水力学第6章-管道-2013.ppt

'第6章有压管流 本章研究内容：1.有压管道恒定流：短管水力计算:流量，测压管线绘制长管水力计算：并联，串联2.有压管道非恒定流：水击现象及简单水力计算 6.1概述1.有压管道：整个断面均被液体充满没有自由液面、管壁处处受到水压力作用、管中液体的动水相对压强不为零的管道。管中水流称为有压管流。2.管流:无压管流→明渠有压管流→满管液流，无自由液面 3.短管、长管短管:hj和与hf相比不能忽略，须同时考虑的管道。长管：hf起主要作用，hj和可以忽略的管道,(<5%hf).4.自由出流、淹没出流自由出流:液流出口流入大气的出流。淹没出流：液流出口淹没在下游水面以下的出流。 自由出流淹没出流 5.孔口、管嘴出流孔口出流：在盛有液体的容器侧壁或底部开一孔口，液体经孔口流出，称为孔口出流。 管嘴出流：在孔口上装一段长度为3～4倍孔径的短管，称为管嘴。液体经过管嘴并在出口断面满管流出，称管嘴出流。 孔口、管嘴出流的特点：局部水头损失起主要作用，沿程水头损失可以忽略不计。 6.2.1总水头线和测管水头线的绘制6.2短管的水力计算 总水头线和测管水头线的绘制测压管水头线总水头线原则：总水头线总是沿程下降的，而测压管水头线沿程可升可降。局部水头损失:集中图示在边界突然变化的断面上。 在绘制总水头线和测管水头线时，有以下几种情况可以作为控制条件：(1)上、下游水面线是测管水头线的起始、终止线。(2)进口处有局部损失，集中绘在进口处，即总水头线在此降落(3)出口为自由出流时，管道出口断面的压强为零，测管水头线终止于出口断面中心(4)出口若为淹没出流，下游水面是测管水头线的终止线 自由出流 淹没出流 淹没出流 淹没出流v02不为零测压管线的位置分析列X方向的动量方程式(参见第四章)化简整理得：测压管线不变测压管线上升 淹没出流 若绘制虹吸管的总水头线和测管水头线，其测管水头线位于管轴线以下的区域，为真空发生区。 6.2.2出流公式–流量1.自由出流总水头H0 则其中，为管道流量系数，（管径不变） 2.淹没出流 则其中，为管道流量系数 6.2.3短管的水力计算举例1.虹吸管的水力计算虹吸管是指有一段管道高出上游液面，而出口低于上游液面的管道。虹吸管的水力计算主要是：确定虹吸管的流量以及确定虹吸管顶部的允许安装高度。 例6.1某渠道用直径d=0．5m的钢筋混凝土虹吸管从河道引水灌溉，如图所示。河道水位为120.0m，渠道水位为119.0m。虹吸管各段长度为10m，6m，12m。沿程水头损失系数均为0.027.进口装滤水网，无底阀，ζ=2．5，管的顶部有60度的折角转弯两个，每个弯头ζ=0.55。求：(1)虹吸管的流量；(2)当虹吸管内最大允许真空值为7.0m时，虹吸管的最大安装高度. (1)计算虹吸管的流量。列断面1，3的能量方程或采用淹没出流 (2)最大安装高度列断面1，2的能量方程：为确保虹吸管正常工作，工程上常限制管中的最大真空高度，不超过7m水柱。 2.水泵的水力计算水泵的作用是增加水流能量，把水从低处引向高处，图所示为装有水泵的供水系统。 例6.2水泵的水力计算有一水泵将水抽至水塔，如图所示。已知，水泵的流量为Q=0.03,z=20m,吸水管长=12m，管径d1=15cm，压水管长=100m，管径d2=15cm，管的沿程水头损失系数λ=0.024，水泵允许真空值为6.0m水柱高，局部水头损失系数分别为：ζ进口=6.0，ζ弯头=0.8,ζ阀=0.1。求（1）水泵的扬程hp；(2）水泵的最大安装高度hs。 解： 解： 解： 6.3长管的水力计算6.3.1简单管道的水力计算直径不变没有分支的管道称为简单管道。是（长管）中最基本的情形。长管的水头H全部消耗于沿程水头损失hf上。 谢才公式简单管道的水力计算给水工程中，α称为比阻。比阻的物理意义是：单位流量(Q=1)，通过单位管长(l=1)所需要的水头。S称为水管摩阻 6.3.2串联管道串联管道:由直径不同的简单管道串联而成的管道。水头等于各段水头损失之和 6.3.3并联管道并联管道:由直径不同的简单管道并联而成的管道。每段管道的水头差是相等 6.3.4沿程泄流管道在工程中常有这样的情况，水在沿管轴方向流动的同时，还从管侧壁上连续地有流量泄出，这种管道称为沿程泄流管道。如灌溉工程中的人工降雨管道或给水工程中的滤池冲洗管 滴灌节水技术 C点流量QD点流量CD段泄流量dx距离内水头降落值为 若QT=0，则可见，在连续均匀泄流时，所需水头只有管道末端通过相同流量时所需水头的三分之一 6.4有压管道非恒定流简介水击（水锤）：在有压管路中，由于某种外界原因使得流速发生突然变化，从而引起压强急剧升高和降低的交替变化，这种水力现象成为水击（水锤）。需要考虑：水的压缩性、管壁的弹性 产生原因：（输水、输气管道）1阀门突然关闭2水泵突然启闭蜗壳轴流式水力发电机 研究内容：6.4.1水击现象传播过程6.4.2水击分类 6.4.1水击现象传播过程增压逆波，减压顺波，减压逆波，增压顺波 Δp以阀门突然关闭为例，将有一个增压、增密度、增管道断面积、减流速的过程从阀门向上游传播，压强、流速、密度、管道断面积的间断面在管道中运动，这就是水击波。6.4.1水击现象传播过程 阶段时段速度变化流速方向压强变化水击波传播方向运动状态液体状态0