的基本公式。為簡單管道按比阻計算的基本公式。可按曼寧公式計算比阻?？砂绰鼘幑接嬎惚茸?。在阻力平方區(qū)，根據(jù)曼寧公式可求得在阻力平方區(qū)，根據(jù)曼寧公式可求得33.523 .10Dna 上式計算結(jié)果也可通過查表求得。上式計算結(jié)果也可通過查表求得?；?252242282116KlqdgqlgdqdlHvvv85dgK

28、為流量模數(shù)為流量模數(shù)sm3lHKQ K相當(dāng)于水力坡度為相當(dāng)于水力坡度為1時的流量。時的流量。 ,dfK 由于流動為阻力平方區(qū)。由于流動為阻力平方區(qū)。 f故故 dfK,在一般工程手冊上可以查到在一般工程手冊上可以查到 dfK通常通常 一定一定。 【解】【解】 首先計算作用水頭首先計算作用水頭m9)2545()1861(H【例【例1】采用鑄鐵管由水塔向車間供水。已知水管長】采用鑄鐵管由水塔向車間供水。已知水管長2500m，管徑管徑400mm，水塔地面標高，水塔地面標高61m，水塔高，水塔高18m，車間地面，車間地面標高標高45m，供水點要求最小服務(wù)水頭，供水點要求最小服務(wù)水頭25m，求供水量。，求

29、供水量。然后查表求比阻，查表然后查表求比阻，查表6-162m/s23. 0a求得流量為求得流量為s/m125. 0250023. 093alHQ求得比阻求得比阻查表查表6-1，求管徑，求管徑【例【例2】其他條件同【例】其他條件同【例1】，供水量增至】，供水量增至 0.152 m3/s，求管徑。，求管徑。解】解】 作用水頭不變作用水頭不變6222m/s156. 0152. 025009lQHa；可見，所需管徑界于上述兩種管徑之間，但實際上無此規(guī)可見，所需管徑界于上述兩種管徑之間，但實際上無此規(guī)m9)2545()1861(H格。采用較小管徑達不到要求的流量，使用較大管徑又將浪費格。采用較小管徑達不

30、到要求的流量，使用較大管徑又將浪費投資。合理的辦法是分部分采用，然后將二者串聯(lián)起來。投資。合理的辦法是分部分采用，然后將二者串聯(lián)起來。1iiiQqQ每一段均為簡單管道，按比阻計算水頭損失為每一段均為簡單管道，按比阻計算水頭損失為串聯(lián)管道的總水頭損失等于各段水頭損失之和，即串聯(lián)管道的總水頭損失等于各段水頭損失之和，即 根據(jù)連續(xù)性方程，根據(jù)連續(xù)性方程，在節(jié)點處滿足節(jié)點流在節(jié)點處滿足節(jié)點流量平衡，即量平衡，即22fiiiiiiQsQlah2ffiiiQshhH6.2.2 串聯(lián)管道串聯(lián)管道直徑不同的管段順序連接起來的管道稱串聯(lián)管道。直徑不同的管段順序連接起來的管道稱串聯(lián)管道。設(shè)串聯(lián)管道系統(tǒng)。各管段長分

31、別為設(shè)串聯(lián)管道系統(tǒng)。各管段長分別為 l1、l2，管徑分，管徑分別為別為D1、D2，通過的流量分別為，通過的流量分別為 Q1、Q2，兩管段，兩管段的連接點即節(jié)點處的流量分別為的連接點即節(jié)點處的流量分別為 q1、q2。當(dāng)節(jié)點無分流時，通過各管段的流量相等，管道系統(tǒng)的總阻當(dāng)節(jié)點無分流時，通過各管段的流量相等，管道系統(tǒng)的總阻抗抗 s 等于各管段阻抗之和，即等于各管段阻抗之和，即故故niiss1【例【例3】【例】【例2】中，為充分利用水頭和節(jié)省管材，采用】中，為充分利用水頭和節(jié)省管材，采用2sQH 450mm2121122211)2500()(QlalaQlalaH6.2.3 并聯(lián)管道并聯(lián)管道兩節(jié)點之間

