水力学第6章有压管流.ppt

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。
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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。
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
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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
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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
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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
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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。
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【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，查表6-1
求得流量为
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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。
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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
6.2.2 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……。
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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 s2/m6
于是
解得 l1= 1729 m， l2= 771 m
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