孔口、管嘴出流与有压管流.ppt

第五章第五章 孔口、管嘴出流与有压管流孔口、管嘴出流与有压管流 第一节第一节 孔口出流孔口出流第二节第二节 管嘴出流管嘴出流第三节第三节 有压管路水力计算有压管路水力计算第四节第四节 管网水力计算原理管网水力计算原理第五节第五节 有压管路中的水击有压管路中的水击1第一节第一节 孔口出流孔口出流【实例实例实例实例】平流式沉淀池是水厂及污平流式沉淀池是水厂及污平流式沉淀池是水厂及污平流式沉淀池是水厂及污水厂常见的水处理构筑物，它的作用水厂常见的水处理构筑物，它的作用水厂常见的水处理构筑物，它的作用水厂常见的水处理构筑物，它的作用是分离水中的悬浮物质。为了使水流是分离水中的悬浮物质。为了使水流是分离水中的悬浮物质。为了使水流是分离水中的悬浮物质。为了使水流均匀地进入池中，通常在平流沉淀池均匀地进入池中，通常在平流沉淀池均匀地进入池中，通常在平流沉淀池均匀地进入池中，通常在平流沉淀池的进口处造一道穿孔墙，几排方形小的进口处造一道穿孔墙，几排方形小的进口处造一道穿孔墙，几排方形小的进口处造一道穿孔墙，几排方形小孔交错分布，如图所示。孔交错分布，如图所示。孔交错分布，如图所示。孔交错分布，如图所示。【问题问题问题问题】孔口出流有几种类型？各有何特点？出流流量与孔口出流有几种类型？各有何特点？出流流量与孔口出流有几种类型？各有何特点？出流流量与孔口出流有几种类型？各有何特点？出流流量与孔口大小及容器中水位高低等因素有无关系？孔口大小及容器中水位高低等因素有无关系？孔口大小及容器中水位高低等因素有无关系？孔口大小及容器中水位高低等因素有无关系？【定义定义定义定义】在容器壁上开孔，液流经孔口流出的现象称为孔在容器壁上开孔，液流经孔口流出的现象称为孔在容器壁上开孔，液流经孔口流出的现象称为孔在容器壁上开孔，液流经孔口流出的现象称为孔口出流。口出流。口出流。口出流。返回返回2 1.1.大孔口与小孔口大孔口与小孔口大孔口与小孔口大孔口与小孔口 小孔口小孔口小孔口小孔口：d d/HH1/101/10，可，可，可，可认为认为认为认为孔口断面上各点的水孔口断面上各点的水孔口断面上各点的水孔口断面上各点的水头头头头都相等，都相等，都相等，都相等，各点的流速相同。各点的流速相同。各点的流速相同。各点的流速相同。大孔口大孔口大孔口大孔口：d d/HH1/101/10，计计计计算中算中算中算中应应应应考考考考虑虑虑虑孔口断面上不同高度的孔口断面上不同高度的孔口断面上不同高度的孔口断面上不同高度的水水水水头头头头不相等，因此流速也是不相等，因此流速也是不相等，因此流速也是不相等，因此流速也是变变变变化的。化的。化的。化的。2.2.恒定出流与非恒定出流恒定出流与非恒定出流恒定出流与非恒定出流恒定出流与非恒定出流 3.3.自由出流与淹没出流自由出流与淹没出流自由出流与淹没出流自由出流与淹没出流 4.4薄壁孔口与厚壁孔口薄壁孔口与厚壁孔口薄壁孔口与厚壁孔口薄壁孔口与厚壁孔口一、孔口出流的分类一、孔口出流的分类3收缩系数收缩系数收缩系数收缩系数以通过孔口形心的水平面作为基准面，以通过孔口形心的水平面作为基准面，以通过孔口形心的水平面作为基准面，以通过孔口形心的水平面作为基准面，1-11-1和和和和收缩断面收缩断面收缩断面收缩断面c c-c c列能量方程：列能量方程：列能量方程：列能量方程：式中式中式中式中p p0 0=p pc c=p pa a，d/2二、薄壁小孔口恒定出流二、薄壁小孔口恒定出流自由出流自由出流4令令令令收缩断面流速收缩断面流速收缩断面流速收缩断面流速孔口的流量孔口的流量孔口的流量孔口的流量 式中式中式中式中 HH0 0作用水头，作用水头，作用水头，作用水头，mm；当忽略较小；当忽略较小；当忽略较小；当忽略较小，HH0 0=HH 孔口流速系数，孔口流速系数，孔口流速系数，孔口流速系数，孔口流量系数，孔口流量系数，孔口流量系数，孔口流量系数，5以通过孔口形心的水平面作为以通过孔口形心的水平面作为以通过孔口形心的水平面作为以通过孔口形心的水平面作为基准面，基准面，基准面，基准面，1-11-1和和和和2-22-2列能量方程：列能量方程：列能量方程：列能量方程：令令H0H1一一H2 淹没出流无淹没出流无淹没出流无淹没出流无“大大大大”、“小小小小”孔口之分。孔口之分。孔口之分。孔口之分。