工程水力计算说课

水电站建筑物,有压引水水力计算《水电站建筑物》课程设计有压引水系统水力计算设计计算书姓名专业学号指导教师时间目录第一部分设计课题 (3)1.设计内容 (3)2.设计目的 (3)第二部分设计资料及要求 (4)1.设计资料 (4)2.设计要求 (5)第三部分调压井稳定断面计算 (6)1.引水系统水头损失 (6)2.引水道有效断面 (8)3.稳定断面计算 (8)第四部分调压井水位波动计算 (10)1.最高涌波水位 (10)2.最低涌波水位 (13)第五部分调节保证计算 (15)1.水锤计算 (15)2.转速相对升高值 (19)第六部分附录 (21)1.附图 (21)2.参考文献 (21)第一部分设计课题1.1 课程设计内容对某水电站有压引水系统水力计算1.2 课程设计目的通过课程设计进一步巩固所学的理论知识，使理论与工程实际紧密结合。

提高学生分析问题和解决实际问题的能力，计算能力和绘图能力。

第二部分 设计资料及要求2.1 设计资料某电站是MT 河梯级电站的第四级。

坝址以上控制流域面积23622Km ，多年平均流量44.9s m /3，由于河流坡降较大，电站采用跨河修建基础拱桥，在桥上再建双曲拱坝的形式，坝高(包括基础拱桥)54.8m 。

水库为日调节，校核洪水位1097.35m ，相应尾水位1041.32m ；正常蓄水位1092.0m ，相应尾水位1028.5m ；死水位1082.0m ，最低尾水位1026.6m 。

总库容m H m p 58,1070734=⨯，m H m H 4.53,4.65,min max ==。

装机容量kw 4105.13⨯⨯，保证出力kw 41007.1⨯，多年平均发电量h kw .1061.18⨯。

该电站引水系统由进水口、隧洞、调压井及压力管道四部分组成，电站平面布置及纵断面图如图所示（指导书图1，图2）隧洞断面采用直径为5.5 m 的圆形，隧洞末端设一锥形管段，直径由5.5 m 渐变至5 .0m ，锥管段长5.0m ，下接压力钢管。

水力分析与计算课程设计背景介绍水力学是研究水在管道和河道中的流动和相互作用的学科，是现代水利工程设计和规划的基础。

水力学课程涵盖了多个领域，包括液体的物理特性、流动的稳态和非稳态运动、力学原理和能量守恒定律等。

在水利工程中，水力学的应用范围很广泛，包括水泵、水电站、防洪工程等。

本课程设计旨在通过实际案例来学习水力学基本理论和应用。

实验目的1.了解水力学基本理论和基本计算方法2.掌握水力学模型设备和实验技术3.学习水力学建模及其数学计算方法4.通过实际案例模拟，综合运用水力学理论和应用实验内容本实验包括以下部分：实验器材1.流量计2.压力计3.水泵4.水沟模型实验步骤1.测量水沟模型长度和高度。

2.安装流量计和压力计。

3.调整和测试水泵的流量、压力和功率。

4.测量实验过程中的数据。

5.计算比能量损失系数。

实验数据实验过程中需要测量的数据包括以下内容：1.水量2.压力3.流速4.动能5.功率实验原理流体力学原理主要是通过质量守恒、动量守恒和能量守恒原理，对流体进行研究和分析。

在建立流体动力学模型并计算过程中，必须确定一些物理性质，例如流速、压力、密度、流量、比能量损失和液面高度等。

在水力学中，常用的计算公式包括以下几条：1.流量公式：Q=VA其中，Q表示流量，V表示流速，A表示管道横截面积。

2.连通管道两端的压力损失公式：$\\Delta P=h f \\frac{L}{D} v^{2} / 2 g$其中，$\\Delta P$表示两端压力差，h表示流体的比能量损失系数，L表示管道长度，D表示管道直径，v表示平均流速，g则表示重力加速度。

3.泵经管道输送的功率公式：$P=\\rho Q g h$其中，P表示功率，$\\rho$表示流体密度，Q表示流量，g表示重力加速度，h则表示水头。

实验报告实验报告应包括以下内容：1.实验器材的说明和使用方法2.实验数据的测量和处理方法3.实验计算原理和结果分析4.实验结果的讨论和结论总结通过这次实验，我们可以更深入地了解水力学的基本理论和应用。

