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水动力学基础课件：第七章-有压管中的恒定流(10)

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《有压管道的恒定流》课件

《有压管道的恒定流》课件

能量方程
总结词
描述流体能量守恒的方程
详细描述
能量方程是有压管道恒定流中另一个重要的方程，它表示流体在流动过程中能量 的变化率等于作用在流体上的外力功率和流体内部热源功率之和。在有压管道中 ，能量方程可以用来分析流体压力、温度和管道阻力之间的关系。
有压管道恒定流的模拟与计
04
算方法
数值模拟方法
有限差分法
《有压管道的恒定流 》PPT课件
目录
• 引言 • 有压管道恒定流的基本概念 • 有压管道恒定流的数学模型 • 有压管道恒定流的模拟与计算方法 • 有压管道恒定流的工程实例 • 有压管道恒定流的未来发展与挑战
01
引言
课程背景
01 介绍有压管道的恒定流在水利工程、给排水工程
、环境工程等领域的应用背景和重要性。
智能化和自动化技术为有压管道恒定流的管理和维护带来了新的挑战和机遇。
详细描述
随着物联网、传感器和人工智能等技术的发展，有压管道系统的智能化和自动化水平不 断提高。这要求对管道的设计、制造、安装和维护进行全面的升级和改进，以适应新的 技术环境和管理模式。同时，这也为提高管道系统的运行效率和安全性提供了新的可能
02 简要说明有压管道的恒定流的基本概念和特点。
课程目标
掌握有压管道的恒定流的基本原理和计算方法。 01
了解有压管道的恒定流的工程应用和实际案例。 02
提高解决实际问题的能力和计算能力。 03
02
有压管道恒定流的基本概念
定义与特性
01
定义
在有压管道中，水流速度、水头和流量均不随时 间变化的流动状态称为恒定流。
详细描述
水力发电工程通过控制水流在有压管道中的恒定流动，实现水能的稳定转化和发电机的持续供电。有 压管道的设计和施工需要充分考虑地形、地质、水文等因素，确保水流在管道中保持恒定的速度和压 力，以满足发电机的运行要求。

有压管中的恒定流

有压管中的恒定流

解:
(1) 扬程 Ht =Z +hw1 +hw2
∴ Ht=18+2.83+3.23=24.06m
(2) 安装高程 hs
根据题意
(3) 绘水头线
Z
例：水泵管路如图所示，铸铁管直径d=150mm，长度
，管路上装有滤水网 与曲率半径之比为 ， 流量 试求水泵输出功率 ，水温 。 一个，全开截止阀一个，管半径 的弯头三个，高程 h =100 m
截止阀
得局部阻力的当量管长
， 滤水网
，出口
，于是
管路总阻力长度
将
代入
公式中可得
水泵扬程
最后得水泵输出功率
6、 复杂管道水力计算
1、串联管道
2、并联管道
3、分叉管道
4、沿程泄流管
5、管网
串联管道的水力计算
H H
Q1
q1 Q2
q2 Q3
Q1
q1 Q2
q2 Q3
按短管计 各管段的联接点水流符合连续性方程： 水流满足能量方程：
z 求:管径
解:
采用试算法,可得d=0.53m
例: 离心泵,已知Q=0.02m3/s, 提水高度
z=18m, l吸=8m, l压=20m, d吸=d压
=100mm, λ=0.042, <7mH2O, ζ弯=0.17, ζ进=5。 求:(1) 扬程 H1, Z
pv /ρg
(2) 安装高程 hs
hs
三、已知管线布置和输水流量，求输水管径d 。
对于长管： 按求得的流量模数，即可由4－1确定所需 的管道直径。 对于短管： 上式中μc与管径d有关，所以需要试算。
四、已知流量和管长，求管径d和水头H； 这是工程中常见的实际问题。通常是从技术和经 济两方面综合考虑，确定满足技术要求的经济流速。 有了经济流速就可以求出管径，这样求水头H即转化 为第二类问题。 五、对于一个已知管道尺寸、水头和流量的管道，要求 确定管道各断面压强的大小。 根据能量方程，管路中任意断面处的测压管水头 为：