淹没出流淹没出流6比较孔口自由出流与淹没出流的异同点比较孔口自由出流与淹没出流的异同点相同点相同点相同点相同点：二者流量计算公式形式相同，流速计：二者流量计算公式形式相同，流速计：二者流量计算公式形式相同，流速计：二者流量计算公式形式相同，流速计算公式形式相同，各项系数值也相同。算公式形式相同，各项系数值也相同。算公式形式相同，各项系数值也相同。算公式形式相同，各项系数值也相同。（前提（前提（前提（前提条件一致的情况下）条件一致的情况下）条件一致的情况下）条件一致的情况下）不同点不同点不同点不同点：作用水头不同。自由出流的作用水头：作用水头不同。自由出流的作用水头：作用水头不同自由出流的作用水头：作用水头不同。自由出流的作用水头HH0 0是孔口上游断面的总水头，与孔口的位置有是孔口上游断面的总水头，与孔口的位置有是孔口上游断面的总水头，与孔口的位置有是孔口上游断面的总水头，与孔口的位置有关，而淹没出流的作用水头关，而淹没出流的作用水头关，而淹没出流的作用水头关，而淹没出流的作用水头HH0 0则是上下游液面则是上下游液面则是上下游液面则是上下游液面的总水头之差，与孔口在壁面上的位置和大小的总水头之差，与孔口在壁面上的位置和大小的总水头之差，与孔口在壁面上的位置和大小的总水头之差，与孔口在壁面上的位置和大小无关。无关。无关。无关。7孔口的流量系数孔口的流量系数孔口的流量系数孔口的流量系数 的影响因素的影响因素的影响因素的影响因素孔口的流量系数孔口的流量系数孔口的流量系数孔口的流量系数 决定于流速系数决定于流速系数决定于流速系数决定于流速系数 和收缩系数和收缩系数和收缩系数和收缩系数。由实验可知，由实验可知，由实验可知，由实验可知，和和和和 在自由出流和淹没出流情况下是在自由出流和淹没出流情况下是在自由出流和淹没出流情况下是在自由出流和淹没出流情况下是基本相同的。而影响基本相同的。而影响基本相同的。而影响基本相同的。而影响 和和和和，亦即影响，亦即影响，亦即影响，亦即影响 的主要因素的主要因素的主要因素的主要因素是是是是孔口的形状、边缘情况和距容器边界的距离孔口的形状、边缘情况和距容器边界的距离。孔口的形状、边缘情况和距容器边界的距离。孔口的形状、边缘情况和距容器边界的距离。根据实验测得的结果，完善收缩的薄壁小孔口的各根据实验测得的结果，完善收缩的薄壁小孔口的各根据实验测得的结果，完善收缩的薄壁小孔口的各根据实验测得的结果，完善收缩的薄壁小孔口的各项系数为项系数为项系数为项系数为=0.06=0.06，=0.97=0.97，0.640.64，=0.62=0.62。8全部完善收缩全部完善收缩全部不完善收缩全部不完善收缩部分收缩部分收缩9例例5-2 平流式沉淀池穿孔平流式沉淀池穿孔平流式沉淀池穿孔平流式沉淀池穿孔墙墙墙墙。若已知通。若已知通。若已知通若已知通过过过过穿孔穿孔穿孔穿孔墙墙墙墙的的的的总总总总流量流量流量流量Q Qz=125L/sz=125L/s，穿孔，穿孔，穿孔，穿孔墙墙墙墙上上上上设设设设若干面若干面若干面若干面积积积积A A=15cm15cm=15cm15cm的孔口，的孔口，的孔口，的孔口，为为为为防止絮凝体防止絮凝体防止絮凝体防止絮凝体被打碎，需限制通被打碎，需限制通被打碎，需限制通被打碎，需限制通过过过过孔口面孔口面孔口面孔口面积积积积A A的平均流的平均流的平均流的平均流速速速速v v 0.4m/s0.4m/s。若按薄壁小孔口。若按薄壁小孔口。若按薄壁小孔口。若按薄壁小孔口计计计计算，算，算，算，试试试试确确确确定（定（定（定（1 1）穿孔）穿孔）穿孔）穿孔墙墙墙墙上上上上应设应设应设应设孔口的孔口的孔口的孔口的总总总总数数数数n n；（2 2）穿孔）穿孔）穿孔）穿孔墙墙墙墙上下游的恒定水位差上下游的恒定水位差上下游的恒定水位差上下游的恒定水位差HH。解：（解：（解：（解：（1 1）求）求）求）求n n n n个孔口的总面积为个孔口的总面积为个孔口的总面积为个孔口的总面积为 取取取取n n=14=14个。则孔口的实际流速个。则孔口的实际流速个。则孔口的实际流速个。则孔口的实际流速 故符合要求。故符合要求。故符合要求。故符合要求。10（2 2）求）求）求）求HH因为是淹没出流，故作用水头与孔口在穿孔墙上的位置因为是淹没出流，故作用水头与孔口在穿孔墙上的位置因为是淹没出流，故作用水头与孔口在穿孔墙上的位置因为是淹没出流，故作用水头与孔口在穿孔墙上的位置无关，即无关，即无关，即无关，即1414个孔口的作用水头相等。又个孔口的作用水头相等。又个孔口的作用水头相等。又个孔口的作用水头相等。