水力学 有压管流测压管水头线的绘制
天津农学院专升本水文与水资源工程专业课考试《水力学》大纲
天津农学院高职升本科专业课考试大纲水文水资源工程专业《水力学》辅导大纲水力学课程的主要任务是使学生掌握水流运动的一般规律和专业必需的基础知识，学会一般水力分析计算方法和实验技术，具有运用所学知识分析和解决问题的能力。
1.具有一定的理论基础：能正确理解水力学中的一些基本概念及其物理意义；正确区分流动类型，流动形态和局部流动现象；正确理解和运用恒定流的连续方程、能量方程、动量方程。
2.掌握基本的水力学计算方法。
如静水总压力的计算；堰闸过水能力的计算；管道的水力计算；明渠水流水力计算等。
第一章绪论1-1 水力学的定义、任务及其在专业中的应用。
1-2 液体的基本特征和主要物理性质：惯性（质量与密度）；万有引力特性（重量与容量），粘滞性。
1-3 液体作为连续介质和理想液体的概念。
说明：1．本章的重点是液体的主要物理力学性质，着重掌握密度、容重概念、计算及其关系，粘滞性要弄清概念及定义。
2．要强调单位的重要性，一律采用国际单位制，指出国际单位制与工程单位制两者之间换算关系。
3．理解水力学的定义和任务以及液体的主要物理性质。
第二章静水压强与静水总压力（一）目的要求：明确静水压强及其分布规律，理解静水压强基本方程式的物理意义和几何意义。
掌握平面壁和曲面壁上静水总压力的计算方法。
（二）内容：2-1 静水压强及其特性。
2-2 静水压强的分布规律。
一、静水压强的基本方式。
二、绝对压强、相对压强和真空值。
三、测压管水头与单位势能。
四、压强的计算单位。
2-3 等压面及静水压强的测算。
2-4 静水总压力的计算。
一、静水压强分布图。
二、作用在平面上的静水总压力计算。
三、作用在曲面上静水总压力计算。
（三）说明：1．本章的重点是静水压强及其基本方程式、静水压强分布图的绘制以及作用在平面和园柱形曲面上的静水总压力。
2．绝对压强、相对压强、真空度等概念，应认真掌握。
3．作用在平面上静水总压力计算，主要掌握矩形平面上图解法，任意平面壁上解析法着重讲计算总压力的公式的意义及应用，推导可从简进行，压力中心的计算公式可不进行推导。
总水头线与测压管水头线绘制微课(精)
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。
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
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。
04
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。
水力学 第五章课后题答案
5.3水泵自吸水井抽水，吸水井与蓄水池用自流管相接，其水位均不变，如图所示，水泵安装高度 = 4.5，
自流管长l=20m，直径d=150mm，水泵吸水管长1 = 12，=0.025，管滤网的局部水头损失系数 = 2.0，水泵
底阀局部水头损失系数 = 9.0.90°弯角局部水头损失系数 = 0.3，真空高度6m时，求最大流量，在这种流量
1
+ 4 + 3 4
H= + ℎ1 + ℎ2 + ℎ4 = 45.43
= + 100 = 145.43
2
=3.357m
5.9图示为一串联管道自水池引水到大气中。第一段管道d1=100mm，l1=25m，第二段d2=50mm，l2=20m，通过流
量 = 5.0 ×
和0.2344,对两渠水面应用伯努利方程可得，
2
2
∆ = + 1 + 2 + 3 + 4
= 8.224
2
2
解得 v=3.452m/s
3
2
解得Q =
v = 0.678 Τ
4
水头线绘制方法：
1.找出骤变截面，用虚线表示
2.根据管道大小判断在不同管道处的流速
3.总水头线在上，测压管水头线在下，进行绘制
设有带底阀莲蓬头及45°弯头一个，压力水管为长50m，直径0.15m的钢管，逆止阀，闸阀各一个，
局部损失系数分别为2，0.2以及45°弯头一个，机组效率为80%，求0.05m3/s流量时的水泵扬程
钢管的粗糙系数取0.012利用公式 =
82
1
3
水力学实验报告
水力学实验报告实验组别： A1 实验组员：实验日期： 5月5日;5月7日;5月10日土木系2019年5月1 流体静力学综合型实验一、实验目的和要求1. 掌握用测压管测量流体静压强的技能；2. 验证不可压缩流体静力学基本方程；3. 通过对诸多流体静力学现象的实验观察分析，加深流体静力学基本概念理解，提高解决静力学实际问题的能力。
二、实验原理1．在重力作用下不可压缩流体静力学基本方程pz C gρ+= 或 gh p p ρ+=0 式中：z —— 被测点相对基准面的位置高度；p —— 被测点的静水压强（用相对压强表示, 以下同）； p 0 —— 水箱中液面的表面压强；ρ —— 液体密度； h —— 被测点的液体深度。
三、实验内容与方法1. 定性分析实验(1) 测压管和连通管判定。
(2) 测压管高度、压强水头、位置水头和测压管水头判定。
(3) 观察测压管水头线。
(4)判别等压面。
(5) 观察真空现象。
(6) 观察负压下管6中液位变化 2. 定量分析实验 (1) 测点静压强测量。
根据基本操作方法，分别在p 0 = 0、p 0 > 0、p 0 < 0与p B < 0条件下测量水箱液面标高∇0和测压管2液面标高∇H ，分别确定测点A 、B 、C 、D 的压强p A 、p B 、p C 、p D 。
