总水头线与测压管水头线绘制微课(精)
总水头线和测压管水头线绘制注意
§5-2-4 总水头线和测压管水头线的绘制§5-2-4-1绘制总水头线和测压管水头线的具体步骤测压管水头线与能头线的绘制的具体步骤(观看动画)绘制管道的测压管水头线，是为了了解管中动水压强沿程变化的情况。
，计算相应的流速υi、沿程水头损失h fi和１、根据和顺利完成的流量Ｑｉ局部水头损失h ji。
２、自管道进口到出口,算出第一管段两端的总水头值,并绘出总水头线.３、在绘制测压管水头线之前，常先绘制总水头线，这是因为任一断面的测压管水头等于该断面的总水头与流速水头之差。
在绘制总水头线时，局部水头损失可作为集中损失绘在边界突然变化的断面上，沿程水头损失则沿程逐渐增加的，因此总水头线在有局部水头损失的地方是突然下降的，而在有沿程水头损失的管段中则是逐渐下降的。
从总水头线向下减去相应断面的流速水头值，便可绘出测压管水头线。
也可算出各断面的测压管水头值，即可绘出管道的测压管水头线。
管道出口断面压强受到边界条件的控制。
由总水头线，测压管水头线和基准线三者的相互关系可以明确地表示出管道任一断面各种单位机械能量的大小。
§5-2-4-2 绘制总水头线和测压管水头线应注意的问题沿管长均匀分布。
１、在绘制总水头线和测压管水头线时，等直径管段的ｈｆ２、在等直径管段中，测压管水头线与总水头线平行。
３、在绘制水头线时，应该注意管道出口的边界条件条件，如图５－６所示。
图５－６图５－７当上游行近流速水头时，总水头线的起点在上游液面，如图５－６（ａ），当时，总水头线在起点较上游液面高出，如图５－６（ｂ）。
４、此外，还应注意管道出口的边界条件，如图５－７所示。
图５－７（ａ）为自由出流，测压管水头线的终点应画在出口断面的形心上；图５－７（ｂ）为淹没出流，且下游流速水头，测压管水头线的终点应与下游液面平齐；图５－７（ｃ）亦为淹没出流，且下游流速水头，表示管流出口的动能没有全部损失掉，一部分转化为动能，为尚有一部分转化为下游势能，使下游液面抬高，高于管道出口断面的测压管水头，故测压管水头线的终点应低于下游液面。
总水头线和测压管水头线绘制
沿程阻力实验
1、为什么压差计的水柱差就是沿程水头损失？管道安装成倾斜，是否影 响实验结果？
2、根据实测m值判别实验流区。 lghf~lgv曲线斜率m=1.0~1.8,即hf与v1.0~1.8成正比，所以流动为层流，紊 流光滑区和紊流过渡区，未达阻力平方区。 2、管道当量粗糙度如何测得？ 当量粗糙度的测量可用实验的方法测定
2．流 量 增 加 ，测 压 管 水 头 线 有 何 变 化 ？为 什 么 ？
有如下二个变化：
（1）流 量 增加 ，测 压 管 水 头 线（P-P）总 降 落 趋 势 更 显著。这 是 因 为 测压管水头 ， 管 道 过 流 断 面 面 积 A 为 定 值 时 ， Q增 大 就 增 大 ，而 且 随 流 量 的 增 加 阻 力损 失 亦 增 大 ，管 道 任 一 过 水 断 面 上 的 总 水 头 E相 应 减 小 ，故 的减小更加显著。
测压管水头高于管轴线的部分其压强水头正，否则为负。
调整管道布置避免产生负压 如上图知，管道任意断面的压强水头 若H0一定的条件下，影响压强水头的因素为上式中的后三项。较有效的方 法是降低管线的高度，以提高管道中压强的大小，避免管道中出现负压。
伯努利方程实验思考题
1．测 压 管 水 头 线 和 总 水 头 线 的 变 化 趋 势 有 何 不 同 ？为 什 么 ？ 测 压 程 只 条 件 部 分 9，管 而 据 即 恒 下 降 越 大 水 头 管 水 头 线（P-P）沿 程 可 升 可 降 。而 总 水 头 线（E-E）沿 降 不 升 。这 是 因 为 水 在 流 动 过 程 中 ，依 据 一 定 边 界 ，动 能 和 势 能 可 相 互 转 换。 测 点5 至 测 点7， 管 收 缩， 势 能 转 换 成 动 能， 测 压 管 水 头 线 降 低。 测 点7至 测 点 渐 扩，部 分 动 能 又 转 换成 势 能 ，测 压 管 水 头 线 升 高 。 能 量 方 程E1=E2+hw1-2, hw1-2为 损 失 能 量 ，是 不 可 逆 的 ， 有 hw1-2>0，故 E2恒 小 于E1，（E-E）线 不 可 能 回 升。(E-E) 线 的 坡 度 越 大 ，即J越 大 ，表 明 单 位 流 程 上 的 水 头 损 失 ，如 图2.3的 渐 扩 段 和 阀门 等 处 ，表 明 有 较 大 的 局 部 损 失 存 在 。