有压管中的恒定流PPT课件

有压管中的恒定流PPT课件

v
1
dl
2gz0
通过管道的流量： QcA 2gz0
流量系数
c
1
l d
它反映了沿程阻力和局部阻力对管道输水
能力的影响。
z0 ——作用水头，指上、下游水位差加上 游行进流速的流速水头。
——局部阻力系数，包含出口损失
出口1
以上讨论中同时考虑了管道的沿程损失及 局部水头损失，是按短管计算的情况。
若局部水头损失及流速水头可以忽略,按长
例：用虹吸管自钻井输水至集水池。虹吸 管长l=lAB+lBC=30+40=70m，
d=200mm。钻井至集水池间的恒定水位 高差H=1.60m。又已知λ=0.03，管路进
口120°弯头90°弯头及出口处的局部阻力 系数分别为：
ζ1=0.5，ζ2=0.2，ζ3=0.5，ζ4=1.0。
（试1）求流: 经虹吸管的流量；
五、对于一个已知管道尺寸、水头和流量 的管道，要求确定管道各断面压强的大小
根据能量方程，管路中任意断面处 的测压管水头为：
p
v2
(z)i H0(hf hj)0i2g
即管路中任意断面i处的测压管水头等于总水头
H0减去该断面以前的沿程水头损失与局部水头损 失，再减去该断面的流速水头。把各断面的测压
管水头连接起来，就得到整个管路的测压管水头
第6章 有压管中的恒定流
水力学及河流动力学
以上各章中讨论了液体运动的基本规 律，导出了水力学的基本方程——连续 方程、能量方程及动量方程，并阐述了 水头损失的计算方法，应用这些基本原 理即可研究解决工程中常见的水力计算 问题，如有压管道中的恒定流、明渠恒 定流及水工建筑物的水力计算等。本章 讨论的重点是有压管中恒定流的水力计 算。

水力学水动力学基础PPT课件

水力学水动力学基础PPT课件

设
hl’
为
单
位z1
p1
重量g液
体2u1g2由过z水2 断p面g2
1
-2u1g22运动hl至'
2
-
2
的
机
械
能
损失，
u12hΒιβλιοθήκη '或元流
的
水
头2损g 失
p1
g
，
实
际
液
体
元
流
伯
努
利
方
程
可u为22
2g p
2
g
z1
z2
第21页/共39页
3.5.5 实际液体总流的伯努利方程
总流是元流的集合，不同的元流存在着不同的运 动状
z
p
u2
c
沿元流机械能守恒，故又称能量方程。
g 2g
沿元流各点总水头相等，总水头线水平。
第19页/共39页
毕托管（Pitot tube）与流速水头
1730年法国工程师毕托用一根前端弯成直角的玻 璃管
测 量弯塞管前纳端河迎水向来的流流，水速 。
h
深H，入口前取A点，入口 后取B点，水流进入弯管后 上升至 h 。
流动参数（如流速）是三个空间坐标的函数，流动是 三元的。其他依此类推。
第4页/共39页
（3）流线 为形象地描述流动，特引入流线的概念。 流线（stream line）—流场中的空间曲线，在同
一瞬时 线上各点的速度矢量u1 与之相切。 u2
u3
两流线不能相交或为折线，而是光滑曲线或直线。 某时段内，液体质点经过的轨迹称迹线（path line）。 迹线与流线是完全不同的两个概念。恒定流时，流线 与迹线重合。

管道水力学原理课件

管道水力学原理课件

分类
根据研究对象的不同，水 力学可分为河流动力学、 水文学、海洋动力学等分 支。
应用领域
水力学在水利工程、环境 工程、土木工程等领域有 着广泛的应用。
流体性质
流体分类
流体可分为液体和气体， 其中液体又可分为牛顿流 体和非牛顿流体。
密度与粘度
流体的密度和粘度是描述 流体性质的重要参数，对 流体的运动和能量转换具 有重要影响。
能量损失。
04 管道水力学原理应用
管道系统设计
管道材料选择
根据流体性质、压力、温度等条件，选择合适的 管道材料，如钢管、塑料管、铜管等。
管道尺寸确定
根据流量、流速和压力等参数，计算管道直径， 确保流体在管道内流动顺畅。
管道布置与走向
合理规划管道走向，减少流体阻力，便于维护和 操作。
管道系统优化
在学习过程中，学生需要掌握水流的 基本方程和计算方法，了解管道阻力 产生的原因和计算方法，理解水头损 失的概念和计算方法。
本章主要介绍了管道水力学的基本概 念、水流特性、管道阻力等方面的知 识，通过学习，学生对管道水力学有 了初步的了解和认识。
通过案例分析和实践操作，学生可以 加深对管道水力学原理的理解和应用 ，提高解决实际问题的能力。
详细描述
介绍工业水系统的特点和组成，包括工艺流程、管道设计和流体控制等环节。通 过实际案例分析，探讨工业水系统中管道设计原则、流体控制技术和实际应用中 遇到的问题及解决方案。
06 总结与展望
本章总结
管道水力学原理是研究水流在管道中 的运动规律和特性的学科，对于水资 源的合理利用、输送和分配具有重要 意义。
流速优化
调整流速分布，降低流体阻力，提高输送效率。
压力损失计算