水力分析与计算教学设计引言水力学是研究液体运动规律的学科，是水力工程的理论基础和应用技术之一。

水力分析与计算是水力学中的重要内容，对于工程实践和研究都具有重要的意义。

因此，在水力学专业课程中，对于水力分析与计算的教学也变得越来越重要。

本文旨在提供一份针对水力分析与计算的教学设计，旨在帮助教师更好地进行教学，以便提高学生的学习效果和培养他们应用水力学知识解决实际问题的能力。

课程目标本课程旨在帮助学生：1.掌握水力学中常用的计算方法和样例，以及掌握基本的水力学理论。

2.了解水力场、势流和真实流的概念，并能够区分它们在水力学分析中的应用。

3.掌握水力学中常用的计算方法，如管流计算、渐进管流、水力喷射、泵和水轮机等。

4.了解和分析各种流体力学现象，如水力瞬变、凝聚、空蚀、脱燃、水槽波等。

教学内容第一部分：水力学基础这部分主要介绍水力学基础知识，包括基本的水力学概念、流量、速度、压力、水头、流量公式等。

通过这部分课程的学习，学生能够了解流体的基本性质和力学原理，理解水力学的基础知识，为后续的课程打下坚实的基础。

第二部分：水力场和势流分析这部分主要介绍水力场和势流分析的基础知识，包括矢量场、势函数、势流和势面等。

通过这部分课程的学习，学生能够理解和分析水力场中的物理现象和数学模型，并能够应用势流分析方法进行水力学计算和应用分析。

第三部分：真实流和管流计算这部分主要介绍真实流的概念和特点，以及管流计算方法和基本公式。

通过这部分课程的学习，学生能够掌握真实流的计算方法和技巧，理解管道系统中的重要参数和特点，并能够应用基本公式计算水力学问题。

第四部分：水力喷射和泵水轮机分析这部分主要介绍水力喷射和泵水轮机的工作原理和计算方法。

通过这部分课程的学习，学生能够了解水力喷射和泵水轮机的工作原理和特点，理解各种参数的意义和计算方法，并能够应用计算方法分析和解决工程实际问题。

第五部分：水力学中的流体力学现象这部分主要介绍水力学中的流体力学现象和分析方法，包括水力瞬变、空蚀、水槽波等。

水力计算技术教案：第2讲一、章、节题目：第3章 静水压力计算 3.1 静水压强及其特性 3.2 静水基本方程 3.3 等 压 面二、授课目的：1.掌握静水压强的两个基本特性；静水压强的计算2.理解等压面三、重点、难点：1.静水压强的基本特性；2.静水压强基本公式：=p ()z z p -+00γ 及 γpz +=C3．等压面。

四、教法教具：常规教学方法及多媒体。

五、教学进程：六、上一讲要点回顾：1.液体的主要物理力学性质；2. 连续介质与理想液体的概念；表面力与质量力。

七、教学内容：第3章 静水压力计算实际工程项目：计算作用在重力坝上的静水压力，并分析大坝的稳定性。

已知基本数据和图例。

§3-1 静水压强及其特性一、静水压力与静水压强静水压力：静止的水对其接触面的作用力。

P 、△P 接触面为固体或液体。

静水压强：1、 平均静水压强：AP p ∆∆=2、 静水点压强：dAdpA P p A =∆∆=→∆0lim单位： N/m 2、kN/m 2，或Pa 、kPa(国际单位制) 显然， ⎰=ApdA P二、静水压强的特性1、 静水压强垂直并指向受压面。

2、 任一点的静水压强的大小各个方向均相等。

即 ()z y x p p ,,=以上两个特性我们可以通过实例进行证明。

§3-2 静水基本方程基本思路：取脱离体→力学分析→建立平衡方程→确定求解条件，求→()z y x p p ,,=。

1、取脱离体如图：2、平衡方程3、平衡方程求解——→静水压强基本公式（p =?）因为，液体不可压缩，=γ常数，所以有：z p γ-=+C 1—→γpz +=C (3-1)上式表明，在静止的液体中，某一点的静水压强p 只与该点的铅垂位置（z ）、边界条件（C ）有关。

在自由表面，z =z 0 ,p =p 0 ，代入式（1-18），则：=p ()z z p -+00γ 或 h p p γ+=0 （3-2）（静水压强基本公式） 静水压强基本公式意义与巴斯加原理：1）、静水压强由两部分组成，即一部分表面压强（p 0），另一部分为γh 。