32、首尾并接兩根以上的管道系統(tǒng)稱為并聯(lián)管道兩節(jié)點之間首尾并接兩根以上的管道系統(tǒng)稱為并聯(lián)管道段所共有，段所共有， A、B兩點的水兩點的水A、B 兩點滿足節(jié)點流量平衡兩點滿足節(jié)點流量平衡432A1QQQqQ由于由于A、B兩點為各管兩點為各管頭差也就為各管段所共有，而且頭差也就為各管段所共有，而且A、B兩點之間又為全部并聯(lián)系兩點之間又為全部并聯(lián)系統(tǒng)，說明并聯(lián)管道系統(tǒng)各管段水頭損失相等且等于系統(tǒng)總損失。統(tǒng)，說明并聯(lián)管道系統(tǒng)各管段水頭損失相等且等于系統(tǒng)總損失?；蛘呋蛘遞4f3f2fhhhh5B432QqQQQ2244233222sQQsQsQs由于由于及及432QQQQiiishQf上式還可表示為各管段的流

33、量分配關(guān)系上式還可表示為各管段的流量分配關(guān)系得并聯(lián)管道系統(tǒng)的總阻抗為得并聯(lián)管道系統(tǒng)的總阻抗為4321111ssssijjissQQ或或iissQQ因： f111f222f333VVVhqKlhqKlhqKl則有： 312f123VKKKqhlll2f2312123()Vqhkkklll【例【例4】三根并聯(lián)鑄鐵輸水管道，總流量】三根并聯(lián)鑄鐵輸水管道，總流量 Q = 0.28m3/s；各支；各支管管長分別為管管長分別為 l1 = 500m，l2= 800m，l3= 1000m；直徑分別；直徑分別為為D1 = 300mm， D2 = 250mm， D3 = 200mm 。試求各支。試求各支管流量及管

34、流量及 AB 間的水頭損失。間的水頭損失。m07.140389. 0100030. 922333fABQlah解】查表解】查表6-1求比阻求比阻D1= 300mm，a1= 1.07s2/m6根據(jù)各管段水頭損失的關(guān)系：根據(jù)各管段水頭損失的關(guān)系：D2= 250mm，a2= 2.83s2/m6233322222111QlaQlaQla或或232221930022645352QQQ再與流量關(guān)系再與流量關(guān)系321QQQQ聯(lián)立解得：聯(lián)立解得：s/m0389. 033Qs/m0789. 032QAB 間水頭損失：間水頭損失：s/m1622. 031QD3= 200mm，a3= 9.30s2/m6Vq2Vq1

35、Vq(1)(2)例：L1=300 m, D1=150 mm, L2=400 m, D2=100 mm, qV=45L/s, =0.025. 忽略局部損失。求 qV1，qV2，hf.解：并聯(lián)管路，2211221212221122221144VL VL VDgDgD VD Vq（1）（2）21122212322222121400 0.15(1) 2 (2)300 0.1045 10 1.37 (m/s)21210.150.14444 2 1.371.94 (m/s)VL DVVVVL DqVDDV233123320.151.9434.25 10(m /s)40.101.3710.75 10(m /

36、s)4VVqq流量，水力損失，2211113001.940.0259.6 ()20.152 9.81fL VhDg米水柱6.2.4 均勻泄流的水力計算均勻泄流的水力計算 一般是在主干上，沿程泄流，把沿程流量均一般是在主干上，沿程泄流，把沿程流量均勻泄出的流動程均勻泄流。如蔬菜大棚中心勻泄出的流動程均勻泄流。如蔬菜大棚中心的灌溉等。若單位長度上泄流量的灌溉等。若單位長度上泄流量q（m3/s），管徑為管徑為d，管長，管長L，末端出流，末端出流qvT ，總作用水，總作用水頭頭H。如圖，則由連續(xù)性：。如圖，則由連續(xù)性：TVVqqqLxxHdxVTqqLd,在距管段起始處在距管段起始處x位置取微段位置取

37、微段dx。則在。則在x處處截面的流量應(yīng)為末端出流量和余段泄流量截面的流量應(yīng)為末端出流量和余段泄流量之和，即：之和，即：xLqqqTxVVdx上消耗水頭上消耗水頭 dxKqdhxVf22則則：LVLxVfdxKxLqqdxKqdhHT022022 若流動處于阻力平方區(qū)若流動處于阻力平方區(qū)constK 積分上式得積分上式得 232223KLqqLqLq HTTVV3222nnTTVVVVqqqqKL H其中其中: qLqnV為泄流量。相當(dāng)于在同樣水頭為泄流量。相當(dāng)于在同樣水頭 H作用下，作用下，末端無泄流時末端無泄流時:當(dāng)當(dāng) 時，時， 與無與無 泄流時泄流時 比較，比較， 即保證同樣流即保證同樣流