第七章 孔口、管嘴出流和有压管流

第七章 孔口、管嘴出流和有压管流

二、 收缩断面的真空 1> 对C—C，2—2 列方程：
2 2 2 pc acvc pa a2v2 v2 x2 g 2g g 2g 2g
H v0
c
2 v
c
2
v h j 2 (vc v2 ) x 2 2g 2g
2
2 2
可作为突然扩大处理
vc
A2 1 v2 v2 Ac
简单短管 ——管路由直径相同、无分流管的管段组成。 可分为 自由式出流 和淹没式出流。 一、自由式出流 ——短管中的流体经出口直接流入大气。
1、装置：
v0 v
2
H
2
2、计算式：
对 1—1，2—2两断面列能量方程，
有： H
a 0V02
2g
l v2 v 2 av 2 x d 2g 2g 2g
1、流量公式： 对薄壁圆形完善收缩小孔口： μ=0.62；
φ=0.97 f
其中： ε=0.64； f 1 xC aC
三、薄壁小孔口恒定淹没出流
列上下游液面能量方程
p1 v12 z1 g 2g
2 2 2 vC vC p2 v2 z2 1 2 g 2g 2g 2g
Q A 2gH
其中 μ =0.62
d 6 2 A 19.63 10 m 4
2
H H 1 0.2 3.8m
代入上式得
Q 105.03 10 m / s
3
6
一昼夜的漏水量
V Qt 9.07m
3
（2）水位下降，一昼夜的漏水量
按孔口变水头出流计算 2F
t
A
3、有压管流分类： （1）按局部损失所占比重，可分为 ： 短管——局部损失、速度水头均不可忽略的管路。 L <1000 d 长管——局部损失、速度水头均可忽略（或按沿 程损失的一定比例计入）。

《有压管流水力计算》课件

《有压管流水力计算》 ppt课件
目录 CONTENT
• 引言 • 有压管流的基本概念 • 有压管流水力计算的原理 • 有压管流水力计算的方法 • 有压管流水力计算的实践应用 • 案例分析
01
引言
课程背景
随着我国水利水电工程建设的快速发展，有压管流水力计算作为水利水电工程设计 的重要环节，其准确性和可靠性对于保障工程安全和效益具有重要意义。
06
案例分析
实际工程中的有压管流水力计算案例
案例一
某城市供水管道系统
案例二
某工业园区排水管道系统
案例三
某山区灌溉管道系统
经典案例解析
01 02
案例一解析
该供水管道系统采用了有压管流水力计算方法，确保了供水压力和流量 满足用户需求。具体计算过程中考虑了管道长度、管径、流速、水头损 失等因素。
案例二解析
基于能量守恒、动量守恒等原理，推导出适用于非恒定流的计算公 式。
适用范围
适用于管路中水流速度和流量变化较大的情况。
特殊情况的计算方法
1 2
复杂管路计算方法
对于管路中存在分支、汇流、急转弯等情况，需 要采用特殊的计算方法。
特殊水力现象计算方法
如水击、水锤等现象，需要采用特定的计算方法 。
3
特殊工况计算方法
如高流速、高压力等特殊工况，需要采用特定的 计算方法。
05
有压管流水力计算的实践 应用
给水排水工程
给水排水工程是城市基础设施的重要组成部分，负责提供 安全可靠的饮用水和污水处理。有压管流水力计算在给水 排水工程中发挥着关键作用，用于确定管网的流量、水头 损失等参数，优化管网设计，提高供水效率。
具体应用包括：计算管网的流量分布、水头损失和管道阻 力，为管网的布局、管径选择、水泵配置等提供科学依据 。同时，有压管流水力计算还可用于评估管网的运行状态 ，预测可能出现的问题，为管网的维护和管理提供支持。

