第6章有压管流.ppt
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1、第 6 章 有压管流 有压管流指液体在管道中的满管流动。除特殊点外, 管中液体的相对压强一般不为零,故名。 根据沿程水头损失与局部水头损失的比例,有压管 流分为短管出流与长管出流。 短管出流指水头损失中沿程水头损失与局部水头损 比例相当、均不可以忽略的有压管流;如虹吸管或建筑 给水管等。 长管出流则是与沿程水头损失相比,局部水头损失 可以忽略或按比例折算成沿程水头损失的有压管流;按 连接方式,长管又有简单管路与复杂管路之分,如市政 给水管道等。,6.1 短管的水力计算 6.1.1 基本公式 短管水力计算可直接应用伯努利方程求解,也可将伯努利 方程改写成工程应用的一般形式,然后对短管进行求解。
2、短管出流有自由出流和淹没出流之分。 液体经短管流入大气为自由出流。 设一短管,列1-2断面伯努利方程,得,1,1,2,2,0,0,v,H,式中水头损失可表示为,解出流速,流量为,令,为短管管系流量系数,液体经短管流入液体为淹没出流。,管系流量系数为,流量计算与自由出流相同,即,0,0,H,v,1,1,2,2,6.1.2 基本问题 第一类为已知作用水头、管长、管径、管材与局部变 化,求流量,见p117 例6-1。 第二类为已知流量、管长、管径、管材与局部变化, 求作用水头,见p118 例6-2。 第三类为已知作用水头、流量、管长、管材与局部变 化,求管径,见p119 例6-3。,6.2 长管的水
3、力计算,直径与流量沿程不变的管道为简单管道。,列1-2断面伯努利方程。,对于长管来说,局部水头,损失(包括流速水头)可忽略,1,1,2,2,H,不计,于是有,6.2.1 简单管道,引入达西公式,式中 s = al 称为管道的阻抗,a 则称为比阻。于是,为简单管道按比阻计算的基本公式。,可按曼宁公式计算比阻。,在阻力平方区,根据曼宁公式可求得,上式计算结果也可通过查表6-1求得。,【解】 首先计算作用水头,【例1】采用铸铁管由水塔向车间供水。已知水管长2500m,,管径400mm,水塔地面标高61m,水塔高18m,车间地面,标高45m,供水点要求最小服务水头25m,求供水量。,然后查表求比阻,查
4、表6-1,求得流量为,求得比阻,查表6-1,求管径,【例2】其他条件同【例1】,供水量增至 0.152 m3/s,求管径。,【解】 作用水头不变,D = 450mm, a = 0.1230 s2/m6 ;,可见,所需管径界于上述两种管径之间,但实际上无此规,D = 400mm, a = 0.230 s2/m6 。,格。采用较小管径达不到要求的流量,使用较大管径又将浪费,投资。合理的办法是分部分采用,然后将二者串联起来。,每一段均为简单管道,按比阻计算水头损失为,串联管道的总水头损失等于各段水头损失之和,即,H,Q1,Q2,Q3,q1,q2,根据连续性方程,,在节点处满足节点流,量平衡,即,6.
5、2.2 串联管道,直径不同的管段顺序连接起来的管道称串联管道。,设串联管道系统。各管段长分别为 l1、l2,管径分,别为D1、D2,通过的流量分别为 Q1、Q2,两管段,的连接点即节点处的流量分别为 q1、q2。,当节点无分流时,通过各管段的流量相等,管道系统的 总阻抗 s 等于各管段阻抗之和,即,【解】设 D1= 450mm的管段长 l1, D2= 400mm的管段长 l2,故,【例3】【例2】中,为充分利用水头和节省管材,采用,450mm和400mm两种直径管段串联,求每段管长度。,由表6-1查得 D1= 450mm,a1= 0.123 s2/m6,D2= 400mm,a2= 0.230
6、s2/m6,于是,解得 l1= 1729 m, l2= 771 m,6.2.3 并联管道 两节点之间首尾并接两根以上的管道系统称为并联管道。,段所共有, A、B两点的水,A、B 两点满足节点流量平衡,由于A、B两点为各管,头差也就为各管段所共有,而且A、B两点之间又为全部并联系,统,说明并联管道系统各管段水头损失相等且等于系统总损失。,或者,hf,Q2,Q3,Q4,Q1,A,B,qA,qB,Q5,A:,B:,由于,及,上式还可表示为各管段的流量分配关系,得并联管道系统的总阻抗为,或,【例4】三根并联铸铁输水管道,总流量 Q = 0.28m3/s;各 支管管长分别为 l1 = 500m,l2=
7、800m,l3= 1000m;直径分 别为D1 = 300mm, D2 = 250mm, D3 = 200mm 。试求各支 管流量及 AB 间的水头损失。,【解】查表6-1求比阻,D1= 300mm,a1= 1.07s2/m6,根据各管段水头损失的关系:,D2= 250mm,a2= 2.83s2/m6,或,再与流量关系,联立解得:,A,B,l1, D1, Q1,l2, D2, Q2,l3, D3, Q3,AB 间水头损失:,D3= 200mm,a3= 9.30s2/m6,6.2.4 沿程均匀泄流管道,Qp,流量或沿线流量。,设沿程均匀泄流管段,长度 l ,直径 D,通过流,前面的管道流动中,通
8、过管道沿程不变的流量称为通过,流量或转输流量。,工程中有些设备装有穿孔管,即当水流通过这种管道时,,除有部分流量(转输流量)通过该管道以外,另一部分流量,随水流的流动由管道壁面的开孔沿途泄出,该流量称为途泄,Qs,x,dx,量 Qp ,总途泄流量 Qs 。,距开始泄流断面 x 处取微,元长度 dx,该处流量为:,假定比阻 a 为常数,上式积分得,此式还可近似写成,其中,若管段无通过流量,全部为途泄流量,则,称为折算流量。,该段的水头损失则为 :,【例5】水塔供水的输水管道,由三段铸铁管串联而成,BC 为沿程均匀泄流段。管长分别为 l1 = 500m, l2= 150m , l3= 200m;管
9、径 D1 = 200mm ,D2 = 150mm,D3 = 100mm , 节点B分出流量q = 0.07m3/s ,通过流量 Qp = 0.02m3/s,途泄 流量Qs = 0.015m3/s,试求所需作用水头H。,【解】BC 段途泄流量折算后,H,Qp,作用水头为各段损失之和,即,A,B,C,q,Qt,l1D1,l2D2,l3D3,q+0.45Qs,0.55Qs,6.3 管网水力计算基础,点而且通过的流量为最大的管道部分。对水,枝状管网的计算,6.3.1 枝状管网,由多条串联而成的具有分支结构的管网系统称为枝状管网。,枝状管网节省材料、造价低,但供水的可靠性差。,主要为以干管为主确,定作用
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