第10讲水力计算水力计算是液体在流动过程中受到的力学作用的计算。

在水力学中，液体流动的基本特性通过流体动力学方程进行描述，其中包括连续性方程和动量方程。

水力计算可以应用于各种领域，如水利工程、环境工程、能源工程等，对于优化设计和安全运行具有重要意义。

首先，水力计算中的基本概念是管道流量。

流量是单位时间内通过管道截面的流体质量或体积。

流量的计算可以通过多种方法进行，其中最常见的是使用连续性方程。

连续性方程可以描述液体在管道中的流动性质，它基于流体质量守恒定律。

连续性方程可以表示为：A1V1=A2V2在这个方程中，A1和A2是管道截面的面积，V1和V2是管道中的流速。

根据这个方程，可以计算出在不同截面处的流速和流量。

另一个关键的概念是雷诺数。

雷诺数可以用来判断流动的稳定性和流态的类型。

它由液体的密度、流速和管道直径决定。

雷诺数的计算公式如下：Re=ρVD/μ在这个公式中，ρ是液体的密度，V是流速，D是管道直径，μ是液体的动力粘度。

根据雷诺数的大小可以判断流动的类型，当雷诺数小于2100时，流动为层流；当雷诺数大于4000时，流动为紊流。

在水力计算中，还有一些重要的参数需要考虑，如流体的黏度、摩擦力、压力损失等。

这些参数可以用来计算管道中的压力分布和阻力损失。

通过计算这些参数，可以评估管道系统的性能和效率，并进行系统优化设计。

此外，水力计算还涉及到水力特性曲线。

水力特性曲线描述了流体在管道中的流动性质和压力变化。

通过绘制水力特性曲线，可以评估管道系统的性能和选择合适的泵或水轮机等设备。

总之，水力计算是液体在流动过程中受到的力学作用的计算。

它涉及到连续性方程、雷诺数、黏度、摩擦力、压力损失等参数的计算。

水利工程、环境工程、能源工程等领域都离不开水力计算的应用，通过水力计算可以优化设计和确保系统的安全运行。

水力计算(以右支路为例)1、 在轴测图上进行管段编号，立管编号并注明各管段的热负荷和管长，如图1所示。

2、 确定最不利环路，本系统为异程式单管系统，一般取最远立管的环路做为最不利环路，如图1，两个支路的最不利环路为是从人口到立管IV 和入口到立管VI ，这个环路包括管段1到管段6到管段15和管段1到管段11到管段15。

3、 计算最不利环路各管段的管径采用平均比摩阻pj R 大致为60～120Pa/m 来确定最不利环路各管段的管径,首先根据''0.86QG hg t t -=确定各管段的流量,根据G 和选用的pj R 值,查附录表4-1,将查出的各管段d 、R 、v 值列入表1的水力计算表中,最后算出最利环路的总压力损失,右支路:Pa 6681)P P (6,15~1j y =∆+∆∑入口处的剩余循环压力,用调节阀节流消耗掉.4、 确定立管Ⅲ的管径立管Ⅲ与末端供回水干管和立管IV,即管段4、5为并联环路，根据并联环路节点压力平衡原理，立管Ⅲ的资用压力'IIIP ∆可由下式确定：)Pa P -P ()P P (P 'III 'IV 4,5j y 'III ∆∆-∆+∆∑=∆由于两根立管各层热负荷的分配比例大致相等，'III'IV P P ∆=∆，因而a P 3264)P P (P 4,5j y 'III =∆+∆∑=∆立管Ⅲ的平均比摩阻为m a l R pj /P 7.977.1632645.0P 5.0'III =⨯=∑∆=根据pj R 和G 值，选立管Ⅲ的立、支管管径，取DN15×15，计算出立管Ⅲ的总压力损失2333Pa,与立管IV 的并联环路相比，其不平衡百分率%5.28X III =，超过允许值，剩余压头用立管阀门消除。

5、 确定立管Ⅱ的管径立管Ⅱ与管段3～6并联，同理，资用压力Pa 4015)P P (P 6~3j y 'II =∆+∆∑=∆立管选用管径DN20×20，计算结果，立管Ⅱ总压力损失2099Pa,不平衡百分率%7.47X II =超过允许值，剩余压头用立管阀门消除。

