简单管道水力计算

学习单元三、短管水力计算一、管流概述在水利土木工程和日常生活中，经常用管道来输送液体，如水利工程中的有压引水隧洞、有压泄洪隧洞、水电站的压力管道、灌溉工程中的虹吸管和倒虹吸管、抽水机的吸水管和压水管、建筑或城市给排水工程中的自来水管、通风热水管道、石油工程中的输油管、人体中的血管等，都是常见的有压管流。

有压管流一般都采用圆形管道输送。

水流运动的特点是：整个断面被液体所充满，没有自由液面，管道的整个边壁上都受动水压强作用，而且一般不等于大气压强。

因此，管流又称为有压流。

管道中的断面如果未被水冲满，则不能视为有压流，是无压流动（明渠流动）根据管道中水流的沿程水头损失、局部水头损失及流速水头所占的比重不同，管流可分为长管流动和短管流动。

长管即管道中水流的沿程水头损失较大，而局部水头损失和流速水头很小，此两项之和只占沿程水头损失5%以下，以致可以忽略不计。

一般自来水管可视为长管。

短管即管道中局部水头损失与流速水头两项之和占沿程水头损失的5%以上，水力计算时不能忽略，必须一起考虑在内。

虹吸管、倒虹吸管、坝内泄水管、抽水机的吸水管等，均可按短管计算。

特别需要指出的是，长管和短管并不是按管道的长度分类的，即使很长的管道，局部水头损失和流速水头不能忽略时，仍应按短管计算。

根据水流运动要素随时间是否变化，可分为有压恒定流和有压非恒定流。

当管中任一点的水流运动要素不随时间而改变时，即为有压恒定流，否则为有压非恒定流。

本课程主要研究有压恒定流的计算。

本节先介绍短管流动下图5-6表示一段短管的自由出流过程。

列1-1断面和2-2断面的能量方程，有：212222201-+=+w h gv g v H αα令0212H gv H =+α，称为作用水头。

又有∑∑+=-j f w h h h 21。

因此g v d lH 2)(220∑++=ξλα取 12=α 则g v dlH 2)1(2∑++=ξλ图5-6 短管的自由出流管中流速0211gH dl v ∑++=ξλ通过管道流量 002211gH A gH A dl Q c μξλ=++=∑式中 ∑++=ξλμdl c 11称为管道系统的流量系数。

.简单管道短管淹没出流的水力计算简单管道是生产实践中最常见的一种管道，也是复杂管道的组成部分。

如水泵的吸水管、虹吸管等都是简单管道。

在各种管道的水力计算中，简单管道的水力计算是最基本的。

需要指出的是，任何类型的简单管道的计算，都是根据具体的条件，按照定常总流能量方程进行的。

因此，本节所讨论的各种管道的水力计算，都应视为对定常总流能量方程的实际应用。

本节将讨论简单管道的自由出流、淹没出流的水力计算问题;给出在长管情况下的简单管道的水力计算方法;提供对管道中动水压强的沿程分布的分析方法;也给出管道直径的计算和选定原则，以及水泵装置、虹吸管的水力计算方法。