水力学教程(第五版)全套教学课件pptx

研究对象
液体（包括水和各种液体）的静止和运动状态，以及与固体边界的相互作用。
液体性质与分类
液体性质
易流动性、压缩性、黏性、表面张力 等。
液体分类
牛顿液体和非牛顿液体、理想液体和 黏性液体等。
静压力与动压力概念
静压力
静止液体作用在与其接触的某个平面上单位面积上的垂直力。
动压力
运动液体作用在固体边界上的力，其方向与液体运动方向相同。
流动参数仅沿一个坐标方向变化，其他两个坐标方向上的流动参数保持不变。
二维流动
流动参数仅沿两个坐标方向变化，另一个坐标方向上的流动参数保持不变。
特点比较 一维流动问题相对简单，二维流动问题更为复杂，需要考虑更多因素的影响。在实际工程中，一维流动 模型往往用于简化分析，而二维流动模型则用于更精确地描述流动现象。
和土壤盐碱化加重。
02
排水措施
建立完善的排水系统，及时排 除田间积水和地下水，降低地 下水位，减少盐分在土壤中的
积累。
03
种植耐盐作物
选择耐盐性强的作物品种进行 种植，提高作物对盐分的耐受 能力，减少盐分对作物生长的
不良影响。
04
土壤改良
通过施用有机肥、石膏等改良 剂，改善土壤结构，提高土壤 通透性和保水能力，降低土壤
分析方法一
通过绘制等值线图，分析井群干扰前后水位、流量等参数 的变化情况，进而判断井群干扰的程度和影响范围。
分析方法二
利用数值模拟技术，建立井群干扰的数学模型，通过计算 机模拟分析井群干扰对各井流量、水位等参数的影响。
井点降水法原理介绍
01
井点降水法原理
通过在基坑周围埋设一定数量的滤水管（井），利用抽水设备抽水使所
要点二

水力学全套课件


明渠流动状态及判别标准
流动状态
明渠流动根据弗劳德数$Fr$的大小，可分 为缓流、临界流和急流三种状态。
VS
判别标准
当$Fr < 1$时，为缓流状态；当$Fr = 1$ 时，为临界流状态；当$Fr > 1$时，为急 流状态。其中，$Fr = frac{V}{sqrt{g times h}}$，$g$为重力加速度，$h$为水 深。
重力作用下液体平衡的应用 用于求解液体内部任一点的压强、等压面的形状等问题。
液体的相对平衡
液体的相对平衡的概念
当液体内部某点的压强发生变化时，其周围各点的压强也会相应 变化，但液体仍能保持平衡状态。
液体相对平衡的原理
基于帕斯卡原理，即密闭容器内液体任一点的压强变化将等值地传 递到液体各点。
液体相对平衡的应用
注意事项
需考虑管道阻力、水泵扬程和节点流量等因素对网络水力 计算的影响。同时，对于大型复杂的网络系统，可能需要 借助专业的水力计算软件进行求解。
06
明渠恒定流
明渠流动的特点与分类
特点
明渠流动是液体在重力作用下，具有自由表面的流动；流动过程中，液体质点不断 与空气接触并交换能量。
分类
根据流动状态，明渠流动可分为均匀流和非均匀流；根据水力要素是否随时间变化， 可分为恒定流和非恒定流。
用于解释和计算液体内部压强的变化、传递等问题。
液体作用在平面上的总压力
液体作用在平面上的总压力的概念
液体作用在某一平面上的合力称为总压力。
总压力的计算方法
通过求解液体对平面的压强分布积分得到总压力。
总压力的应用
用于计算液体对容器壁、闸门等结构的作用力。
液体作用在曲面上的总压力
01