施工现场排水系统的水力计算施工现场排水系统是确保工地排水畅通的重要设施，对于确保施工顺利进行具有至关重要的作用。

水力计算是评估和设计排水系统的关键步骤，它可以帮助我们确定管道尺寸、流速和排水能力，从而确保排水系统的有效性和安全性。

本文将介绍施工现场排水系统的水力计算方法及其重要性。

1. 水力计算的基本概念在进行水力计算之前，我们首先需要了解几个基本概念：1.1 流量：流量是指单位时间内通过管道或渠道的液体体积。

它通常用单位时间内通过某一横截面的液体体积来表示，单位为立方米每秒（m³/s）。

1.2 流速：流速是指液体通过管道或渠道时的速度。

它是流量和横截面积之比，通常用米每秒（m/s）来表示。

1.3 扬程：扬程是指液体从低处到高处时所需的能量。

在排水系统中，扬程通常指水泵提供的压力或液体流过垂直管道时产生的压力。

2. 施工现场排水系统的水力计算方法施工现场排水系统的水力计算通常采用以下方法：2.1 流速计算：根据设计要求和设备规格，确定所需的排水流速。

流速的选择应兼顾排水能力和设备的匹配。

2.2 管道尺寸计算：根据所需的流速和流量，计算出合适的管道尺寸。

管道尺寸的选择应能够确保足够的排水能力并尽量减少能量损失。

2.3 泵的选择：根据所需的扬程和流量，选择合适的水泵。

水泵的选择应能够提供足够的流量并满足排水系统的需求。

2.4 水力梯度计算：根据排水系统的布局和地形条件，计算出合适的水力梯度。

水力梯度应能够保证水流畅通，并避免堵塞和积水。

3. 施工现场排水系统水力计算的重要性水力计算是施工现场排水系统设计中不可或缺的部分，它具有以下重要性：3.1 确保排水能力：水力计算可以帮助我们确定管道尺寸和流速，从而确保排水能力足够满足实际需求。

准确的水力计算可以避免排水不畅或水流冲击等问题。

3.2 降低能量损失：水力计算可以帮助我们选择合适的管道尺寸和水泵，从而减少能量损失。

减少能量损失可以降低运行成本并提高能源利用效率。

水力计算技术教案：第16讲一、章、节题目：第6章有压管流水力计算6.1简单管道水力计算的基本公式6.2简单管道水力计算的基本类型二、授课目的：1．理解简单管道水力计算基本公式的推导过程，掌握简单管道自由出流与淹没出流基本公式；能够区别两种出流流量系数的不同点。

2．能够正确绘制总水头线与测压管水头线。

三、重点、难点：1．简单管道自由出流与淹没出流基本公式；2．总水头线与测压管水头线的绘制。

四、教法教具：常规教学方法多媒体。

五、教学进程：六、上一讲要点回顾：1．沿程水头损失计算；2．局部水头损失计算。

七、教学内容：第6章有压管流水力计算概述前面我们讨论了水流运动的基本原理,介绍了水流运动的三大方程,水流形态和水头损失,从第4章开始,我们进入实用水力学的学习,本章研究有压管道的恒定流。

1．管流的特点：水流充盈整个管道的横截面，没有自由水面的有压流。

特点（1）管道的周界即为湿周；（2）靠压力作用而流动；（3）恒定流时v 、p 不随时间变化。

2．管流的分类：（1）根据f h 、j h 、gv 22所占比重分长管短管——当%522〈÷⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+f f hg vh ，可忽略⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+g v h j 22：长管； 当%522〉÷⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+f f h g v h ，二者一并计算：短管。

（2）根据管道的布置形式分简单管路和复杂管路——简单管路：管径不变，且无分支；复杂管路：：管径有变化，或有分支。

6.1 简单管道水力计算的基本公式一、自由出流如图4.1所示（管道出口流入大气，水股四周为大气压）。

以0-0为基准，建立1—1面，2—2面能量方程：()g r H v p 2211∂++=rp z 22++g v 222∂+h w 21-式中021===∂p p p 121==∂∂ v v 01= v v =2 ∑+==h h h w j f 21H+g v 2200⋅∂=g v 220∂+⋅λd l g v 22⋅+∑g v 22ξ 令gH V H 22000⋅+=∂（全水头）∑+⋅+=g d l vH 2)1(20ξλ该式表明：管道的总水头将全部消耗于管路的水头损失和保持出口动能。

水力计算技术教案：第18讲一、章、节题目：第5章 明渠水力计算5.1明渠的类型及其对水流运动的影响5.2明渠均匀流特性及其产生条件5.3明渠均匀流的计算公式5.4水力最佳断面及允许流速二、授课目的：1．了解明渠的类型对水流运动的影响；掌握明渠均匀流特性及其产生条件；2．掌握明渠均匀流的计算公式；3．理解水力最佳断面及允许流速的概念。