38、 量，泄流所需作用壓頭是末端出流的量，泄流所需作用壓頭是末端出流的1/3。 0TVq322nVqKLH 2231KLqnVVq3nVVqq 322nnTTVVVVVqqqqq原因是：阻力壓頭原因是：阻力壓頭 沿程（無泄流時不變，有沿程（無泄流時不變，有泄時連續(xù)減少）因而下降。泄時連續(xù)減少）因而下降。2ssp2p0ff31dQQQQalhhl假定比阻假定比阻 a 為常數(shù)，上式積分得為常數(shù)，上式積分得此式還可近似寫成此式還可近似寫成其中其中2c2spf55. 0alQQQalh若管段無通過流量，全部為途泄流量，則若管段無通過流量，全部為途泄流量，則spc55. 0QQQ稱為折算流量。稱為折算流量。

39、2sf31alQh 該段的水頭損失則為該段的水頭損失則為 ： xxlQQQaxQahddd2ssp2xf【例【例5】水塔供水的輸水管道，由三段鑄鐵管串聯(lián)而成，水塔供水的輸水管道，由三段鑄鐵管串聯(lián)而成，BC 為沿程均勻泄流段。管長分別為為沿程均勻泄流段。管長分別為 l1 = 500m， l2= 150m ， l3= 200m；管徑；管徑 D1 = 200mm ，D2 = 150mm，D3 = 100mm ， 節(jié)點節(jié)點B分出流量分出流量q = 0.07m3/s ，通過流量，通過流量 Qp = 0.02m3/s，途泄，途泄 流量流量Qs = 0.015m3/s，試求所需作用水頭，試求所需作用水頭H。

40、解解】BC 段途泄流量折算后段途泄流量折算后s /m045. 03ps1QQqQs /m028. 055. 03ps2QQQs/m02. 03p3 QQ作用水頭為各段損失之和，即作用水頭為各段損失之和，即m51.232333222111fQlaQlaQlahHi為了向更多的用戶供水，在工程上往往將許多管路組成管網(wǎng)。為了向更多的用戶供水，在工程上往往將許多管路組成管網(wǎng)。多條管道連接組成不規(guī)則網(wǎng)狀管路系統(tǒng)，多條管道連接組成不規(guī)則網(wǎng)狀管路系統(tǒng)，按其布置情況可分為按其布置情況可分為枝狀管網(wǎng)枝狀管網(wǎng)和和環(huán)狀管網(wǎng)環(huán)狀管網(wǎng)。 枝狀管網(wǎng)的特點是管線于某點分開枝狀管網(wǎng)的特點是管線于某點分開后不再匯合到一起，呈一

41、樹枝形狀。后不再匯合到一起，呈一樹枝形狀。一般地說，枝狀管網(wǎng)的總長度較短，一般地說，枝狀管網(wǎng)的總長度較短，建筑費用較低，但當(dāng)某處發(fā)生事故切建筑費用較低，但當(dāng)某處發(fā)生事故切斷管路時，就要影響到一些用戶用水，斷管路時，就要影響到一些用戶用水，因而影響生活或生產(chǎn)。因而影響生活或生產(chǎn)。6.3 管網(wǎng)水力計算基礎(chǔ)環(huán)狀管網(wǎng)的特點是管線在一共同節(jié)點匯合形成一閉合環(huán)狀管網(wǎng)的特點是管線在一共同節(jié)點匯合形成一閉合狀的管路。這種管網(wǎng)的供水可靠性較高，當(dāng)某段管線狀的管路。這種管網(wǎng)的供水可靠性較高，當(dāng)某段管線發(fā)生故障切斷管路時，不會影響其余管線的供水。因發(fā)生故障切斷管路時，不會影響其余管線的供水。因此，一般比較大的、重要

42、的用水單位通常采用環(huán)狀管此，一般比較大的、重要的用水單位通常采用環(huán)狀管網(wǎng)供水。但這種管網(wǎng)需要管材較多、造價高。網(wǎng)供水。但這種管網(wǎng)需要管材較多、造價高。v (1)(1)新建給水系統(tǒng)的管網(wǎng)設(shè)計，新建給水系統(tǒng)的管網(wǎng)設(shè)計，在這種情況下通在這種情況下通常是已知管網(wǎng)地區(qū)的地形資料、各管段長度與端常是已知管網(wǎng)地區(qū)的地形資料、各管段長度與端點要求的自由水頭和各節(jié)點的流量分配要求設(shè)計點要求的自由水頭和各節(jié)點的流量分配要求設(shè)計管路各段直徑及水塔的高度；管路各段直徑及水塔的高度；v(2)(2)擴建已有給水系統(tǒng)的管網(wǎng)設(shè)計擴建已有給水系統(tǒng)的管網(wǎng)設(shè)計，這類問題通，這類問題通常是已知水塔高度，各管段長度，管段端點的自常是已