又故故故故1414个孔口的作用水头均为个孔口的作用水头均为个孔口的作用水头均为个孔口的作用水头均为HH0 0=HH。采用，由公式可得。采用，由公式可得。采用，由公式可得。采用，由公式可得 11第二节第二节 管嘴出流管嘴出流在孔口断面上外接长度在孔口断面上外接长度在孔口断面上外接长度在孔口断面上外接长度(3(34)4)d d的圆的圆的圆的圆柱形短管，称为圆柱形外接管嘴。柱形短管，称为圆柱形外接管嘴。柱形短管，称为圆柱形外接管嘴。柱形短管，称为圆柱形外接管嘴。漩涡区漩涡区以通过管嘴轴线的水平面以通过管嘴轴线的水平面以通过管嘴轴线的水平面以通过管嘴轴线的水平面0-00-0为基准面，为基准面，为基准面，为基准面，对断面对断面对断面对断面1-11-1与断面与断面与断面与断面2-22-2列能量方程：列能量方程：列能量方程：列能量方程：令令令令 代入上式，整理得代入上式，整理得代入上式，整理得代入上式，整理得 管嘴出口流速管嘴出口流速管嘴出口流速管嘴出口流速 一、圆柱形外管嘴的恒定出流一、圆柱形外管嘴的恒定出流返回返回12管嘴流量管嘴流量管嘴流量管嘴流量 式中式中式中式中 HH0 0作用水头，作用水头，作用水头，作用水头，mm；当忽略较小；当忽略较小；当忽略较小；当忽略较小，HH0 0=HH n n管嘴局部阻力系数，相当于管道锐缘进口的管嘴局部阻力系数，相当于管道锐缘进口的管嘴局部阻力系数，相当于管道锐缘进口的管嘴局部阻力系数，相当于管道锐缘进口的局部阻力系数；局部阻力系数；局部阻力系数；局部阻力系数；管嘴流速系数，管嘴流速系数，管嘴流速系数，管嘴流速系数，管嘴流量系数，因管嘴出口断面无收缩，故管嘴流量系数，因管嘴出口断面无收缩，故管嘴流量系数，因管嘴出口断面无收缩，故管嘴流量系数，因管嘴出口断面无收缩，故 比较孔口与管嘴流量公式，两式形式完全相同，但比较孔口与管嘴流量公式，两式形式完全相同，但比较孔口与管嘴流量公式，两式形式完全相同，但比较孔口与管嘴流量公式，两式形式完全相同，但 由此可见：在相同的作用水头、相同的直径的条件下，管嘴的由此可见：在相同的作用水头、相同的直径的条件下，管嘴的由此可见：在相同的作用水头、相同的直径的条件下，管嘴的由此可见：在相同的作用水头、相同的直径的条件下，管嘴的过流能力是孔口过流能力的过流能力是孔口过流能力的过流能力是孔口过流能力的过流能力是孔口过流能力的1.321.32倍。倍。倍。倍。13收缩断面的真空值为收缩断面的真空值为收缩断面的真空值为收缩断面的真空值为该式说明：圆柱形外管嘴的作用可使其作用水头增大该式说明：圆柱形外管嘴的作用可使其作用水头增大该式说明：圆柱形外管嘴的作用可使其作用水头增大该式说明：圆柱形外管嘴的作用可使其作用水头增大7575。(1)(1)作用水头作用水头作用水头作用水头HH0 09m9m；(2)(2)管嘴长度管嘴长度管嘴长度管嘴长度(3(34)d4)d。二、收缩断面的真空二、收缩断面的真空三、圆柱形外管嘴正常工作的条件三、圆柱形外管嘴正常工作的条件14四、其他形式的管嘴四、其他形式的管嘴(1)圆锥圆锥形形扩张扩张管嘴管嘴，如，如(a)所示。所示。这类这类管嘴可在收管嘴可在收缩缩断面形断面形成真空，其真空成真空，其真空值值随随圆锥圆锥角增大而增大，泄水能力角增大而增大，泄水能力流速小，常用作引射器、流速小，常用作引射器、水水轮轮机尾水管和人工降雨机尾水管和人工降雨喷喷口口(灌灌溉设备溉设备)等。等。15四、其他形式的管嘴四、其他形式的管嘴(2)圆锥圆锥形收形收敛敛管嘴管嘴，如，如图图(b)所示。所示。这类这类管嘴出口流速大，适管嘴出口流速大，适用于水力机械化施工用于水力机械化施工设备设备(如水力挖土机如水力挖土机)作作喷喷嘴嘴枪枪作作喷喷嘴等。嘴等。16四、其他形式的管嘴四、其他形式的管嘴(3)流流线线型管嘴型管嘴，如如图图(c)所示。所示。这类这类管嘴阻力系数管嘴阻力系数小，常用作涵洞或小，常用作涵洞或水水坝坝的泄水管。的泄水管。17四、其他形式的管嘴四、其他形式的管嘴消防龙头用的收缩消防龙头用的收缩管嘴管嘴 18例题例题 水从封闭的容器中经管嘴流入敞口水从封闭的容器中经管嘴流入敞口水从封闭的容器中经管嘴流入敞口水从封闭的容器中经管嘴流入敞口水池中，已知管嘴的直径水池中，已知管嘴的直径水池中，已知管嘴的直径水池中，已知管嘴的直径10cm10cm，容，容，容，容器与水池中水面高差器与水池中水面高差器与水池中水面高差器与水池中水面高差h h=2m=2m，封闭容，封闭容，封闭容，封闭容器液面相对压强为器液面相对压强为器液面相对压强为器液面相对压强为49.05kPa49.05kPa，试求流，试求流，试求流，试求流经管嘴的流量是多少？