恒定总流的动量方程详解课件


在供水系统中，恒定总流可以保证用户获得稳定的水压和水量，确保供
水质量和供水安全。
02
石油输送
在石油输送过程中，恒定总流可以保证石油的稳定输送，避免输送过程
中的泄漏和浪费。
03
工业生产
在工业生产中，恒定总流可以保证生产设备的正常运行，确保生产效率
和产品质量。例如，在化工生产中，恒定总流可以保证反应釜内液体的
充分混合和反应。
体力学中，当流体流经某一管道 或在某一区域内流动时，若其流速、 压强、密度等物理量均保持不变，则 称该流动为恒定总流。
动量方程
描述流体在管道或某一区域内流动时 ，动量变化与外力之间的关系。
动量方程推导过程
控制体选取
在推导过程中，需要选取一个控 制体，该控制体可以是一段管道 、一个阀门或一个泵等。
实例三：扩散器中流体扩散
扩散器结构
扩散器为扩张型扩散器，入口直径为D1，出口直径为D2，扩张角为θ。
流速变化
流体在扩散器中经历减速过程，出口流速小于入口流速。
动量方程应用
恒定总流的动量方程可表示为∑F=ρQ(v_2-v_1)+ρgA(z_2-z_1)，在扩散器中，外力主要 为压力差。忽略重力和其他外力后，动量方程简化为ΔP=ρQ(v_1-v_2)。通过该方程可求 解流体在扩散器中的压力恢复和流速分布。
未来发展趋势预测与展望
数值模拟技术发展
随着计算机技术的不断进步，数值模拟方法在恒定总流动 量方程研究中的应用将越来越广泛，为工程实践提供更准 确、高效的解决方案。
多学科交叉融合
恒定总流动量方程的研究将越来越多地涉及到其他学科的 知识和技术，如材料科学、环境科学等，促进多学科交叉 融合和创新发展。
绿色环保理念
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=Z +hw1 +hw2
= 2.55m/ s
hw
=
1
(l
l
吸
d
+z
+z )V吸2=
进 弯 2g
2.83m
h
w
=
2
(l
l压 d
+
2z + 弯
z) 出
V2 2g
=
3.23m
∴ Ht=18+2.83+3.23=24.06m
(2) 安装高程 hs
p a
=h +
s
p
2
+
V吸2 2g
+
h
w1
\h =
s
p
a
p
2
1+ K D
Ed
相长
T
=
2L a
周期
2T
=
4L a
3. 水击分类
(1) 直接水击 (2) 间接水击
Ts≤T Ts＞T
4. 直接水击压强计算:
D p = r a (V V) 0
D H= a (V V) g0
例5: 压力钢管: L=600m, D=2.0m, δ=3cm, 管末阀门
处静水头H0=60m, V0=3.5m/s, 阀门在 Ts=1S内 全关。
４ 对已知管道尺寸、水头和流 量的管道，要求确定管道各断面 的压强。
pi
=
H1 zi
1vi2
2g
hwi
可以判断是否有负压区，是否会产生空 化现象
工程水力问题例举
１、虹吸管的水力计算 有一渠道用两根直径为1m的混凝土虹 吸管来跨过山丘，渠道上下游高程为 100m和99m，虹吸管各段长为8m、 12m和15m，中间有60°折角弯头两个， 局部损失系数为0.365，进出口损失系 数为0.5和1.0．要求
m
=
1
1+ l l + z
系数
d
自由出流
m=
1
l l + z
d
淹没出流
2. 管嘴恒定出流
流量公式 Q = m A 2gH
μ—管嘴流量系数
μ= 工作条件: l=(3~4)d
L=(～3 4)d HC
C
管嘴过流能力是空口的1.32倍
原因：管嘴收 缩断面处出现 真空，起到抽 吸作用
pa pc = 0.75H
（１）每根虹吸管的输水能力； （２）若最大允许真空值为７米时，问虹
吸管最高安装高程
２、水泵装置的水力计算 用离心泵将湖水抽到水池，流量为 0.2m3/s，湖面高程85m，水池水面高 105m，吸水管长10m，水泵允许真空 度为4.6m，吸水管底阀局部水头损失系 数为2.5，直角弯头局部水头损失系数 0.3，水泵入口前的渐变收缩段局部水 头损失系数为0.1，吸水管沿程阻力系 数为0.022，压力管道采用铸铁管直径 为500mm，长度为1000m.要求确定：
第8章 有压管中的恒定流
有压管特性