实验数据处理与分析参考四。
四、 数据处理及成果要求1. 记录有关信息及实验常数实验设备名称： 静力学实验仪 实验台号：__No.1___ 实 验 者：____________A1组7人_______实验日期：_5月7号_各测点高程为：∇B = 2.1 ⨯10-2m 、∇C = -2.9 ⨯10-2m 、∇D = -5.9 ⨯10-2m 基准面选在 2号管标尺零点上 z C = -2.9 ⨯10-2m 、z D = -5.9 ⨯10-2m 2. 实验数据记录及计算结果（参表1，表2） 3. 成果要求(1) 回答定性分析实验中的有关问题。
测压管水头线
§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。
１、根据和顺利完成的流量Ｑｉ，计算相应的流速υi、沿程水头损失h fi和局部水头损失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，应该注意管道出口的边界条件条件，如图５－６所示。
图５－６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。
管路测压管水头线实验
p1
Q Av
其中
Q 为过流流量；A 为过流断面；v 为过流流速。
三、实验设备
1、储水箱 2、水泵 3、上水管 4、恒定水箱 5、隔板 6、溢流管 7、进水管 8、阀门 9、实验管段 10、回水管 11、测压管
（1）、实验设备1
4 11
5
6 3
7 8
9 1 2 10 p1 v p2 v z2 hw ； 能量方程 z1 2g 2g
2 1 2 2
连续性方程
Q Av ； 测压管线 z
p
。
（2）、实验设备2
8
6
7(等直径) 7(不等直径)
1、水箱 2、水泵 3、上水管 4、恒定水箱 5、溢流管 6、阀门 7、实验管段 8、测压管 9、回水管
能量方程 连续性方程
2 v12 p2 v2 z1 z2 hw ； 2g 2g
2 v12 p2 v2 z1 z2 hw 2g 2g
p1
式中， z 为位置水头；
p
为压强水头； 2 g 为流速水头；
v2
hw 为两断面间的水头损失。
位置水头与压强水头之和称为测压管水头。位置水头、压强 水头及流速水头之和称为总水头。由于粘滞性和水流紊动作用 一定会产生沿程水头损失，因此总水头一定是沿程减少的。 连续性方程：
管路测压管水头线实验
一、实验目的
（1）、观察分析各种管路中液体总流的测压 管线及诸多水利现象，进一步掌握有压管 流的机械能转换特性。 （2）、学习正确绘制实际液体总流的测压管 水头线及总水头线，加深理解流体恒定总
流的伯努里方程。
二、实验原理
根据能量守恒及转换定律，在恒定渐变流的条件下，对 任意两过流断面的伯努里方程：
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hwi
v0
h j1
测压管 水头线
i i2
2
2g
总水头线
1
O
pi
g
Zi
v
2O
⑷出口若为淹没水流（见图6.4（a）、（b）），下游水 面是测压管水头线的终止线。
v 总水头线根据 02 的大小分为两种情况。
v ① 下 游 水 池 断 面 面 积 很 大 ， 渐 变
流断面2的 020，出口处
的 hj2
水力学 第六章第二节
6.2.3总水头线和测压管水头线的绘制
三班四组 主讲人：
绘制总水头线和测压管水头线可以定性地图示能量方程中 的各项沿程的变化情况。 总体而言，总水头线总是沿程下降的，而测压管水头 线沿程可升可降。
Page 2
总水头线：
局部水头损失可作为集中损失图示在边界突然变化的断面上 ，因此总水头线在有局部水头损失的地方是突然下降的。 在有沿程水头损失的管段中，总水头线可假设为线性下降 的。
大的水流，总水头线下降，测压管水头线上升。
作图时，出口断面的局部水头损失集中绘在出口处，
即总水头线在此下降 h j 2 ，测压管水头线在此上升后与水面
相接，如图（b）所示
hj2
2 2g
测压管 水头线
1
v
0
02022 2g
2
出水面
H2 v02≠0
0
２
1
(b)
谢谢！
制作人 材料收集
v2 2g
1.02v2 g
， 正好等于
管道的流速水头，总水头线在出
口处突然下降 h j 2 ，然后连接于下 0
游水面线，测压管水头线直接接
到水面上，如图（a）所示
总水头线
测压管 水头线
2 2g
hj2 2
出水面
1
v
H2 v02≈0
0
２
1
(a)
v ②下游水池中渐变流断面2的 020，出口前后为突然扩
渐变流断面 1的行近流速水头
其间距为
0
2 0
；
002
2g
0
，则总水头线绘于水面之上，
2g
0 若
0
2 0
2g
，则总水头线与水面线重合。
⑵进口处有局部损失，集中绘制在进口处，即总水头线在此降落 h j 1
⑶出口为自由出流时，管段出口断面的压强近似为 0，测压管水头线
终止于出口断面中心。
002
2g
1
测压管水头线：
在管径不变的管段，流速水头相等，测压管水头线平行于总 水头线，从总水头线向下减去相应断面的流速水头值，便 可绘制出测压管水头线。（也可直接算出各断面的测压管 水头值）
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以图6.3为例，在绘制总水头线和测压管线时，有以下几种情况可作为 控制条件：
⑴上游水面线是测压管水头线的起始线。若上游水池（或水库）中