压力管道水力计算.pptx

一、主要内容：1 1、长管计算实用公式、长管计算实用公式；2 2、串联、并联管路水力计算、串联、并联管路水力计算；3 3、短管计算实用公式、短管计算实用公式；4 4、孔口出流与管嘴泄流、孔口出流与管嘴泄流；二、应用公式：1 1、连续性方程、连续性方程：2 2、伯努利方程、伯努利方程：3 3、达西公式、达西公式：4 4、包达公式、包达公式：5 5、雷诺数、雷诺数：1、有压管道：、有压管道：管道被水充满，管道周界各点受到液体压强作管道被水充满，管道周界各点受到液体压强作用，其断面各点压强，一般不等于大气压强。用，其断面各点压强，一般不等于大气压强。液液 体体管管 壁壁有压管道有压管道液体自由面液体自由面 管管 壁壁无压管道无压管道三、基本概念 工程中，常用各种有压管道输送液体，如水电站压力引水工程中，常用各种有压管道输送液体，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。管网；输送石油的管道。2、管道按布置分管道按布置分简单管道：直径始终不变，无分支的管路（基础）简单管道：直径始终不变，无分支的管路（基础）复杂管道复杂管道串联管道串联管道并联管道并联管道 分枝管道分枝管道短管短管 长管长管 3两种水头损失大小比重两种水头损失大小比重局部水头损失、流速水头占局部水头损失、流速水头占总水头损失比例较大（大于总水头损失比例较大（大于5%5%），计算时不能忽略），计算时不能忽略沿程水头损失水头为主，沿程水头损失水头为主，局部损失和流速水头在总局部损失和流速水头在总水头损失中所占比重很小，水头损失中所占比重很小，计算时可忽略。计算时可忽略。1 1 长管和短管不按管道绝对长度决定。长管和短管不按管道绝对长度决定。2 2 当管道存在较大局部损失管件，例如局部开启闸当管道存在较大局部损失管件，例如局部开启闸门、喷嘴、底阀等。即使管道很长，局部损失也门、喷嘴、底阀等。即使管道很长，局部损失也不能略去，必须按短管计算。不能略去，必须按短管计算。3 3 长管：长管：忽略局部水头损失和流速水头（沿程损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，其对结果又失不能略去），计算工作大大简化，其对结果又没有多大影响。没有多大影响。注意注意注意注意 压力管道水力计算的压力管道水力计算的主要内容主要内容就是确定水头损失，包就是确定水头损失，包括沿程水头损失和局部水头损失。括沿程水头损失和局部水头损失。5.1 5.1 长管的水力计算长管的水力计算管道的种类管道的种类:简单管道简单管道串联管道串联管道并联管道并联管道一、简单管道一、简单管道 1 1、计算中一般涉及的公式：、计算中一般涉及的公式：连续性方程：连续性方程：沿程损失：沿程损失：能量方程：能量方程：2 2、管路特性曲线：对于一定管长和管径的管路，系数、管路特性曲线：对于一定管长和管径的管路，系数将随将随值变化，给值变化，给不同流量不同流量Q Q将可算出不同的水头损失将可算出不同的水头损失h hw w，绘制成曲线，称为管路特性曲线。，绘制成曲线，称为管路特性曲线。说明说明：（：（1 1）当由泵输送液体时，因泵给出的扬程）当由泵输送液体时，因泵给出的扬程H H要克服位差和水头损失，要克服位差和水头损失，绘制管路特性曲线时，纵坐标以泵的扬程为准，固管路特性曲线相应地要平移绘制管路特性曲线时，纵坐标以泵的扬程为准，固管路特性曲线相应地要平移一个位差的高度。一个位差的高度。（2 2）理论上有层流到湍流应有折点，实用上不予考虑而绘制成光）理论上有层流到湍流应有折点，实用上不予考虑，而绘制成光滑曲线。滑曲线。（3 3）根据水头损失的计算通式，当有局部水头损失时，可折算为当）根据水头损失的计算通式，当有局部水头损失时，可折算为当量长度并入沿程水头损失；量长度并入沿程水头损失；（4 4）管路特性曲线对于确定泵的工况和自流泄油工况，将有重要作）管路特性曲线对于确定泵的工况和自流泄油工况，将有重要作用，在工程中经常使用。用，在工程中经常使用。3 3、三类计算问题、三类计算问题（1 1）已知）已知qV、l、d、，求，求hf；（选泵的扬程）；（选泵的扬程）（2）已知）已知hf、l、d、，求，求qV；（输送能力）；（输送能力）（3）已知）已知hf、qV、l、，求，求d。（设计管路）（设计管路）简单管道的水力计算是其它复杂管道水力计算的基础。简单管道的水力计算是其它复杂管道水力计算的基础。第一类问题第一类问题的计算步骤的计算步骤（1 1）已知）已知qV、l、d、，求，求hf；qV、l、d计算计算Re计算计算 计算计算 hf例题例题5-15-1：5050的原油，密度的原油，密度 ，运动粘度，运动粘度 ，流过一根长流过一根长 的管道，流量的管道，流量 试求产生的压降。