草坪灌溉与排水工程学第四章-管道水力学原理.ppt

'第四章管道水力学原理第一节管道水流及其能量一、管道水流平均流速V=Q/A二、管道水流流态1、层流：当管道流速较小时，各流层的液体质点是有条不紊地运动，互不掺合，表现为线条清晰，成层状流动。2、紊流：当管道流速较大时，各流层的液体质点在流动过程中，互相混掺，表现为流动紊乱。3、粘滞性：流体企图阻止外力作用下流体流动的特性。 4、雷诺数：液流的惯性力与粘滞力()的比值。粘滞系数()与液体的密度和温度有关，D为管道内径，V为平均流速。雷诺数Re<2000，流态为层流；Re>2000，流态为紊流。三、管道水流的基本规律1、连续性原理（质量守恒原理）：在一段管道水流中，任意一个断面流入的流量一定等于下一个断面流出的流量，否则，两断面间一定有流量的流入或流出。Q1=A1v1=Q2=A2v2 2、能量守恒原理：管中流动水流单位重量水体一般具有三种不同能量，位能、压能(合称为势能)和动能，称为总机械能或总水头。两个断面之间能量守恒，即两个断面之间流入的能量一定等于流出的能量。z1+P1/γ+V12/2g=z2+P2/γ+V12/2g+ｈw式中：z1、z2:势能（重力势能），位置水头P1/γ、P2/γ：压能（压力势能），压强水头V12/2g、V22/2g：动能，流速水头hw：能量损失（中间流出），叫损失水头 第二节水头损失计算一、水头损失及分类1、水头损失：由于管壁摩擦和水流内部的紊动，使运动的液体产生能量损失，并以热能形式散失出去。由此定义输水过程中单位重量液体机械能的损失就称为水头损失。2、沿程水头损失：当水流边界形状和大小沿程不变，水流在长且直的流段中发生的水头损失。（hf）3、局部水头损失：当水流边界形状和大小沿程急剧变化所发生的水头损失。（hj）流程总损失hw=Σhf+Σhj H2H3H1 二、沿程水头损失计算理论式中：λ—管道沿程阻力系数（与流态和管壁粗糙度有关）v—管道平均流速（m/s)g——重力加速度，g=9.8m/s2L—同一管径管道长度（m)D—管道内径（m）沿程损失计算基本公式（达西—威斯巴赫公式） 三、沿程水头损失计算经验公式式中：f—与沿程阻力系数有关的摩阻系数m—流量指数b—管径指数上述f,m,b值可从有关表中查得《喷灌工程技术规范》中规定应用的公式如下： 各种管材的f、m、b值管材fmb混凝土管1.516×10625.33旧钢、铸铁管6.25×1051.95.1石棉、水泥管1.455×1051.854.89硬塑料管0.948×1051.774.77铝合金管0.861×1051.744.74 四、局部水头损失计算v—断面平均流速；g—重力加速度；ξ—局部阻力系数，可以计算得。在实际设计工作中，一般先计算出沿程水头损失Hf，然后局部水头损失取沿程损失的10-15%即可。 五、总水头损失 第三节串联和分支管道水力计算一、串联管道水力计算（一）管道流量：根据水量平衡和连续性原理推算。Q4Q3Q2Q1q1q2q3q4Q1=q1+Q2=q1+q2+Q3=q1+q2+q3+Q4=q1+q2+q3+q4Q1=？ （二）管道直径确定实际上是选择各级管道的最优管径。（1）经验公式法：(Q为设计流量，单位为mm）若Q<120m3/h；（2）经济流速法（单位为cm）若Q>120m3/h；v——经济流速，依经验而取，一般取0.6~2.5m/s这样计算结果往往是非标准化管径，最后可取相近的标准化管径。还可以查表选择 （三）典型管路水头损失计算hf4hf3hf2hf1Hf总hf5hf总=？hf总=hf1+hf2+hf3+hf4+hf5hj总=？hj总=（10-15%）hf总 （四）管道压力分布计算H1H6H6=？H1=H2+H3+H4+H5+H6？H1=hf总+hj总+H6H2H3H4H5H6应等于喷头工作压力H2=？H3=？H4=？H5=？ （五）管道压力分布计算1、喷头出流量q与压力水头H之间的关系：q=kHmK-----喷头流量系数H----喷头工作压力m----流量指数（一般为0.5）2、管道进口最近(1)与最远喷头(n)出流量变化与压力变化水头之间的关系：11% 20%原则支管设计主要的设计任务是限制喷头间的流量偏差，获得满意的均匀度和灌水效率。一般原则为：控制同一分区任意支管上任意两个喷头的喷水量之差在10％以内。此原则也等同于：控制支管上任意两个喷头的工作压力水头之差不超过喷头设计工作压力水头的20%此即为20%规则 ？二、分支管道水力计算13452？？67 三、沿程出流多孔管道水力计算一般计算方法: 简易计算方法：喷灌支管的特点：每隔固定间距，就有一个喷头分流，每个喷头分流量或喷头出水量近似相等这种等间距、等流量分流的管称为多口出流管，有一种简便计算沿程总水头损失的方法 其方法为：首先根据管首流量计算沿程流量不变时（不考虑分流）的水头损失hf,然后再乘以一个小于1的折减系数（多口系数）F，即得多口管的沿程水头损失：多口系数F与出流孔数目，孔口位置及流量指数等有关，其计算公式为： 式中：m－流量指数（与材质有关）N－管上出水口总数（或喷头总数）x－第一个出水口到管道进口距离与出水口间距的比值即：F1－x=1时的多口系数多口系数已制成表，不必计算，可直接查取 平均压力或平均流量所处的位置在：距离支管进口0.4L处，此处的水头损失为3/4Hf要求此处的压力等于喷头的工作压力支管进口水头H0＝H喷头设计压力＋H竖管高度＋3/4Hf±1/2Z（下坡－，上坡＋）L0.4L3/4HfHfZ1/2ZH0 Example:已知：喷头流量q=3.2m3/h,喷头个数＝8，喷头间距＝18m，竖管高度＝1m，喷头工作压力＝350kPa，平地，支管采用PVC管试分别计算：2.当支管管径采用D1＝63mm和D2=50mm时的支管水头损失和支管进口水头1.支管允许的最大压力差干管支管竖管H0HfHf0 1.支管允许的最大水头偏差：350kPa×20%=70kPa=7m2.水头损失和支管进口水头计算当D＝50mm时（内径46mm）无旁孔出流时的水头损失：Hf0=（1+10%）×fLQm/db=1.1×0.948×105×(7×18+9)×(3.2×8)1.77/464.77=51.3m解： 多孔出流时的水头损失：Hf＝Hf0×F=51.3×0.387=19.8m支管进口水头：H0＝H喷头设计压力＋H竖管高度＋3/4Hf±1/2Z＝35m+1m+3/4×19.8m+0=50.85m 当D＝63mm时（内径58mm）无旁孔出流时的水头损失：Hf0=1.1×fLQm/db=1.1×0.948×105×(7×18+9)×(3.2×8)1.77/584.77=16.9m 多孔出流时的水头损失：Hf＝Hf0×F=16.9×0.387=6.55m支管进口水头：H0＝H喷头设计压力＋H竖管高度＋3/4Hf±1/2Z＝35m+1m+3/4×6.55m+0=40.91m'