43、知水塔高度，各管段長度，管段端點的自由水頭和流量分配，要求確定管徑。由水頭和流量分配，要求確定管徑。管網(wǎng)計算的兩種類型：管網(wǎng)計算的兩種類型：管網(wǎng)中各區(qū)段的管網(wǎng)中各區(qū)段的管徑是根據(jù)流量及平均流速來決定的。管徑是根據(jù)流量及平均流速來決定的。在一定在一定的流量條件下管徑的大小隨著所選取平均速度大小而不同。的流量條件下管徑的大小隨著所選取平均速度大小而不同。經(jīng)濟流速經(jīng)濟流速如果管徑選擇較小時，管路造價較低，由于流速大如果管徑選擇較小時，管路造價較低，由于流速大而管路的水頭損失大，這樣就增加水泵的電耗即增而管路的水頭損失大，這樣就增加水泵的電耗即增加了經(jīng)常運營費用；加了經(jīng)常運營費用；如果管徑選擇過大，由

44、于流速小，雖減小了水頭損如果管徑選擇過大，由于流速小，雖減小了水頭損失，減少了水泵經(jīng)常運營費用，但卻提高了管路造失，減少了水泵經(jīng)常運營費用，但卻提高了管路造價。價。解決這個矛盾只有選擇適當(dāng)?shù)钠骄魉伲沟媒鉀Q這個矛盾只有選擇適當(dāng)?shù)钠骄魉?，使得供水的總成本為最小，這種流速稱為經(jīng)濟流速。供水的總成本為最小，這種流速稱為經(jīng)濟流速。所所以應(yīng)以經(jīng)濟流速確定管徑。以應(yīng)以經(jīng)濟流速確定管徑。一、枝狀管網(wǎng)一、枝狀管網(wǎng) (1)新建給水系統(tǒng)的管網(wǎng)設(shè)計。新建給水系統(tǒng)的管網(wǎng)設(shè)計。在計算時先按平均經(jīng)濟在計算時先按平均經(jīng)濟流速在已知流量條件下選擇管徑然后利用管路計算的基本流速在已知流量條件下選擇管徑然后利用管路計算的基本

45、公式公式20f nn nnhS l Q算出各段的水頭損失，再計算從水塔建筑物到管網(wǎng)最算出各段的水頭損失，再計算從水塔建筑物到管網(wǎng)最不利的控制點的總水頭損失不利的控制點的總水頭損失( (即管網(wǎng)上距離水塔最遠、要即管網(wǎng)上距離水塔最遠、要求自由水頭滿足或稍富余某點供水需要的壓力及流量的水頭求自由水頭滿足或稍富余某點供水需要的壓力及流量的水頭) )以及地形標高最高之點與水塔處地形標高之差。于是以及地形標高最高之點與水塔處地形標高之差。于是水塔高度按下式計算水塔高度按下式計算0tfztHhHzzHzhfztHzJ0ttzHzzHJl2002JJS QSdQ在求出水力坡度后，可依此求出管段的流量特性和管道

46、直徑在求出水力坡度后，可依此求出管段的流量特性和管道直徑式中式中 H 為水源的總水頭（水塔高度），為水源的總水頭（水塔高度），Hs 為控制點的最小為控制點的最小服務(wù)水頭，服務(wù)水頭，hf 為干管各段水頭損失，為干管各段水頭損失，z0 為控制點地形標高，為控制點地形標高，zt 為水塔處地形標高。為水塔處地形標高。 對于新建管網(wǎng)，按經(jīng)濟流速對于新建管網(wǎng)，按經(jīng)濟流速 ve 確定管徑確定管徑e4vQD ilHzzHJs0tt于是由于是由對于擴建管網(wǎng)，由于水源等已固定，無法按經(jīng)濟流速計對于擴建管網(wǎng)，由于水源等已固定，無法按經(jīng)濟流速計2fiiiQlah 得得22fiiiiQJQlha再通過查表求得管徑。再通

47、過查表求得管徑。算，因此采用平均水力坡度來計算管徑，即算，因此采用平均水力坡度來計算管徑，即 然后按上式計算水源的作用水頭。然后按上式計算水源的作用水頭。D = 100 - 400mm， ve = 0.6 1.0 m/sD400mm， ve = 1.0 1.4 m/s【例【例6】枝狀管網(wǎng)如圖所示。設(shè)水塔與管網(wǎng)端點】枝狀管網(wǎng)如圖所示。設(shè)水塔與管網(wǎng)端點4、7地形標地形標 高相同，兩點的最小服務(wù)水頭均為高相同，兩點的最小服務(wù)水頭均為 Hs = 12m，各管段均為，各管段均為 鑄鐵管其他已知條件見表，試求各管段的直徑、水頭鑄鐵管其他已知條件見表，試求各管段的直徑、水頭 損失及水塔高度。損失及水塔高度。