经管嘴的流量是多少？经管嘴的流量是多少？经管嘴的流量是多少？【解解解解】这是管嘴的淹没出流，先这是管嘴的淹没出流，先这是管嘴的淹没出流，先这是管嘴的淹没出流，先确定管嘴的作用水头确定管嘴的作用水头确定管嘴的作用水头确定管嘴的作用水头 例题例题5-3参见教参见教材材94页页19有压流有压流无压流无压流简单管道简单管道复杂管道复杂管道长管长管短管短管自由出流自由出流淹没出流淹没出流简单管道简单管道串联管道串联管道并联管道并联管道水头损失以沿程水头损失为主，局部水头损失和流速水头在水头损失以沿程水头损失为主，局部水头损失和流速水头在总损失中所占比重很小，计算时可以忽略的管道或按沿程损总损失中所占比重很小，计算时可以忽略的管道或按沿程损失的某一百分数进行估算，而不影响计算精度的管路失的某一百分数进行估算，而不影响计算精度的管路局部损失及流速水头在总损失中占有相当的比重，计算时不局部损失及流速水头在总损失中占有相当的比重，计算时不能忽略的管道能忽略的管道第三节第三节 有压管路计算有压管路计算返回返回20一、短管水力计算一、短管水力计算（一）自由出流（一）自由出流211-11-1与与与与2-22-2列方程列方程列方程列方程22（2）淹没出流）淹没出流231-11-1与与与与2-22-2列方程列方程列方程列方程24（三）短管水力计算的基本类型（三）短管水力计算的基本类型三）短管水力计算的基本类型（三）短管水力计算的基本类型n n已知已知已知已知Q Q，l l，d d，管材，局部阻力组成，求作用，管材，局部阻力组成，求作用，管材，局部阻力组成，求作用，管材，局部阻力组成，求作用水头水头水头水头HH0 0；n n已知作用水头已知作用水头已知作用水头已知作用水头HH，l l，d d，管材、局部阻力组成，管材、局部阻力组成，管材、局部阻力组成，管材、局部阻力组成，求求求求Q Q；n n已知已知已知已知Q Q，作用水头，作用水头，作用水头，作用水头HH，l l，管材、局部阻力组，管材、局部阻力组，管材、局部阻力组，管材、局部阻力组成，求成，求成，求成，求d d。25四）短管水力计算应用（四）短管水力计算应用 1.1.虹吸管水力计算虹吸管水力计算虹吸管水力计算虹吸管水力计算 虹吸管是一种压力管，顶部弯曲且其高程高于上游供虹吸管是一种压力管，顶部弯曲且其高程高于上游供水水面。其顶部的真空值一般不大于水水面。其顶部的真空值一般不大于78m水柱高。虹吸管水柱高。虹吸管安装高度安装高度hs越大，顶部真空值越大。越大，顶部真空值越大。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。虹吸管长度一般不长，故按短管计算。虹吸管长度一般不长，故按短管计算。26例例5-4用虹吸管将水从上游水池引入吸水池。已知上游水池用虹吸管将水从上游水池引入吸水池。已知上游水池用虹吸管将水从上游水池引入吸水池。已知上游水池用虹吸管将水从上游水池引入吸水池。已知上游水池与吸水池中水位高差与吸水池中水位高差与吸水池中水位高差与吸水池中水位高差HH=2.5m=2.5m，管长，管长，管长，管长l lACAC=15m=15m，l lCBCB=25m=25m，管径，管径，管径，管径d d=200mm=200mm，沿程阻力系数，沿程阻力系数，沿程阻力系数，沿程阻力系数=0.025=0.025，入，入，入，入口局部阻力系数口局部阻力系数口局部阻力系数口局部阻力系数 入口入口入口入口=1.0=1.0，各弯头的局部阻力系数，各弯头的局部阻力系数，各弯头的局部阻力系数，各弯头的局部阻力系数 弯弯弯弯头头头头=0.2=0.2，管顶允许真空高度，管顶允许真空高度，管顶允许真空高度，管顶允许真空高度 h hv v=7mH=7mH2 2OO，试求通过的，试求通过的，试求通过的，试求通过的流量及最大安装高度。流量及最大安装高度。流量及最大安装高度。流量及最大安装高度。【解解解解】a a.