7．1．1 两种典型出流的水力计算问题1．自由出流的水力计算凡经管道出口流入大气的水流过程，称为自由出流。

如图7-1所示。

图7-1 简单管道自由出流示意图图7-1为一简单管道和水池相连接，末端出口水流流入大气。

现取通过管道出口中心的水平面0—0为基准面，在水池中距管道入口上游较远处取截面1—1，该截面符合渐变流的条件，并在出口截面处取截面2—2，如图7-1所示。

然后对截面1—1和截面2—2建立能量方程式中:v0——水池中的流速，也称行进流速;v——管道中流速;H——管道出口截面中心到水池水面的高差。

式(7-1)还可以写成式中:H0=——包括行进流速水头在内的总水头，又称为作用水头。

式(7-2)表明，简单管道在自由出流的情况下，管道的总作用水头一部分消耗于整个管道的水头损失hw，另一部分转化为出口截面2—2处的流速水头。

其中水头损失hw为管道中的沿程水头损失和局部水头损失之和，即则式(7-2)可以写成式(7-3)为简单管道在自由出流的情况下，水流应满足的方程。

解这个方程，可得H、v等有关的物理量。

2．淹没出流的水力计算如果管道的出口是淹没在水下的，这种水流过程称为淹没出流。

如图7-2所示。

图7-2 简单管道淹没出流示意图显然，在淹没出流的情况下，下游水位的高低变化将影响管道的输水能力。

管道水力计算新大技术研究所：戴颂周2012 年3 月2 日目录第一章单相液体管内流动和管道水力计算 (3)第一节流体总流的伯努利方程 (3)一、流体总流的伯努利方程 (3)二、流体流动的水力损失 (3)第二节流体运动的两种状态 (6)一、雷诺实验 (6)二、雷诺数 (7)三、圆管中紊流的运动学特征—速度分布 (7)四、雷诺数算图 (8)第三节沿程水力损失 (9)一、计算方法： (9)第四节局部水力损失 (14)第五节管道的水力计算 (17)一、管道流体的允许流速（经济流速供参考） (17)二、简单管道的水力计算 (19)第二章玻璃钢管道水力计算 (20)第一节玻璃钢管道水力计算公式 (20)一、玻璃钢管道水力计算公式 (20)二、管道水力压降曲线 (21)三、常用液体压降的换算 (21)四、常用管件压降 (23)第二节油气集输管道压降计算 (24)第三节玻璃钢输水管线的水力学特性 (25)一、玻璃钢输水管水流量计算 (25)二、玻璃钢输水管水击强度计算 (25)第三章管道水力学计算中应注意的几个问题 (28)一、热油管道的工艺计算 (28)二、油水两相液体的工艺计算 (28)三、地形变化时的水力坡降 (30)第一章 单相液体管内流动和管道水力计算第一节 流体总流的伯努利方程一、流体总流的伯努利方程1. 流体总流的伯努利方程式（能量方式）=++gc g P Z 221111αρw h g c g P Z +++222222αρ 2. 方程的分析(1) 方程的意义物理意义：不可压缩的实际流体在管道内流动时的能量守恒，或者说，上游机械能=下游机械能+能量的损失。

(2) 各项的意义-21,z z 单位重量流体所具有的位能，或位置水头，m ，即起点、终点标高。

-g p g p ρρ/,/21单位重量流体所具有的压能，或压强水头，m ；即P 1 P 2为起点、终点液流压力，-g c g c 2/,2/222211αα单位重量流体所具有的动能，或速度水头，m ；即C 1 C 2为液流起、终点的流速。