48、e4vQD 水塔水塔0123456735L/s20L/s25L/s9L/s10L/s13L/s【解】先按經(jīng)濟流速計算管徑【解】先按經(jīng)濟流速計算管徑然后對照規(guī)格選取管徑并確定在經(jīng)濟流速范圍之內(nèi)。然后對照規(guī)格選取管徑并確定在經(jīng)濟流速范圍之內(nèi)。根據(jù)所取管徑查表求得各段比阻，計算水頭損失。根據(jù)所取管徑查表求得各段比阻，計算水頭損失。其他管段計算見下表其他管段計算見下表水頭損失：水頭損失：管段管段管長管長流量流量管徑管徑流速流速比阻比阻水頭損失水頭損失3-43500.0252000.809.302.032-33500.0452500.922.832.011-22000.0803500.831.071.3

49、76-75000.0131500.7443.03.635-62000.0232000.739.300.981-53000.0322500.652.830.870-14000.1124000.890.231.15hf0-4= 2.03 + 2.01 + 1.37 + 1.15 = 6.56 mhf0-7= 3.63 + 0.98 + 0.87 + 1.15 = 6.63 m點點7為控制點，水塔高度應(yīng)為為控制點，水塔高度應(yīng)為 H = 6.63 + 12 = 18.63 m。二、環(huán)狀管網(wǎng)二、環(huán)狀管網(wǎng) 環(huán)狀管網(wǎng)的計算比較復(fù)雜。在計算環(huán)狀管網(wǎng)時，首先根據(jù)環(huán)狀管網(wǎng)的計算比較復(fù)雜。在計算環(huán)狀管網(wǎng)時，首先根據(jù)

50、地形圖確定管網(wǎng)的布置及確定各管段的長度，根據(jù)需要確定地形圖確定管網(wǎng)的布置及確定各管段的長度，根據(jù)需要確定節(jié)點的流量。按照經(jīng)濟流速決定各管段的通過流量，并確定節(jié)點的流量。按照經(jīng)濟流速決定各管段的通過流量，并確定各管段管徑及計算水頭損失。各管段管徑及計算水頭損失。 (1)在各個節(jié)點上流入的流量等于流出的流量。在各個節(jié)點上流入的流量等于流出的流量。如以如以流入節(jié)點的流量為正，流出節(jié)點的流量為負，則二者的總和流入節(jié)點的流量為正，流出節(jié)點的流量為負，則二者的總和應(yīng)為零。即應(yīng)為零。即 (2)在任一封閉環(huán)內(nèi)，水流由某一節(jié)點沿兩個方向在任一封閉環(huán)內(nèi)，水流由某一節(jié)點沿兩個方向流向另一節(jié)點時，兩方向的水頭損失應(yīng)相

51、等。流向另一節(jié)點時，兩方向的水頭損失應(yīng)相等。如以如以水流順時針方向的水公損失為正，逆時針方向的水頭損失水流順時針方向的水公損失為正，逆時針方向的水頭損失為負，則二者的總和應(yīng)為零。即為負，則二者的總和應(yīng)為零。即然而，上述情況按代數(shù)方程求解非常繁雜，實用上多采用然而，上述情況按代數(shù)方程求解非常繁雜，實用上多采用近似解法，即首先根據(jù)節(jié)點流量平衡初步分配各管段流量，并近似解法，即首先根據(jù)節(jié)點流量平衡初步分配各管段流量，并1.初擬流量，計算閉合差；初擬流量，計算閉合差；222ff1iiiiiiiiiQQQlaQQlahh 克羅斯（克羅斯（H. Cross）法：）法：按分配的流量計算管段的水頭損失。然后驗算每一環(huán)的水頭損按分配的流量計算管段的水頭損失。然后驗算每一環(huán)的水頭損失是否滿足條件（失是否滿足條件（2）如不滿足，調(diào)整流量重新分配，直至滿足，或如不滿足，調(diào)整流量重新分配，直至滿足，或0fhffhh小于規(guī)定值。式中小于規(guī)定值。式中稱為該環(huán)的閉合差，因此環(huán)狀管網(wǎng)的水稱為該環(huán)的閉合差，因此環(huán)狀管網(wǎng)的水力計算又稱力計算又稱“管網(wǎng)平差管網(wǎng)平差”。2.考慮調(diào)整流量，重新計算水頭損失，即考慮