计算流量计算流量计算流量计算流量以以以以2-22-2为基准面，为基准面，为基准面，为基准面，1-11-1、2-22-2列方程列方程列方程列方程27b b计算最大安装高度计算最大安装高度计算最大安装高度计算最大安装高度以以以以1-11-1为基准面，对为基准面，对为基准面，对为基准面，对1-11-1、c c-c c列方程列方程列方程列方程28利用虹吸原理，在长距离输水管中作压力输水也有应利用虹吸原理，在长距离输水管中作压力输水也有应利用虹吸原理，在长距离输水管中作压力输水也有应利用虹吸原理，在长距离输水管中作压力输水也有应用，实例如下：用，实例如下：用，实例如下：用，实例如下：方案一：按照传统的做法，以山包的最高点方案一：按照传统的做法，以山包的最高点方案一：按照传统的做法，以山包的最高点方案一：按照传统的做法，以山包的最高点B B点为控制点为控制点为控制点为控制点，在点，在点，在点，在B B点处建一个高位水池。水泵先将水送入高位水点处建一个高位水池。水泵先将水送入高位水点处建一个高位水池。水泵先将水送入高位水点处建一个高位水池。水泵先将水送入高位水池，然后再由高位水池依靠重力输水至水厂混合池池，然后再由高位水池依靠重力输水至水厂混合池池，然后再由高位水池依靠重力输水至水厂混合池池，然后再由高位水池依靠重力输水至水厂混合池C C。该方案的水泵供水水压线为该方案的水泵供水水压线为该方案的水泵供水水压线为该方案的水泵供水水压线为 线，水泵扬程为线，水泵扬程为线，水泵扬程为线，水泵扬程为HHl l。29方案二：以水厂混合池方案二：以水厂混合池方案二：以水厂混合池方案二：以水厂混合池C C为控制点，水泵供水水压线为为控制点，水泵供水水压线为为控制点，水泵供水水压线为为控制点，水泵供水水压线为线，水泵扬程为线，水泵扬程为线，水泵扬程为线，水泵扬程为HH2 2，供水水压线，供水水压线，供水水压线，供水水压线将供水管线分为三将供水管线分为三将供水管线分为三将供水管线分为三段，即：段，即：段，即：段，即：ADAD与与与与ECEC段位于供水水压线之下，属于正压输段位于供水水压线之下，属于正压输段位于供水水压线之下，属于正压输段位于供水水压线之下，属于正压输水；水；水；水；DBEDBE段位于供水水压线之上，属于负压输水。这样段位于供水水压线之上，属于负压输水。这样段位于供水水压线之上，属于负压输水。这样段位于供水水压线之上，属于负压输水。这样整个输水管线形成一根虹吸管。整个输水管线形成一根虹吸管。整个输水管线形成一根虹吸管。整个输水管线形成一根虹吸管。负压负压负压负压30控制点由控制点由B点降至点降至C点以后，水泵的静扬程相应地由点以后，水泵的静扬程相应地由H01降至降至H02，H01=62.022.0=40mH02=45.622.0=23.6m该工程采用了第二设计方案，使水泵扬程大大降低，因该工程采用了第二设计方案，使水泵扬程大大降低，因此工程建成投产数年后，节能此工程建成投产数年后，节能 效果十分显著。效果十分显著。负压负压负压负压312.2.水泵吸水管水力计算水泵吸水管水力计算水泵吸水管水力计算水泵吸水管水力计算 以以以以1-11-1为基准面，对为基准面，对为基准面，对为基准面，对1-11-1至至至至2-22-2列方程列方程列方程列方程安装高度安装高度若以水泵的允许吸上真空高度若以水泵的允许吸上真空高度若以水泵的允许吸上真空高度若以水泵的允许吸上真空高度 h hv v 代入上式，则可得到水泵最代入上式，则可得到水泵最代入上式，则可得到水泵最代入上式，则可得到水泵最大安装高度大安装高度大安装高度大安装高度32例例5-5 如图离心泵装置，抽水量如图离心泵装置，抽水量如图离心泵装置，抽水量如图离心泵装置，抽水量Q Q=8.1L/s=8.1L/s，吸水管长度，吸水管长度，吸水管长度，吸水管长度l l=8m=8m，管径，管径，管径，管径d d=100mm=100mm，=0.045=0.045，各局部阻力系，各局部阻力系，各局部阻力系，各局部阻力系数分别为：带滤网的底阀数分别为：带滤网的底阀数分别为：带滤网的底阀数分别为：带滤网的底阀 阀阀阀阀=7.0=7.0，9090弯头弯头弯头弯头 9090=0.25=0.25，水泵的允许吸上真空高度，水泵的允许吸上真空高度，水泵的允许吸上真空高度，水泵的允许吸上真空高度 h hv v=5.7m=5.7m，试确定水泵最大安装高度试确定水泵最大安装高度试确定水泵最大安装高度试确定水泵最大安装高度HHs s。【解解】333.3.倒虹吸管水力计算倒虹吸管水力计算倒虹吸管水力计算倒虹吸管水力计算倒虹吸管是穿越道路、河渠倒虹吸管是穿越道路、河渠倒虹吸管是穿越道路、河渠倒虹吸管是穿越道路、河渠等障碍物的一种输水管道。等障碍物的一种输水管道。