试求产生的压降。解：这是简单长管计算的第一类问题解：这是简单长管计算的第一类问题从莫迪图上可查出从莫迪图上可查出 ，水头损失为：，水头损失为：第二类问题的计算步骤（不知道流量，试算）第二类问题的计算步骤（不知道流量，试算）（2）已知）已知hf、l、d、，求，求qV；假设假设Q 由由Q计算计算 Re、计算计算Q1重新计算新的重新计算新的Re1、1Q1=Q2NY由达西公式计算由达西公式计算 Q2Q22020的水，流过直径的水，流过直径 的混凝土管道，在的混凝土管道，在 的的长度上水头损失长度上水头损失 ，设粗糙度，设粗糙度 ，试求流量，试求流量Q Q。解：这是简单长管计算的第二类问题，查表可知解：这是简单长管计算的第二类问题，查表可知2020的水：的水：先设先设 ，则，则而而E2:E2:则：则：再算：再算：最后所求的流量为最后所求的流量为则重新计算：则重新计算：再重新演算，再重新演算，第三类问题的计算步骤第三类问题的计算步骤（3）已知）已知hf、qV、l、，求，求d。hf qV l 假设假设d1计算计算v1，Re1，1计算计算d2取取d1=d2NYd=d2E3E3：5050的四氯化碳，密度的四氯化碳，密度 ,运动粘度运动粘度 通过长通过长 的钢管，流量的钢管，流量 要求单位长度的压降为要求单位长度的压降为 ，设，设 ，试计算管道需要的管径，试计算管道需要的管径d d。解：这是简单长管计算的第三类问题解：这是简单长管计算的第三类问题先设先设则则:而而 在莫迪图上查出：在莫迪图上查出：用用 重算，即有：重算，即有：再查莫迪图：再查莫迪图：取：取二、串联管道二、串联管道 由不同管道直径和管壁粗糙度的数段根管子连接在一由不同管道直径和管壁粗糙度的数段根管子连接在一起的管道。起的管道。ABH21串联管道特征串联管道特征1.1.各管段的流量相等各管段的流量相等2.2.总损失等于各段管总损失等于各段管 道中损失之和道中损失之和两类计算问题两类计算问题1 1、已知串联管道的流量、已知串联管道的流量qV，求，求hf 或扬程或扬程H；2、已知总水头已知总水头H，求串联管道的流量，求串联管道的流量qV。解法：解法：解法：（解法：（1 1）任取）任取 ；（2 2）；（3 3）判别）判别 是否同时满足给定精度；是否同时满足给定精度；（4 4）若不满足，则取）若不满足，则取 ，再循环。，再循环。三、并联管道三、并联管道 由几条简单管道或串联管道，入口端与出口端分别连由几条简单管道或串联管道，入口端与出口端分别连接在一起的管道系统。接在一起的管道系统。并联管道特征并联管道特征1.1.总流量是各分管段流量之和。总流量是各分管段流量之和。2.2.并联管道的损失等于各分管并联管道的损失等于各分管道的损失。道的损失。AQQ1 d1 hw1Q2 d2 hw2Q3 d3 hw3BQ特点：一般按长管进行水力计算特点：一般按长管进行水力计算两类计算问题两类计算问题（1）已知）已知A点和点和B点的静水头线高度（即点的静水头线高度（即z+p/g)，求总流量，求总流量qV；AQQ1 d1 hw1Q2 d2 hw2Q3 d3 hw3BQ假设假设 由由hf计算计算 v、Re由由Re、查莫迪图得查莫迪图得 New校核校核 New=NewNY由由hf计算计算 v、qV 求解方法相当求解方法相当于简单管道的第于简单管道的第二类计算问题。二类计算问题。（2 2）已知总流量）已知总流量q qV V，求各分管道中的流量及能量损失，求各分管道中的流量及能量损失 。假设管假设管1的的 qV1 由由qV1计算管计算管1的的hf1 由由hf1求求qV2和和 qV3hf1=hf2=hf3qV1=qV1N结束计算结束计算按按qV1、qV2 和和qV3的比例计算的比例计算qV1、qV2 和和qV3计算计算hf1、hf2和和hf3 YAQQ1 d1 hw1Q2 d2 hw2Q3 d3 hw3BQ例题例题5-45-4：并联管路系统中，并联管路系统中，管材都，管材都为新的无缝钢管，为新的无缝钢管，总流量，总流量 ，试求每条，试求每条分支管路的流量分支管路的流量Q Q1 1，Q Q2 2。该流体。该流体解：相对粗糙度解：相对粗糙度先假设流动都在湍流粗糙区先假设流动都在湍流粗糙区 则在莫迪图上查出：则在莫迪图上查出：由由 ，并先设，并先设将将 代入达西公式，求出代入达西公式，求出Q Q2 2加大加大Q Q1 1，再设，再设 于是：于是：以上结果已比较好，用以上结果已比较好，用ReRe数校验沿程阻力系数：数校验沿程阻力系数：而：而：查莫迪图得：查莫迪图得：重设重设重算：重算：于是：于是：至此，试算结束。至此，试算结束。