三、重点、难点：1．均匀流特性：z J J i ==及产生条件；2．均匀流的计算公式：Ri AC Q =；3．水力最佳断面。

四、教法教具：常规教学方法及多媒体。

五、教学进程：六、上一讲要点回顾：1．虹吸管及水泵装置的水力计算方法，允许安装高度、扬程；2．串联管、并联管的计算方法。

七、教学内容：第5章 明渠水力计算概 述1．明渠水流：具有自由表面的无压水流。

如渠、槽、河道等，有天然、人工修筑之分。

2．明渠恒定均匀流：v 、u 、h 沿程不变，流线为平行直线。

3．明渠均匀流的力学本质：如图5.1所示，取单位长度流段ABCD 来分析产生均匀流的力学本质。

由于是匀速直线运动，由0=∑s F 得：0sin 21=--+f P P F F G F θ因为 21h h = 21P P F F =所以有 f F G =θs i n ——产生明渠均匀流的条件 即：产生明渠均匀流的力学本质是明渠水流所受到摩擦力f F 与水流重力在水流方向上的分力θsin G 相等。

5.1明渠的类型及其对水流运动的影响一、明渠的横断面明渠横断面的形状有很多种，人工修的明渠为便于施工和管理，一般为规则断面。

如梯形、矩、圆、U 、复式断面等，采用哪种型式主要与建筑材料有关。

天然河道一般为无规则，不对称断面，分为主槽与滩地。

梯形的断面一般土质渠槽。

1．梯形：如图5.2mh b B 2+= m ：边坡系数，见表5.12)()(h m h mh b A +=+=β hb =β：宽深比 h m m h b x )12(1222++=++=β212)(m h m x A R +++==ββ 2．矩形、圆形：见表5.23．棱柱体渠道的概念：即渠道的断面形状，尺寸沿流程保持不变，定义为棱柱体渠道。

水力计算技术教案：第29讲一、章、节题目：第8章水工泄水建筑物下游消能水力计算8.1 底流消能的水力计算二、授课目的：1．了解泄水建筑物下泄水流的特性，了解泄水建筑物下游水流衔接与消能的常用形式；2．理解底流消能的机理与消力池的结构形式，掌握挖深式消力池的水力计算方法。

三、重点、难点：1．挖深式消力池的水力计算方法；2．挖深式消力池设计流量的确定。

四、教法教具：常规教学方法及多媒体。

五、教学进程：六、上一讲要点回顾：1．堰流及闸孔出流流量计算公式程；2．堰流及闸孔出流的m（μ）、1ε、sσ。

七、教学内容：第8章水工泄水建筑物下游消能水力计算一、问题提出如图8.1溢流坝泄洪，ΔE很大，需消除。

消能即用工程手段（短距离）促使下泄的急流（具有很大的动能，冲刷能力很强）与下游水流较理想的衔接，消除多余的能量，以保护大坝的安全，并保持正常流态（缓流）。

二、水流衔接与消能的主要方式1、 底流式衔接——水跃消能 （如图8.2） 消能率K=E j /E 1=40%~70%2、 挑流式消能（因势利导）（如图8.3） 〈1〉 空中掺气 〈2〉 水垫消能3、 面流式消能（如图8.4）4、 消力戽：以上三种方式的综合，“三滚一浪”。

（如图8.5）8．1 底流式消能的水力计算本节任务：判别泄水建筑物下游水流的衔接形式（水跃发生的位置：远驱式、临界式、淹没式），确定必需的消能工程措施（消力池）。

一 泄水建筑物下游收缩断面水深h c 的计算如图8.6（P 4）列0-0断面与C-C 断面的能量方程 E 0=h c +αc v c 2/2g+h wgv h c w 22ζ≅ 即 gv h E cc c 2)(0ζα++= 令 ζαϕ+=c 1(流速系数)则 22220222ϕϕc c c gA Q h g v h E c +=+= 一般收缩断面A C 为矩形面积 即A C =bh c 于是 22202cc h g q h E ϕ+=一般ϕ、E 0、q 已知（ϕ可查表8.1），求h c →试算法、图解法 图解法：矩形断面g q h k 23= 用hk 除以上式()()()202202202121c c cc kckck g hh g h h h E ξξξξϕξξϕ+=⇒⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=以ϕ为参数，绘出)(01ξξf c =曲线（见附图I ） 由ϕ及0ξ查读曲线→得kcc h h =ξ→k c c h h ξ= 由水跃方程⎥⎦⎤⎢⎣⎡-+=18122c c c Fr h h对于闸孔出流 e h c 2ξ=二 、水跃衔接形式的判断因为hc ——只与q 及上游水力要素有关。