总水头线和测压管水头线绘制
可以精确地描述某一特定点的水头高 度和水流状态，提供详细的水流信息。 缺点：只能描述某一特定点的水流状 态，无法提供整个水流区域的信息。
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实际应用案例
总水头线绘制案例
案例一
某城市给水系统
介绍
某城市给水系统采用重力流输水，需要绘制总水头线 来评估系统性能。
绘制方法
根据泵站和水塔的位置，计算各点的水头高度，并绘 制总水头线。
测压管水头线
在流体力学、环境科学、气象学等领域中，测压管水头线被 广泛应用于测量和描述某一特定点的水头高度和水流状态。 例如，在气象观测中，测压管水头线被用来测量和描述大气 中的压力分布。
优缺点比较
总水头线的优点
可以描述整个水流区域的水头分布和 能量状态，能够提供全面的水流信息。 缺点：对于某一特定点的水流状态描 述不够精确。
测压管水头线绘制案例
案例三：某水库
介绍：某水库用于农业灌溉和居民供水，需要绘制测压管水头线来监测水库的运行 状态。
绘制方法：在库区设置测压管，测量水位高度，并绘制测压管水头线。
测压管水头线绘制案例
• 结果：通过测压管水头线，可以及时发现水库的异常情况， 保障水库的安全运行。
测压管水头线绘制案例
不同点
总水头线通常是指整个水流区域的水头高度，而测压管水头线则是指某一特定点 的水头高度。此外，总水头线是绝对水头，而测压管水头线是相对水头。
应用场景比较
总水头线
在水利工程、给排水工程、环境工程等领域中，总水头线被 广泛应用于描述整个水流区域的水头分布和能量状态。例如 ，在水电站的水轮机设计中，总水头线是重要的设计参数。
案例四
某地下水井群
介绍
某地下水井群用于农业灌溉，需要绘 制测压管水头线来监测地下水位的变 化。
总水头线和测压管水头线绘制
✓非均匀流分为渐变流与急变流,渐变流近似于均匀流,急变流与均匀流不同,其沿 程各过水断面上的流速及流速分布不相等,所以非均匀流单位长度上的水头损失 即水力坡度J也不相等,总水头线和测压管水头线是互不平行的曲线.
整理ppt
3
绘制总水头线和测压管水头线应注意的问题
１、在绘制总水头线和测压管水头线时，等直径管段的ｈｆ沿管长均匀分 布。
２、在等直径管段中，测压管水头线与总水头线平行。 ３、在绘制水头线时，应该注意管道进口的边界条件，如图1所示。
当上游流速水头
时，总水头线的起点在上游液面，如图1（ａ）
当
时，总水头线在起点较上游液面高出
1 2lg(K 2.51)
3.7d Re
K
也可用 ～ Re关系，直接由莫迪图查得 d
，进而得出当量粗糙度K。
整理ppt
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3、实验结果与莫迪图吻合与否？分析原因。
通常试验点所绘得的 ～Re关系曲线处于光滑管区，本报告所列的
试验值，也是如此。但是，有的实验结果相应点落到了莫迪图中光滑管区的右下 方。对此须认真分析。
３、在绘制测压管水头线之前，常先绘制总水头线，这是因为任一断面的测压
管水头
等于该断面的总水头
与流速水头
之差。
整理ppt
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✓在绘制总水头线时，局部水头损失可作为集中损失绘在边界突然变化 的断面上，沿程水头损失则沿程逐渐增加的，因此总水头线在有局部水 头损失的地方是突然下降的，而在有沿程水头损失的管段中则是逐渐下 降的。从总水头线向下减去相应断面的流速水头值，便可绘出测压管水 头线。
定性绘出图示管道短管的总水头线和测压管水头线
1、定性绘出图示管道（短管）的总水头线和测压管水头线。
2、绘出图中的受压曲面AB 上水平分力的压强分布图和垂直分力的压力体图。
