第五章压力管路的水力计算

第5章 压力管路的水力计算
5-1．水力光滑与水力粗糙。

解析：从几何上来看，实际上并不存在绝对光滑的壁面，在放大50到100倍的显微镜下观察磨光的金属表面，仍然有凹凸不平。

用Δ表示绝对粗糙度，Δ/d 表示相对粗糙度，0δ表示粘性底层厚度。

1)水力光滑壁面：在Δ<0δ的条件下，管壁的绝对粗糙度完全淹没在粘性底层中，流体好像在完全光滑的管子中流动,壁面粗糙度不影响湍流核心区中速度分布。

2)水力粗糙壁面：在Δ>0δ的条件下，管壁的绝对粗糙度大部分或完全暴露在粘性底层之外，速度较大的流体质点冲到凸起部位，造成新的能量损失，壁面粗糙度严重影响湍流核心区。

5-2．有关短管的水力计算。

解析：短管水力计算，通常可分为自由出流和淹没出流两种。

在计算时，除了作用水头不同，还应注意：自由出流时，管出口处有一流速水头g
v 22
；而淹没出流时，从管出口处到下游液面间有一个突然扩大损失g
v 22
ζ，此处的突然扩大损失系数ζ=1.0。

所以，二者在数值上完全相同，但其概念却是不同的。

各类有压流的进口都可以理解为淹没于水中，出口则根据淹没与否分为自由出流和淹没出流。

这两种出流情况的基本算式在形式上是相同的。

但是式中的H 值涵义不一样，凡淹没出流是指上游和下游水面的高程差；而自由出流是指上游液面与出口管中心的高差。

H

n
hf i
i1

n i1
Qi2 Ki2
li
各段流量间的关系由 连续原理确定，又可 得 n-1个方程
Qi1 Qi qi (i 2,3)
第五章 有压管流水力计
算
第五节 复杂管路水力计算
并联管道 n段并联管道的水头损失是相同的，给出n-1个方程
hf i

Qi2 Ki2
li

第五章 有压管流水力计
算
第五节 复杂管路水力计算
若沿程均匀泄流管道只有途泄流量，而贯通流量为零，则
管道水头损失相当于途泄流量集 中在管道末端泄出时水头损失的 1/3
2
Q 1 h k f 3
u 2
l
第五章 有压管流水力计
算
第五节 复杂管路水力计算
枝状管网应按最不利点设计干管，在干管各段的流量分配给定，管径由 经济流速确定的情况下，可以决定所需作用水头。此后的支管设计就成为 已知水头和流量求管径的问题。参考P150 例5-12
Q vA AC RJ K J K h f l
Q2 H hf K2 l
长管:作用水头全部 消耗于沿程损失
第五章 有压管流水力计
算
第四节 长管的水力计算
流量模数K AC R f (n, d)
H
hf
k
Q2 K2
l
当v 1.2m / s时（过渡区）， k

1 v 0.2
H
1v02
2g
2v2
2g
hw12
令 且因
H 1v02
2g
H0
hw12 hf hj
第五章 有压管流水力计算

⎛ d2 ⎞ A V1 = 2 V2 = ⎜ ⎜d ⎟ ⎟ V2 , A1 ⎝ 1⎠
2
⎛ d2 ⎞ ⎟ V孔＝⎜ ⎜ d ⎟ V2 ⎝ 孔⎠
2
5-9
⎡⎛ l ⎞⎛ d 2 hw = ⎢⎜ λ1 1 + ζ 1 ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎜ ⎢⎝ d1 ⎠⎝ d1 ⎣
⎛ d2 ⎞ ⎜ ⎟ ⎟ +ζ孔⎜ d ⎠ ⎝ 孔
p0
γ
+
V02 2g
如图：H0＝21m
5-12
2、淹没出流
两液面：
H1 = H 2 + ξ孔
Vc =
1
Vc2 V + ξ 扩大 c 2g 2g
2
ζ 扩大 + ζ 孔
2 gH 0 （H0 = H1－H2）
Q＝μ A 2 g ⋅ ΔH
二、管嘴泄流
1、标准圆柱管嘴：自孔口接出短管直径与孔口直径相同， 且 l＝（3～4）d 2、管嘴与孔口区别： ① 流态不一样，先收缩，再扩大，然后封住出口，均匀泄出。 ② 孔口只有局部阻力，管嘴加上扩大阻力和沿程阻力。 3、流量计算公式 据公式： Q＝μ A 2 gH = εϕ A 2 gH
5-5
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。
∑Q
i
=0
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：
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。

前两章介绍了流体流动的基本原理，本章介绍这些原理在工程实际中的应 用，具体应用时，常要参考设计和施工的经验，对前面所学的公式作一些 简化。
压力管路：在压差作用下，管内充满流体流动的管路，称为压力管路。
压力管路
从能量角度划分为
长管 短管
2
第5章 压力管路的水力计算
§5.1 管路特性曲线
管路特性曲线：一条管路上的水头 H 与流量 Q 之间的关系曲线。即H = f (Q)， 对特定的管路，其关系一定。
个方程，现只有一个，故不可解。
解法一：流态试算法
先设流态，选用、m，计算
Q 2m hf d 5m m L
，
计算Re，校核流态。如流态与所设流态一致，则Q为所求，
否则重新设流态计算。
11
第5章 压力管路的水力计算
② 水力光滑区
0.3164 Re0.25
0.3164
d 4Q
0.25
∴
hf
8 2g
z1 z2
p1 p2
，i
hf L
）
当p2已知，可求得 p1，选泵。
10
第5章 压力管路的水力计算
解法二：用管路特性曲线求Q 先假设几个流量Q1、Q2、……、Qm，按第一类问 题，计算hf1、hf2、 ……、hfm，绘成管路特性曲线， 再由已知hf查得Q。
第三类问题： 已知：L、管路布置（z1，z2）、流量Q， 求：设计最经济管径 d。
例如：管路上的总水头损失
hw
hf
hj
L d
v2 2g
L当 d
v2 2g
Q
v
4
d
2
v
4Q d 2
hw
L L当 d
v2 2g