第五章 压力管路的水力计算
主要内容
长管水力计算
短管水力计算
串并联管路和分支管路
孔口和管嘴出流
基本概念：
1、压力管路：在一定压差下，液流充满全管的流动管路。（管路中的压强可以大于大气压，也可以小于大气压）
注：输送气体的管路都是压力管路。
2、分类：
按管路的结构特点，分为
简单管路：等径无分支
复杂管路：串联、并联、分支
按能量比例大小，分为
长 管：和沿程水头损失相比，流速水头和局部水头损失可以忽略的流动管路。 短 管：流速水头和局部水头损失不能忽略的流动管路。
第一节 管路的特性曲线
一、定义：水头损失与流量的关系曲线称为管路的特性曲线。
二、特性曲线
l l L g V d L g V d l l g V d l d l g V d l g V h h h f j w +==+=⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛+=+=+=当当当其中，222222
2222λλλλλζ （1） 把 24d Q A Q V π== 代入上式得：
225222284212Q Q d g L d Q g d L g V d L h w απλπλλ==⎪⎭⎫ ⎝⎛== （2）
把上式绘成曲线得图。
第二节 长管的水力计算
一、简单长管
1、 定义：由许多管径相同的管子组成的长输管路，且沿程损失较大、局部损失较小，计算时可忽略局部损失和流速水头。
2、计算公式：简单长管一般计算涉及公式
2211A V A V = （3）
f h p z p z +++γγ2
21
1＝ （4）
g V D L h f 22
λ= （5）
说明： 有时为了计算方便，h f 的计算采用如下形式：
m m m f d L
Q h --=52νβ
（6） 其中，β、m 值如下
因为 g V D L h f 22
λ
= 且
所以
（
7） a. 层流时， Re 64
=λ 代入（7）式得：
即：β＝ 4.15，m ＝1
b. 水力光滑区，25.0Re 3164
.0=λ代入（7）式得：
即：β＝ 0.0246，m ＝1
c. 由大庆设计院推得经验公式，在混合区：
即：β＝ 0.0802A ，m ＝0.123
其中，()0627.0lg 127.0,10r A ∆
==-εε
d. 粗糙区
即：β＝ 0.0826λ，m ＝0
3、简单长管的三类计算问题
（1）第一类：
已知：输送流体的性质μ，γ
管道尺寸d，L，Δ
地形Δz
流量Q ，，
求：h f ，Δp，i
解：Q→V确定流态→β，m ，λ→h f→伯努利方程求Δp
（2）第二类：
已知：μ，γ，d，L，Δ，Δz，Δp
求：Q
解：Q未知→流态也未知→β， m ，λ无法确定→试算法或绘图法
A.试算法
a、先假设一流态，取β， m值，算出Q’
b、Q’→→β’， m’，校核流态
如由Q’→Re’和假设一致，Q’即为所求Q
c、如由Q’→定出的流态和假设不一致，重复a。
B.绘图法
按第一类问题的计算方法，选取足够多Q，算出h f值，然后绘制图形。使用时由h f查找Q 即可。
（3）第三类：
已知：Q，Δp，Δz ，Δ，L，μ，γ
求：经济管径d
解：考虑两方面的问题
①d↑，材料费↑，施工费、运输费↑
V↓，损失↓，管理费用↓
②d↓，一次性费用↓
V↑，损失↑，设备（泵）费↑
如何解决这一矛盾，正是一个管径优选问题。钻、采专业大纲要求一般了解。
二、串、并联管路
1、串联管路
①定义：由不同管径的管道依次连接而成的管路。
②水力特征：
a、各联结点（节点）处流量出入平衡，即进入节点的总流量等于流出节点的总流量。
其中，进为正，出为负，它反映了连续性原理。
b、全线水头损失为各分段水头损失之和，即：
它反映了能量守恒原理。
2、并联管路
①定义：两条以上的管路在同一处分离，以后又汇合于另一处，这样的组合管道，叫并联管路。
②水力特征：
a、进入各并联管的总流量等于流出各并联管的总流量之和，即
b、不同并联管段A→B，单位重量液体的能量损失相同，即：
3、分支管路
①定义：自一点分开不再汇合的管路
②水力特征：
a、节点处流出与流入的流量平衡
b、沿一条干线上总水头损失为各段水头损失为各段水头损失总和
c、节点处：
c
p
z= +
γ
4、串、并联管路的水力计算
①串联管路——属于长管计算第一类问题
已知：Q
求：d
解：确定合理流速 V合理＝→合理d
②并联管路——属于长管计算第二类问题
5、串、并联管路在长输管线上的应用
①增加输送流量
②延伸输送距离
③克服翻越点
例1：
某水罐1液面高度位于地平面以上z1＝60m，通过分支管把水引向高于地平面z2＝30m和z3＝15m的水罐2和水罐3，假设l1=l2=l3=2500m, d1=d2=d3=0.5m, 各管的沿程阻力系数均为λ＝0.04。试求引入每一水罐的流量。
解：取1-1、2-2两液面列伯努利方程：
所以，
41
.4
2
2
2
1
=
+V
V（1）