第四章输气管的水力计算输气管的水力计算是为了确定管道中气体流动时产生的压力损失和流速等水力参数，从而有效地设计输气系统。

本文将从输气管的水力原理、水力计算公式以及实际应用中的注意事项等方面进行详细探讨。

一、水力原理输气管的水力原理主要依据流体的连续性方程、能量方程和阻力方程。

其中连续性方程描述了输气管中气体流动的连续性，能量方程用于计算气体在管道中的能量变化，而阻力方程则是根据经验公式，计算气体流动产生的摩阻力。

二、水力计算公式1.压力损失计算公式：压力损失（ΔP）=λ×L/D×(ρv^2/2)其中，λ为摩阻系数，L为管道长度，D为管道直径，ρ为气体密度，v为气体流速。

2.流速计算公式：流速（v）=Q/（πD^2/4）其中，Q为气体流量，D为管道直径。

3.管径计算公式：D=0.613×（Q/P）^(1/2)其中，Q为气体流量，P为设计压力。

三、实际应用注意事项1.摩阻系数的选择：摩阻系数的选择会直接影响到压力损失的计算结果，需要根据具体情况进行合理的选择，可以参考相关经验数据或者进行实验研究。

2.流量和压力的测量：水力计算需要准确的流量和压力数据，因此在实际应用中需要使用合适的流量计和压力计进行测量。

同时，还需要考虑测量误差的影响，并进行相应的修正。

3.管道布置和管径设计：在输气管的水力计算中，需要合理布置管道和选择合适的管径，以便满足系统的流量和压力要求，并减小压力损失。

在实际应用中应进行综合考虑，根据具体情况进行设计优化。

4.防止压力过高：在输气管的水力计算中，需要考虑到气体在流动过程中的压力变化，防止压力过高对设备和管道造成损坏。

因此，在设计过程中需要合理选择设计参数，进行安全性评估。

总结：输气管的水力计算是设计输气系统中重要的一环，通过合理的水力计算可以确保输气管道的正常运行。

对于水力计算公式的使用和实际应用中的注意事项，设计人员需要充分理解，并综合考虑实际情况，确保设计的合理性和安全性。

第十六篇%管道水力计算第一章%钢管和铸铁管水力计算一!计算公式!&按水力坡降计算水头损失水管的水力计算#一般采用以下公式&Q H ,!+lE 22-$!$#!#!%式中%Q ...水力坡降(,...摩阻系数(+l...管子的计算内径$(%(E...平均水流速度$(*h %(-...重力加速度#为3&1!$(*h2%!应用公式$!$#!#!%时#必须先确定求取系数,值的依据!对于旧的钢管和铸铁管&当F E#3&2W !"/!(时$E...液体的运动粘滞度#(2*h %#,H "&"2!"+l"&)($!$#!#2%当F E<3&2W !"/!(时,H !+l"&)!&/W !"#1I E ()F "&)($!$#!#)%或采用E H !&)W !"#$(2*h $水温为!"?%时#则,H "&"!43+l"&)!I "&1$4()F "&)($!$#!#0%管壁如发生锈蚀或沉垢#管壁的粗糙度就增加#从而使系数,值增大#公式$!$#!#2%和公式$!$#!#)%适合于旧钢管和铸铁管这类管材的自然粗糙度!将公式$!$#!#2%和公式$!$#!#0%中求得的,值代入公式$!$#!#!%中#得出的旧钢管和铸铁管的计算公式&当F #!&2(*h 时#Q H "&""!"4F2+l!&)$!$#!#/%当F <!&2(*h 时#’4!0!’第一章%钢管和铸铁管水力计算Q H "&"""3!2F 2+l!&)!I"&1$4()F "&)$!$#!#$%钢管和铸铁管水力计算表即按公式$!$#!#/%和$!$#!#$%制成!2&按比阻计算水头损失由公式$!$#!#0%求得比阻公式如下&DH Q ;2H "&""!4)$+l/&)$!$#!#4%钢管和铸铁管的D 值#列于表!$#!#0!二!水力计算表编制表和使用说明!&钢管及铸铁管水力计算表采用管子计算内径+l 的尺寸#见表!$#!#!!在确定计算内径+l 时#直径小于)""((的钢管及铸铁管#考虑锈蚀和沉垢的影响#其内径应减去!((计算!对于直径等于)""((和)""((以上的管子#这种直径的减小没有实际意义#可不必考虑!编制钢管和铸铁管水力计算表时所用的计算内径尺寸表!$#!#!钢%管%$((%水煤气钢管中等管径钢管公称直径M 8外%径M 内%径+计算内径+l 公称直径M 8外%径M 内%径+计算内径+l 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2可分别用公式$!$#2#/%和式$!$#2#$%自行计算!轻工业部部标准硬聚氯乙烯管及聚乙烯管i !!i 2值表!$#2#!材%质硬%聚%氯%乙%烯聚%乙%烯工作压力B -H"&$F B 9B -H !