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1、管路的水力计算,在生产或生活中输送流体的各种管路，如供热管路、给水管路、通风除尘的送排风管路等，都会遇到管路计算问题，即确定流量、水头损失及管道的几何尺寸之间的相互关系，工程上称之为管路的水力计算。,短管是指沿程损失和局部损失均不可忽略的管路，一般l/d1000。（局部损失大于总水头损失的5）长管是指局部水头损失的总和与沿程水头损失相比很小，计算时可以忽略不计的管路。,短管的水力计算,短管是指沿程水头损失和局部水头损失均不可忽略不计的管路，一般l/d1000。（局部损失大于总水头损失的5）短管的水力计算可分为自由出流和淹没出流。,短管自由出流的基本公式,取通过1-1和2-2断面形心的水平面为基
2、准面，对水池中渐变流断面1-1及管道出口断面2-2列能量方程：水头损失为所有局部水头损失和沿程水头损失之和。,短管淹没出流的基本公式,取上游断面1-1和下游断面2-2，以下游水池水面为基准面，列能量方程：,自由出流淹没出流,淹没出流的流量系数与自由出流的流量系数 虽计算公式不同，但同一个管路系统的计算结果相等。虽然流量系数相等，但Q值却不等。因为它们的作用水头不同，自由出流近似的等于出口断面中心与上游水位之间的高差，不受下游水位变化的影响；而淹没出流的作用水头则是上下游的水位差，受下游水位的升高而减小，故淹没出流的流量小于自由出流的流量。,短管水力计算的问题,例1 已知短管l=200m，d=4
3、00mm，H=10m，相同的两个弯头局部水头损失系数为0.25，闸门全开的局部水头损失系数为0.12，沿程阻力系数=0.03，求闸门全开时通过管道的流量Q。,解：,先计算流量系数,例2 水箱供水，l=20m，d=40mm，=0.03，总局部水头损失系数为15。求流量Q=2.75L/s时的作用水头H。,解：,例3 如图有压管，l=50m，上下游水位差3m，=0.03，局部水头损失系数：进口1=0.5。第一个转弯2=0.71，第二个转弯3=0.65，4=1.0，求流量Q=3m3/s时的设计管径d。,解：,有压管出流相当于短管淹没出流问题。,代入已知数据，化简得：,用试算法得：,取标准值：,虹吸管的
4、计算虹吸管有着极其广泛的应用。如为减少挖方而跨越高地铺设的管道，给水建筑中的虹吸泄水管，泄出油车中石油产品的管道及在农田水利工程中都有普遍的应用。凡部分管道轴线高于上游供水自由水面的管道都叫做虹吸管。为保证虹吸管能通过设计流量，工程上一般限制管中最大允许的真空度为hv78.5m。,例1 如图所示虹吸管，通过虹吸作用将左侧水流引向下游。已知虹吸管管径d=100mm，H1=2.5m，H2=3.7m，l1=5m，l2=5m。管道沿程损失因素=0.025，进口设有滤网，其局部损失因素e=8，弯头阻力因素b=0.15。试求：(1)通过虹吸管流量；(2)计算虹吸管最高处A点的真空度。,解（1）首先取两过流
5、断面11和22，以右侧水面为零基准面，在两断面之间建立伯努利方程，计算点取在各断面的液面上，其压强均为大气压强，相对压强为零,（2）管道最高点A处的真空度为最大，在11段面和管道A断面之间建立伯努利方程,并仍以左侧水面为零基准面，有,如图，虹吸管越过山丘输水。虹吸管l=lAB+lBC=20+30=50m,d=200mm。两水池水位差H=1.2m，已知沿程阻力系数=0.03，局部水头损失系数：进口e=0.5,出口s=1.0,弯头1的1=0.2。弯头2、3的2=3=0.4，弯头4=0.3，B点高出上游水面4.5m，试求流经虹吸管的流量Q和虹吸管顶点B的真空度。,解：取1-1和2-2断面，O-O为基