3、图示圆弧形闸门AB(1/4圆), A 点以上的水深H ＝1.2m ，闸门宽B =4m ，圆弧形闸门半径R =1m ，水面均为大气压强。
确定圆弧形闸门AB 上作用的静水总压力及作用方向。
解：水平分力 P x =p c ×A x =74.48kN铅垂分力 P y =γ×V=85.65kN,静水总压力 P 2= P x 2+ P y 2,P=113.50kN,tan α= P y /P x =1.15 ∴ α=49°合力作用线通过圆弧形闸门的圆心4、图示一跨河倒虹吸管，正方形断面面积为 A=0.64 m2，长 l =50 m ，两个 30。
折角、进口和出口的局部水头损失系数分别为ζ1=0.2，ζ2=0.5，ζ3=1.0，沿程水力摩擦系数λ=0.024，上下游水位差 H=3m 。
求通过的流量 Q ?解： 按短管计算，取下游水面为基准面，对上下游渠道内的计算断面建立能量方程 g v R l h H w 2)4(2∑+==ξλ计算圆管道断面的水力半径和局部水头损失系数 9.10.15.022.0 , m 2.04/=++⨯====∑ξχd AR将参数代入上式计算，可以求解得到/s m 091.2 , m /s 16.4 3===∴vA Q v即倒虹吸管内通过的流量为2.091m 3/s 。
5、如图从水箱接一橡胶管道及喷嘴，橡胶管直径D=7.5cm ，喷嘴出口直径d=2.0cm ，水头H=5.5m ，由水箱至喷嘴出口的水头损失h w =0.5m 。
用压力表测得橡胶管与喷嘴接头处的压强p=4.9N/cm 2。
行近流速v 0≈0，取动能、动量修正系数均为1。
（1）计算通过管道的流量Q ；（2）如用手握住喷嘴，需要多大的水平力？方向如何？解：（1）通过流量以喷嘴出口中心所在水平面为基准面0—0，选取水箱内接近管道入口满足渐变流条件的1—1断面、喷嘴出口处的2—2断面及橡胶管与喷嘴接头处的3—3断面。
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水力分析与计算
管道不同进口边界条件，总水头线与测压管水头线绘制
水池中水面线为测压管水头线
水力分析与计算
管道不同出口边界条件，总水头线与测压管水头线绘制
自由出流：在管道出口处，测压管水头线末端落在管轴线处。
淹没出流：下游水池流速等于零，在管道出口处，测压管水头线 末端落在下游水面处。
淹没出流：下游水池流速不等于零，在管道出口处，测压管水头线 末端比下游水面稍低；
水力分析与计算
图 5-8
水力分析与计算
4
定性绘制总水头线与测压管水头线
1
2
3
hi
4
0 0
2
3
Pi r
i2
2g i
总水头线 H h
1
w15
2
2g
5
4
Zi
测压管水头线 6
1
5
6
水力分析与计算
5
定性绘制总水头线与测压管水头线
1
总水头线
测压管水头线
2
3
总结： 1.注意管道上下游进出口情况，不要画错； 2.测压管水头线要从下游向上游绘制，把握好末端情况； 3.管径大的管段，两线平缓，间距小，管径小时相反； 4.有局部损失地方，总水头线竖直下降。
水力分析与计算
总水头线与测压管水头线绘制
主 讲 人： 王勤香
黄河水利职业技术学院
2014.10
水力分析与计算
总水头线与测压管水头线绘制
总水头线与测压管水头线绘制两线绘制目的： 分析有压管道压强沿程变化，判断管道布设及体型设计合理性。 总水头线与测压管水头线绘制两线绘制原则及方法： （1）先绘总水头线再绘测压管水头线，绘制总水头线一般从上游进口断 面开始，向下游绘制，测压管水头线一般从出口断面开始，向上游绘制，测压 管水头线低于总水头线一个流速水头值； （2）对于管径不变的管道，二者为倾斜下降相互平行的直线； （3）有局部水头损失断面假设局部水头损失集中在一个断面上，总水头 线画成竖直下降的直线。 （4）在绘制水头线时，应注意管道进、出口的边界条件。管道出口为自 由出流时，测压管水头线末端与出口断面中心重合。管道出口为淹没出流时， 在下游流速v2≈0时，测压管水头线末端与下游水面齐平；在下游流速v2≠0时， 测压管水头线末端一般情况下稍低于下游水面。