管道的整个断面均被液体所充满， 断面的周界为湿周；有压管道断面 上各点压强一般不等于大气压
有压管类型
有压管道分简单管道和复杂管道； 复杂管分串联管道、并联管道、分 叉管道
简单有压管类型
短管
V
2
+
2g
h j
>
(5
~
10)%
hf
长管:
V
2g
2
+
h j
<
(5
~10)%
管嘴使用条件：H 9m, L = (3 4)d 原因：空化、沿程损失
3、 长管水力计算
a)
基本公式
H
= hf
=l
l d
v2 2g
H
=
Q2
K2
l
K= AC R
流量模数
H=S0 Q 2l
S 0
=
8l gp 2d
5
管道比阻
(b) 注意事项
当v<1.2m/s
H = k Q2l K2
H = kS Q2l 0
h f
V
2g
2
+
h
j
忽略不计
管流的计算任务
a) 求过流能力Q b) 确定作用水头H或管径d c) 计算管线各断面压强分布
一、简单管道水力计算
1. 小孔口恒定出流 自由出流Q = m A 2gH 淹没出流Q = m A 2gz
HC C
μ—流量系数, μ=0.60~0.62 Z—上下游水位差
一般简单 短管流量
z
求:管径
解: Q=m A 2gz
C
m=
1
C z +2z +z +l l
进口
d 弯 出口
C
=
1
R
1 6
=
1
(d
)
1 6
n 0.014 4
l = 8g = 0.0244
C2
1
d3
\m= 1
c 1.8+ 1.71 4
d3
Q= 1 p d2 2gz
1.8+1.71 4 4 d3
=0.5 m 3/s
采用试算法,可得d=0.53m
k—修正系数
4、 水头线绘制
v02 2g
v0 H
H0
基准面
二、 复杂管道水力计算
a) 串联管道 b) 并联管道 c) 分叉管道 d) 沿程泄流管 e) 管网
例3:倒虹吸管, 已知Q=0.5m3/s, n=0.014, l=70m, 上下游水位
差 z=1.5m, z进口=0.4,z弯=0.2,
z出口=1.0。
(V 2 2g
+
h
w
)
1
(2) 安装高程 hs
根据题意
pp
a
2 7m
\h =
s
p
a
p
2
(V 2 2g
+
h
w
)=
1
3.84m
(3) 绘水头线
Z
三、管道非恒定流—水击
1. 水击现象
H
(三) 管道非恒定流—水击
Байду номын сангаас
1. 水击现象
a
△P
H
2. 水击的波速和相长
水击波速 a = 1435 (m / s)
３ 管线布置已定，当要求输送 一定流量时，确定所需的断面尺 寸（管道直径）
例：一横穿河道的钢筋混凝土倒虹吸管，已 知通过流量为3m3/s，上下游水位差为3m， 倒虹吸管长50m，其中经过两个30°的折 角转弯，其局部水头损失系数为0.20；进 出口局部水头损失为0.5、1.0，上下游渠 中流速均为1.5m/s，管壁粗糙系数为 0.014。要求确定倒虹吸管直径。
例4: 离心泵,已知 Q=0.02m3/s, 提水高度 z=18m, l吸=8m, l压=20m, d吸= d压=100mm, λ=0.042, pv /γ <7mH2O, ζ弯=0.17, ζ进=5。
求:(1) 扬程 H1, (2) 安装高程 hs
Z
hs
解:(1) V
吸
=扬V程压 =HAQt
求: 水击压强。
解: E =19.6×107 KN/m2
K = 2.1×106 KN/m2
a = 1435 (m/ s) =1095m/ s
1+
K E
D
d
T = 2L =1.096s > T
a
S
是直接水击
解:∵V0=3.5m/s
\
DH
=
a g
(V 0
V)
= 1095 ×3.5 = 391m 9.8
阀门处最大水击压强为
60+391=451m
四、工程管道计算的类型
１ 输水能力计算
已知管道布置，断面尺寸和作 用水头，要求确定管道通过的 流量
２ 已知管道尺寸和输水能力， 计算水头损失；即要求确定通 过一定流量时所必须的水头
例：由水塔沿长度为3500m、直径为 3500m，直径为300mm的新铸铁管向 工厂输水．设安置水塔处的地面高程 为130m，厂区地面高程为110m，工厂 所需水头为25m。若须保证工厂供水量 为85l/s，求水塔高度。