6、准面，列能量方程：,在对2-2和3-3断面（O-O为基准面），列能量方程：,水泵吸水管的计算水泵从蓄水池抽水并送至水塔，需经吸水管和压水管两段管路。水泵工作时，由于转轮的转动，使水泵进口端形成真空，水流在水池水面大气压的作用下沿吸水管上升，经水泵获得新的能量后进入压水管送至水塔。,图 79 水泵装置系统,安装高度的确定离心泵的安装高度，是指水泵的叶轮轴线与水池水面的高差，以Hs表示。以水池水面为基准面，写出11和22断面的能量方程。,如图，水泵向水池抽水，两池中液面高差z=45m，吸水管和压水管的直径均为500mm，泵轴离吸水池液面高度h=2m。吸水管长10m，压水管长90m，沿程阻力系数均为
7、0.03。局部水头损失系数：吸水口1=3.0,出口s=1.0,两个90度弯头2=3=0.3，水泵吸水段4=0.1，压水管至水池进口5=1.0。流量为0.4m3/s。吸水管的真空度。,解：对1-1和3-3断面列能量方程,5.4 长管的水力计算,长管是指局部水头损失的总和与沿程水头损失相比很小，计算时可以忽略不计的管路。分简单管路、串联管路、并联管路、管网等类型。,简单管路 简单管路是指管道直径和流量沿程不变，且没有分支的管道。,如图为水池引水的简单管路自由出流，管长为l,管径为d，沿程阻力系数为，管路出口中心距水池水面高度为H,选水池1-1断面和管路出口断面2-2，以通过2-2断面形心的水平面为
8、基准面列能量方程,长管局部水头损失和 忽略不计,式中：a 管道比阻，指单位流量通过单位长度管道的水头损失。S 管道阻抗，指单位流量通过管道的水头损失。,例1 由水塔向工厂供水，采用铸铁管。已知工厂用水量Q280 m/h，管道总长2500 m，管径300 mm。水塔处地形标高为61m，工厂地形标高为42m，管道末端需要的自由水头H225m，求水塔水面距地面高度。,例 3 远距离输水管路如图，拟采用钢筋混凝土管道，管长10km，上游水库水位标高171m，下游水库水位标高139m，管壁粗糙系数n=0.014，输水流量约为0.7m3/s,试设计管径。,查表可知，n=0.014,d=0.8m时,a=0.
9、00663,最为接近，故选用管径为800mm,相应的输水流量为：,串联管路的水力计算,由直径不同的几根简单管段依次连接的管路称为串联管路。各管段流量相等，总损失为各串联管段的损失之和，全管路总的阻抗等于各管段阻抗之和。,例:如图供水管路。管路总长3000m，作用水头为28m，要求输水流量为160L/s，试求管路设计成串联的两根铸铁管管段，以便充分利用水头和保证流量。,并联管路的水力计算,在两节点之间并设两根以上管段的管道称为并联管道，每根管道的管径、管长及流量均不一定相等.并联管路的水力特征是所有相互并联管段的水头损失相等,总管道的流量应等于各支管流量之和。即：,式中，n为并联管段的数目。也可
10、写成：,设并联管路通过的总流量为Q,可推出：,并联节点上的总流量为各支管中流量之和；并联各支管上的单位重量流体的阻力损失相等，总管路的阻抗平方根的倒数等于各支管阻抗平方根倒数之和。,例：三根并联混凝土管路的粗糙系数为0.013，总流量Q=0.32m3/s,已知d1=300mm,d2=250mm,d3=200mm,l1=l3=1000m,l2=800m,试求三根管段的流量。,查表得，n=0.013,d1=300mm,a1=1.07s2/m6,d2=250mm,a2=2.83s2/m6,d3=200mm,a3=9.3s2/m6,由,代入数值得：,解：,代入连续性方程,得：,管网计算基础,管网：由不同的简单管路以并联和串联管路组合而成。枝状管网 环状管网,枝状管网,管线于某点分开后不再汇合到一起，呈树枝形状，一般情况下，枝状管网的总长度较短，建造费用较低，工程上大都采用此种管网，但当某处发生事故切断管路时，就要影响到一些用户，所以枝状管网的安全性能较低，但是运行控制较简单。,环状管网,管线在一公共节点汇合形成一封闭管路。工作的可靠性高，不会因某段管路发生故障切断时而中断其余管线的供给，即运行的安全性强。因此，一般比较重要的场合，如城市集中供热管网、城市给水管网等常采用环状。但这种管网规模大，需管材多，故造价较高，运行控制较复杂。,