等障碍物的一种输水管道。等障碍物的一种输水管道。如图所示。倒虹吸管中的水如图所示。倒虹吸管中的水如图所示。倒虹吸管中的水如图所示。倒虹吸管中的水流流流流并无虹吸作用并无虹吸作用并无虹吸作用并无虹吸作用。【例题例题例题例题4.54.5】如上图所示，一穿越路堤的倒虹管，圆形断面，如上图所示，一穿越路堤的倒虹管，圆形断面，如上图所示，一穿越路堤的倒虹管，圆形断面，如上图所示，一穿越路堤的倒虹管，圆形断面，管长管长管长管长l l=50m=50m，上下游水位差，上下游水位差，上下游水位差，上下游水位差HH=2.5m=2.5m，通过的流量，通过的流量，通过的流量，通过的流量Q Q=2.9m=2.9m3 3/s/s，采用钢筋混凝土管，采用钢筋混凝土管，采用钢筋混凝土管，采用钢筋混凝土管，=0.02=0.02，各局部阻力系数：，各局部阻力系数：，各局部阻力系数：，各局部阻力系数：入口入口入口入口=0.5=0.5，弯弯弯弯头头头头=0.55=0.55，出口出口出口出口=1=1，试计算其管径，试计算其管径，试计算其管径，试计算其管径d d。解：以下游液面为基准面，对符合渐变流条件的上、下游水解：以下游液面为基准面，对符合渐变流条件的上、下游水解：以下游液面为基准面，对符合渐变流条件的上、下游水解：以下游液面为基准面，对符合渐变流条件的上、下游水面面面面1-11-1、2-22-2断面列能量方程，忽略上、下游流速断面列能量方程，忽略上、下游流速断面列能量方程，忽略上、下游流速断面列能量方程，忽略上、下游流速v v1 1、v v2 2，得，得，得，得34采用试算法求采用试算法求采用试算法求采用试算法求d d，设，设，设，设d d=1.0m=1.0m，代入上式得，代入上式得，代入上式得，代入上式得故求得该管道直径故求得该管道直径故求得该管道直径故求得该管道直径d d=1.0m=1.0m。通常第一次所设直径不会恰好是方程的解，一般需经过多次试通常第一次所设直径不会恰好是方程的解，一般需经过多次试通常第一次所设直径不会恰好是方程的解，一般需经过多次试通常第一次所设直径不会恰好是方程的解，一般需经过多次试算。若试算所得结果并不是整数时，应采用与之相接近的规格算。若试算所得结果并不是整数时，应采用与之相接近的规格算。若试算所得结果并不是整数时，应采用与之相接近的规格算。若试算所得结果并不是整数时，应采用与之相接近的规格产品。产品。产品。产品。35二、长管水力计算二、长管水力计算（一）简单管路的水力计算（一）简单管路的水力计算直径与流量沿程不变的管路称为简单管路。直径与流量沿程不变的管路称为简单管路。直径与流量沿程不变的管路称为简单管路。直径与流量沿程不变的管路称为简单管路。以管道出口断面以管道出口断面以管道出口断面以管道出口断面2-22-2形心的水平形心的水平形心的水平形心的水平面为基准面，对水池内符合渐面为基准面，对水池内符合渐面为基准面，对水池内符合渐面为基准面，对水池内符合渐变流条件的变流条件的变流条件的变流条件的1-11-1断面与断面与断面与断面与2-22-2断面断面断面断面列能量方程列能量方程列能量方程列能量方程该式表明：长管的全部作用水头都该式表明：长管的全部作用水头都该式表明：长管的全部作用水头都该式表明：长管的全部作用水头都消耗在沿程水头损失上消耗在沿程水头损失上消耗在沿程水头损失上消耗在沿程水头损失上 ，其总水头，其总水头，其总水头，其总水头线是一连续下降的直线。线是一连续下降的直线。线是一连续下降的直线。线是一连续下降的直线。36(1)按比阻计算按比阻计算令：令：令：令：则：则：则：则：A A比阻，表示单比阻，表示单比阻，表示单比阻，表示单位流量通过单位长度位流量通过单位长度位流量通过单位长度位流量通过单位长度管道所需要的作用水管道所需要的作用水管道所需要的作用水管道所需要的作用水头。头。头。头。A A值的大小取决值的大小取决值的大小取决值的大小取决于于于于 与与与与d d。计算计算计算计算 值的公式有很多种，最常用的两种。值的公式有很多种，最常用的两种。值的公式有很多种，最常用的两种。值的公式有很多种，最常用的两种。1)1)舍维列夫公式舍维列夫公式舍维列夫公式舍维列夫公式2 2）曼宁公式）曼宁公式）曼宁公式）曼宁公式371)舍维列夫公式舍维列夫公式适用范围适用范围适用范围适用范围旧钢管、旧铸铁管旧钢管、旧铸铁管旧钢管、旧铸铁管旧钢管、旧铸铁管 a.