&"F B 9B -H "&0F B 9公称管径M 8$((%外径MW 壁厚$((%计算内径+lm$((%i !i 2外径MW 壁厚$((%计算内径+lm$((%i !i 2外径MW 壁厚$((%计算内径+lm$((%i !i 21!2W !&/3!!!2W !&/3!!!"!$W 2!2!!!$W 2!2!!!/2"W 2!$!!2"W 2!$!!2"2/W !&/22!!2/W 2&/2"!&/4$!&2!"2/W 22!!&203!&"312/)2W !&/23!!)2W 2&/24!&0"4!&!/0)2W 2&/24!&0"4!&!/0)20"W 2&")$!!0"W ))0!&)!0!&!2!0"W ))0!&)!0!&!2!0"/"W 2&"0$!!/"W )&/0)!&)1"!&!00/"W 002!&/00!&2""/"$)W 2&//1!!$)W 0//!&213!&!!2$)W //)!&/)1!&!314"4/W 2&/4"!!4/W 0$4!&2)2!&"321"3"W )10!!3"W 0&/1!!&!3"!&"4/!""!!"W )&/!")!!!!"W /&/33!&2"1!&"12’000!’第十六篇%管道水力计算材%质硬%聚%氯%乙%烯聚%乙%烯工作压力B -H"&$F B 9B -H !&"F B 9B -H "&0F B 9公称管径M 8$((%外径MW 壁厚$((%计算内径+lm$((%i !i 2外径MW 壁厚$((%计算内径+lm$((%i !i 2外径MW 壁厚$((%计算内径+lm$((%i !i 2!!"!2/W 0!!4!!!2/W $!!)!&!1!!&"42!!2/!0"W 0&/!)!!!!0"W 4!2$!&2"0!&"1!!/"!$"W /!/"!!!$"W 1!00!&2!/!&"1/!4/!1"W /&/!$3!!!1"W 3!$2!&220!&"112""2""W $!11!!2""W !"!1"!&2)!!&"3!22/22/W 42!!!!2/"2/"W 4&/2)/!!24/21"W 1&/2$)!!)"")!/W 3&/23$!!)/")//W !"&3))0!!0""0""W !2)4$!!计算示例&)例*%已知流量;H !0.*h H "&"!0()*h #求管长.H )/""(#管径M 2""W $#轻工业部部标准B 8H!&"F B 9$!"J -*c (2%硬聚氯乙烯管的水头损失及平均水流速度!)解*%由表!$#2#!中查得外径M 2""((的塑料公称直径为M 82""((#又由表!$#2#0中查得M 82""((#当;H !0.*h 时#!"""Q H !&)0(#F H "&/(*h!因选用非标准管#故须对已求得的!"""Q 值加以修正!由表!$#2#!查得阻力修正系数i !H!&2)!#故实际水头损失为&,H Q i !.H !&)0!"""W !&2)!W)/""H /&44(同法查得流速修正值i 2H !&"3!#将由表!$#2#0中查得的流速F H "&/"(*h 加以修正!求得管内实际流速为FH "&/"W !&"3!H "&/0$(*h $0%工程中#塑料管一律用外径W 壁厚表示其规格!本计算表中公称管径是指外径而言#单位为毫米!三!水力计算塑料给水管水力计算见表!$#2#0!’/00!’第二章%塑料给水管水力计算’$00!’’400!’’100!’’300!’’"/0!’’!/0!’’2/0!’’)/0!’’0/0!’’//0!’’$/0!’第十六篇%管道水力计算’4/0!’第二章%塑料给水管水力计算’1/0!’第十六篇%管道水力计算’3/0!’第二章%塑料给水管水力计算’"$0!’第十六篇%管道水力计算第三章%钢筋混凝土圆管!非满流$R H "&"!0"水力计算一!计算公式;H FD $!$#)#!%图!$#)#!%,<M 2%%%%%F H !RX 2*)Q !*2$!$#)#2%式中%;...流量$()*h %(F...流速$(*h %(R...粗糙系数(X ...水力半径$(%(Q ...水力坡降(D ...水流断面$(%!当,<M 2时#DH $;#h Q R ;c a h ;%^2$!$#)#)%图!$#)#2%,<M2%%%%%3H 2;^$!$#)#0%3...湿周$(%!XH ;#h Q R ;c a h ;2;^$!$#)#/%当,[M 2时#DH $1#;I h Q R ;c a h 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排水管道纯公式水力计算排水管道水力计算是指根据管道的水力特性和流体力学原理，计算管道内流体的速度、压力、流量等参数，以确定管道的水力性能。