塔里木油田，管投产塔里木油田，管投产1 1年零年零9 9个月个月COCO2 2腐蚀腐蚀穿孔穿孔四川达窝输气管线，四川达窝输气管线，H H2 2S S腐蚀造成开裂爆炸腐蚀造成开裂爆炸事故，事故，2424人死亡人死亡油气管道开裂和泄漏造成的环境污染严重油气管道开裂和泄漏造成的环境污染严重美国美国19931993年、年、19941994年在华盛顿和新泽西洲发生的两起输气管道爆裂事故年在华盛顿和新泽西洲发生的两起输气管道爆裂事故四、分支管路四、分支管路分支管道特征分支管道特征 流入汇合点的流量等于流入汇合点的流量等于自汇合点流出的流量。自汇合点流出的流量。沿一条管线上总水头损失为各段水头损失总和。沿一条管线上总水头损失为各段水头损失总和。计算问题新建管道，确定管径、起点压力计算问题新建管道，确定管径、起点压力 已知管网结构形式（地形、长度、用户位置）、用水量、已知管网结构形式（地形、长度、用户位置）、用水量、用户所需自给水头，确定管径和管网起点水压。用户所需自给水头，确定管径和管网起点水压。213Jz2z1z31 根据管网布置图，将管网分段编号2 用连续性方程确定各段流量3 以经济流速确定各段管径4 取标准管径后，计算流速和摩阻5 按长管计算各段水头损失hw6 按串联管道计算起点到控制点的总水头损失。计算问题扩建管道，确定管径计算问题扩建管道，确定管径 已知管网结构形式（地形、长度、用户位置）、用户用水已知管网结构形式（地形、长度、用户位置）、用户用水量，起点压力，确定管径。量，起点压力，确定管径。213Jz2z1z31 根据管网布置图，将管网分段编号2 计算每一个主干线的平均水力坡度，选择其中最小的作为扩建管网的控制干线3 按平均水力坡度，计算各段摩阻4 选择管径 中国天然气管道 川渝环网干线：北干线 南干线管长：2906千米管径：最大720mm钢材：X60欧洲天然气管道 北海海底管网阿意输气管道 美国天然气管道 湾流管道系统 俄罗斯输气管道 俄罗斯已建和拟建跨国输气管道俄罗斯已建和拟建跨国输气管道俄罗斯已建和拟建跨国输气管道俄罗斯已建和拟建跨国输气管道 一个抽水系统通过水泵转动转轮的作用，在水泵进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。力管，再流入水塔。1 1 水泵吸水管的水力计算水泵吸水管的水力计算5.4 5.4 短管的水力计算短管的水力计算吸水管和压力水管吸水管和压力水管 吸水管吸水管:短管短管 压力水管压力水管:长管长管 水泵系统的水力计算水泵系统的水力计算 虹吸管是一种压力输水管虹吸管是一种压力输水管道，顶部弯曲且其高程高于道，顶部弯曲且其高程高于上游供水水面。在虹吸管内上游供水水面。在虹吸管内造成真空，使作用虹吸管内造成真空，使作用虹吸管内产生真空，水流则能通过虹产生真空，水流则能通过虹吸管最高处引向其他处。吸管最高处引向其他处。2 2 虹吸管的水力计算虹吸管的水力计算 虹吸管的优点在于能跨越高地，减少挖方。虹吸管的优点在于能跨越高地，减少挖方。虹吸管长度一虹吸管长度一般不长，故按照短管计算。般不长，故按照短管计算。pa1122zzs虹吸管顶部虹吸管顶部 虹吸管顶部的真空压强理论值不能大于最虹吸管顶部的真空压强理论值不能大于最大真空值（大真空值（10mH2O10mH2O）。）。当虹吸管内压强接近该温度下的汽化压强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能产生空蚀破坏，故一般虹吸管中的真空值7 78mH2O8mH2O。例例1：有一渠道用两根直径为：有一渠道用两根直径为1.0m的混凝土虹吸管来跨越山丘，的混凝土虹吸管来跨越山丘，上游水位为上游水位为1100.0m下游水位为下游水位为299.0m虹吸管长度虹吸管长度l1=8m；l2=15m；l3=15m，沿程阻力系数为，沿程阻力系数为0.03，弯头的局部水头损失系数为弯头的局部水头损失系数为0.365，进口局部水头损失系数，进口局部水头损失系数为为0.5；出口局部水头损失系数；出口局部水头损失系数为为1.0。试确定：。试确定：当虹吸管中的最大允许真空度为当虹吸管中的最大允许真空度为 7mH2O时，虹吸管时，虹吸管最高最高安装高程安装高程 zs为多少？为多少？00BBzszl1l3l2求流量求流量 00BBzszl1l3l211列00、11伯努力方程v虹吸管中最大真空一般虹吸管中最大真空一般发生在管道最高位置。发生在管道最高位置。本题最大真空发生在第本题最大真空发生在第二个弯头后的二个弯头后的B-B B-B 断面。断面。考虑考虑0-00-0断面和断面和B-B B-B 断面断面的能量方程，则的能量方程，则 00BBzszl1l3l2 00BBzszl1l3l2v列00、BB伯努力方程