当当v1.2ms，t=10(阻力平方区阻力平方区)b.v 1.2ms时，时，t=10(过渡区过渡区)K修正系数，修正系数，A A值的修正系数值的修正系数值的修正系数值的修正系数KK值值值值 表表表表4.34.3v（m/s）0.200.250.30.350.40.450.50.550.6K1.411.331.281.241.21.1751.151.131.115v（m/s）0650.70.750.80.850.91.01.11.2K1.101.0851.071.061.051.041.031.0151.038旧钢管、旧铸铁管的比阻旧钢管、旧铸铁管的比阻旧钢管、旧铸铁管的比阻旧钢管、旧铸铁管的比阻A A值值值值 表表表表4.44.4旧旧 钢钢 管管旧旧 铸铸 铁铁 管管直直 径径（mm）A（流量以（流量以m3/s计计）直直 径径（mm）A（流量以（流量以m3/s计计）125106.2501519015044.957517092009.273100365.32502.583125110.83000.939215041.853500.40782009.0294000.20622502.7524500.10893001.0255000.062223500.45296000.023844000.22327000.011504500.11958000.0056655000.06839392）曼宁公式）曼宁公式适用范围适用范围适用范围适用范围钢筋混凝土管道、紊流粗糙区的一般管流钢筋混凝土管道、紊流粗糙区的一般管流钢筋混凝土管道、紊流粗糙区的一般管流钢筋混凝土管道、紊流粗糙区的一般管流 输水管道比阻输水管道比阻输水管道比阻输水管道比阻A A值值值值 表表表表4.54.540(2)按水力坡度计算按水力坡度计算对于旧钢管、旧铸铁管，对于旧钢管、旧铸铁管，对于旧钢管、旧铸铁管，对于旧钢管、旧铸铁管，当水温当水温当水温当水温t t=10=10，a.当当v1.2ms，t=10(阻力平方区阻力平方区)b.v 1.2ms时，时，t=10(过渡区过渡区)铸铁管的铸铁管的铸铁管的铸铁管的J J和和和和v v值（部分）值（部分）值（部分）值（部分）表表表表4.64.641对于钢筋混凝土管道，对于钢筋混凝土管道，对于钢筋混凝土管道，对于钢筋混凝土管道，通常采用谢才公式计算水力坡度通常采用谢才公式计算水力坡度通常采用谢才公式计算水力坡度通常采用谢才公式计算水力坡度 亦可编制出相应的水力坡度计算表以简化计算亦可编制出相应的水力坡度计算表以简化计算亦可编制出相应的水力坡度计算表以简化计算亦可编制出相应的水力坡度计算表以简化计算 简单管路水力计算的基本类型简单管路水力计算的基本类型(1)已知作用水头已知作用水头H、管道长度、管材、管径、管道长度、管材、管径d，求流量，求流量Q。(2)已知流量已知流量Q、管道长度、管材、管径、管道长度、管材、管径d，求，求作用水头作用水头H。(3)已知流量已知流量Q、作用水头、作用水头H、管道长度、管道长度l、管、管材，求管径材，求管径d。42例例5-7 由水塔向厂区供水。采用铸铁管，管长由水塔向厂区供水。采用铸铁管，管长由水塔向厂区供水。采用铸铁管，管长由水塔向厂区供水。采用铸铁管，管长2500m2500m，d d=450mm=450mm水塔地面标高，水塔地面标高，水塔地面标高，水塔地面标高1 1=100m=100m，水塔水面，水塔水面，水塔水面，水塔水面距地面的高度距地面的高度距地面的高度距地面的高度 HH0 0=20m=20m，工厂地面标高，工厂地面标高，工厂地面标高，工厂地面标高2 2=85m=85m，工厂要求的自由水压，工厂要求的自由水压，工厂要求的自由水压，工厂要求的自由水压HHz z=25m=25m。试求管道通过试求管道通过试求管道通过试求管道通过的流量的流量的流量的流量【解解解解】（1 1）按比阻计算）按比阻计算）按比阻计算）按比阻计算以标高为零处做基准面，从水塔液面到车间供水点列方程。长以标高为零处做基准面，从水塔液面到车间供水点列方程。长以标高为零处做基准面，从水塔液面到车间供水点列方程。长以标高为零处做基准面，从水塔液面到车间供水点列方程。长管要忽略管路末端的流速水头。管要忽略管路末端的流速水头。管要忽略管路末端的流速水头。管要忽略管路末端的流速水头。