下面将介绍一些常见的排水管道水力计算公式，并对其进行说明。

1.流量公式：流量是指单位时间内通过管道截面的液体体积。

流量公式可以用来计算流量，其表示为：Q=A*v式中，Q表示流量，单位为体积/时间；A表示管道截面积，单位为面积；v表示流速，单位为长度/时间。

该公式根据负责流量为截面面积与流速的乘积。

2.流速公式：流速是指单位时间内通过管道其中一点的液体线速度。

流速公式可以用来计算流速，其表示为：v=Q/A式中，v表示流速；Q表示流量；A表示管道截面积。

3.斯怀默公式：斯怀默公式用来计算管道中的流速，其表示为：v=C*R^(2/3)*S^(1/2)式中，v表示流速，单位为长度/时间；C为经验系数（一般根据实际情况取值）；R表示液体在管道内运动的惯性系数；S表示液体在管道内运动的能量消耗系数。

4.伯努利方程：伯努利方程是描述流体在管道中运动的一种基本物理原理。

对于水力平衡的平稳流动有：z+(P/γ)+(v^2/2g)=常数式中，z表示位置高度；P表示压力；γ表示液体的比重；v表示流速；g表示重力加速度。

该方程表达了位置高度、压力和速度之间的关系。

5.里德伯格公式：里德伯格公式用来计算管道中的摩阻损失，其表示为：Hf=f*(L/D)*(v^2/2g)式中，Hf表示摩阻损失；f表示摩阻系数；L表示管道长度；D表示管道直径；v表示流速；g表示重力加速度。

以上是一些常见的排水管道水力计算公式，用于计算排水管道的流量、流速、摩阻损失等参数。

在实际应用中，还可以根据具体情况选择适用的公式进行计算。

需要注意的是，公式的使用需要考虑实际情况，并结合实际数据进行合理调整，以保证计算结果的准确性。

住宅建筑给水管水力计算算例及讨论住宅建筑的设计总用水量为10m³/h，给水管道的起始水压为0.4MPa，终点水压为0.3MPa。

首先我们需要确定给水管道的管径，然后计算管道的水力参数，最后根据水力参数来选择合适的给水管道材料和规格。

1.确定给水管道的管径根据设计总用水量，我们可使用以下公式计算给水管道的流量Q：Q=V/t其中，V为设计总用水量，单位为m³/h；t为给水管道使用的小时数。

假设给水管道使用24小时，代入之前的数值，可得：Q=10/24=0.4167m³/h下一步是根据给水管道的流量来确定其管径。

我们将使用流量速度法进行计算。

首先，我们假设给水管道的流速为2m/s。

根据流量速度法公式：Q=A×v其中，Q为流量，单位为m³/h；A为管道横截面积，单位为m²；v为流速，单位为m/s。

代入之前的计算结果，可得：0.4167=A×2解得给水管道的横截面积为0.4167/2=0.2084m²由于给水管道一般选用圆形管道，其横截面积A可通过以下公式进行计算：A=π×(d/2)²其中，π取3.14，d为管道的直径，单位为m。

代入横截面积的计算结果，可得：0.2084=3.14×(d/2)²解得给水管道的直径d为0.515 m，即51.5 cm。

2.计算管道的水力参数根据给水管道的直径，我们可计算出其横截面积和周长：A=π×(d/2)²=3.14×(0.515/2)²=0.2084m²C=π×d=3.14×0.515=1.62m接下来，我们将计算流量速度和雷诺数来确定水力参数。

流量速度v的计算公式为：v=Q/A代入之前的计算结果，可得：v=0.4167/0.2084≈2m/s雷诺数Re的计算公式为：Re=v×d/ν其中，ν为水的运动黏度，单位为m²/s，一般取10⁻⁶m²/s。