自由水压的含义是供水末端压自由水压的含义是供水末端压自由水压的含义是供水末端压自由水压的含义是供水末端压强水头的余量强水头的余量强水头的余量强水头的余量HHz z=p p2 2/=25m25mz1z2作用作用水头水头43查得查得查得查得450mm450mm铸铁管，铸铁管，铸铁管，铸铁管，A A=0.1195 s=0.1195 s2 2/m/m6 6，校核阻力区校核阻力区校核阻力区校核阻力区 说明水流处于紊流过渡区，比阻说明水流处于紊流过渡区，比阻说明水流处于紊流过渡区，比阻说明水流处于紊流过渡区，比阻A A需修正。需修正。需修正。需修正。查表，但查表，但查表，但查表，但v v=1.15m/s=1.15m/s时，通过内插计算，时，通过内插计算，时，通过内插计算，时，通过内插计算，K=1.0075K=1.0075，故修，故修，故修，故修正后的流量正后的流量正后的流量正后的流量44（2）按水力坡度计算）按水力坡度计算查表，查表，d=450mm，J=0.004时，时，45例例5-8 在上题中，管线布置情况，地面标高及工厂自由在上题中，管线布置情况，地面标高及工厂自由在上题中，管线布置情况，地面标高及工厂自由在上题中，管线布置情况，地面标高及工厂自由水压保持不变，若将供水量增至水压保持不变，若将供水量增至水压保持不变，若将供水量增至水压保持不变，若将供水量增至Q Q=200L/s=200L/s，试设，试设，试设，试设计水塔高度计水塔高度计水塔高度计水塔高度HH0 0。【解解解解】故为阻力平方区，故为阻力平方区，A值不需要修正值不需要修正由由水塔高度水塔高度46例题5-9采用内壁涂水泥砂浆的铸铁管输水（采用内壁涂水泥砂浆的铸铁管输水（n=0.012），已知作用），已知作用水头水头H=25m，管长，管长l=2500m，要求通过流量，要求通过流量Q=0.195m3/s，试选择输水管直径试选择输水管直径d。解：解：查表查表5-6，n=0.012当当d=400mm，A1=0.196s2/m6当当d=350mm，A2=0.401s2/m6因为因为A1AA2，可见适合本题中要求的管径应介于，可见适合本题中要求的管径应介于d1、d2两两者之间，但并无此规格产品。为保证满足供水要求，只要采者之间，但并无此规格产品。为保证满足供水要求，只要采用较大管径用较大管径d=400mm，但势必浪费管材。为了充分利用作，但势必浪费管材。为了充分利用作用水头，且保证供水，又节省管材，合理的办法就是采用两用水头，且保证供水，又节省管材，合理的办法就是采用两段不同直径的管道的串联。段不同直径的管道的串联。47（二）复杂管路水力计算（二）复杂管路水力计算由不同直径的管段顺次相接而成由不同直径的管段顺次相接而成由不同直径的管段顺次相接而成由不同直径的管段顺次相接而成的管路系统，称为串联管路。的管路系统，称为串联管路。的管路系统，称为串联管路。的管路系统，称为串联管路。常用于以下两种情况：常用于以下两种情况：常用于以下两种情况：常用于以下两种情况：1 1）沿途向多处供水，由于经过一段距离）沿途向多处供水，由于经过一段距离）沿途向多处供水，由于经过一段距离）沿途向多处供水，由于经过一段距离便有流量的分出，使得流量沿程减少，便有流量的分出，使得流量沿程减少便有流量的分出，使得流量沿程减少，便有流量的分出，使得流量沿程减少，因此，所采用的管径也随之相应减小。因此，所采用的管径也随之相应减小。因此，所采用的管径也随之相应减小。因此，所采用的管径也随之相应减小。2 2）供水点虽然只有一处，但是为了充分）供水点虽然只有一处，但是为了充分）供水点虽然只有一处，但是为了充分）供水点虽然只有一处，但是为了充分利用作用水头，节省管材，而采用串联利用作用水头，节省管材，而采用串联利用作用水头，节省管材，而采用串联利用作用水头，节省管材，而采用串联方式。方式。方式。方式。各管段的联接点水流符合连续性方程：各管段的联接点水流符合连续性方程：串联管路的总水头损失应当等于各段串联管路的总水头损失应当等于各段水头损失之和。水头损失之和。1.串联管路水力计算串联管路水力计算48例题例题5-10 在例题在例题5-9中，为了充分利用水头和节省管材，采用中，为了充分利用水头和节省管材，采用350mm和和400mm两种直径管段串联。求每段的长度。两种直径管段串联。求每段的长度。【解解】设设d1=400mm的管段长的管段长l1，d2=350mm的管段长的管段长l2查表得查表得 d1=400mm时时A1=0.196s2/m6；d2=350mm时时A2=0.401s2/m6。l1=1683m，l2=817m492.并联管路水力计算并联管路水力计算 在两个节点之间并设两条或两