第6章水力工况
流体力第6章
r0
4
(6 - 14)
平均流速
v Q A
gJ
8
r0
2
(6 - 15)
即
v 1 2 u max
6.4.3 沿程水头损失的计算
以
r0 d 2 ，J hf l
代入
g
v
gJ
8
r0
2
，得
hf d 2 v （ ) 8 l 2 hf 32 l v (6 - 16)
u
w
y
(6 - 28)
或以
u
， v
w
y
代入上式整理得
2
w
y
w
2
v
y
u v
v y
(6 - 29)
6.6 紊流的沿程水头损失
6.6.1 尼古拉兹实验 1. 沿程摩阻系数λ的影响因素
绝对粗糙
Ks/d
相对粗糙
由尼古拉兹试验分析得出，雷诺数和相对粗糙是沿程 摩阻系数的两个影响因素。即
hf
64 l v
2
vd d 2 g
解得
hf
2 gd
2
64 lv
8 . 54 10
3
6
m /s
2
7 . 69 10
Pa s
校核流态
Re vd
2 . 73 0 . 006 8 . 54 10
6
1918 ＜ 2300
6.5 紊流运动
6
0 . 12 m/s
6.3 沿程水头损失与剪应力的关系
6.3.1 均匀流动方程式
热网水力工况实验报告
热网水力工况实验报告实验一热网水力工况实验一、了解不同水力工况下供热管网水压图的变化，巩固热水管网水力工况计算的基本原理。
2. 2. 能够绘制各种工况下的水压图。
3．了解和掌握热网水力工况分析方法，验证热网水压图和水力工况的理论。
二、实验原理在室外热水管网中，水的流动状态主要在阻力广场区域。
流体压降与流量和阻抗之间的关系如下：流体压降与流量的关系?p?sv2?h?shv2平行管道流量分配关系V1:V2:V3？液压不平衡x？V变为V正常？1s1？P变压器：1S2？：1s3?h变?h正常?p正常式中?p――管网计算管段的压力降，pa；? H——管网计算管段水头损失，mh2o；3V——管网计算的管段水流量，M/h；s――管路计算管段的阻力数，pa/(m3/h)2；sh――管路计算管段的阻力数，mh2o/(m3/h)2；V——改变工况后每个用户的流量，m3/h；v正常―正常工况下各用户的流量m3/h；?p变?h变，―工况变化后各用户资用压力；?p正常?h正常，―正常工况下各用户的资用压力；三、实验设备和仪器1、测压玻璃管2、阀门3、管网（以细水管代替暖气片）4、锅炉（模型）5、循环水泵6、补给水箱7、稳压罐8、膨胀水箱9、转子流量计图1热网水力工况试验台示意图1四、实验步骤1。
运行初始调整先打开系统中的手动放气阀，然后启动水泵。
待系统充满水，膨胀水箱水位到达所需的定压高度后，关闭阀门l，保持水箱水位稳定。
调节供水干管和各支管（代表用户）的阀门，使各节点之间有适当的压差，待系统稳定后记录各点的压力和流量，并依此绘制正常工况水压图。
2．节流总阀门慢慢关闭主供应管上的主阀a。
系统稳定后，记录新工况下各点的压力和水流量，绘制新的水压图，并与正常水压图进行比较。
3.节流给水干管中间阀将总阀a恢复原状，使水压图变回正常工况，不一定强求与原来的正常水压图完全吻合，待系统稳定后，记录下各点的压力和水流量。
慢慢关闭中间阀C。
水力学-第六章管道
Z1
p1
g
1V12
2g
Z2
p2
g
2V22
2g
hw
hj
(Z1
Z
2
)
(
p1
g
p2 ) (2V12 g 2g
1V22 )
2g
列X方向的动量方程式
p1 A2 p2 A2 gA2L cos Q(V2 V1)
化简整理得：
( z1
p1
g
)
(z2
p2
g
)
v2 g
(v2
v1 )
若v2
0
则 (z1
第6章 有压管流
供水管道破裂
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 v2 短管: hj 和 2g 与 hf 相比不能忽略，
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。
(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
Q vA c A 2gH
c
1
l d
在水流的局部负压区边界上设置通气孔，使与大气相连 可以有效地降低负压值并改善水流的流态。在我国的水工建 筑中，高压闸门后一般埋设有通气孔。对压力管道的收缩段、 转弯段以及其他可能产生负压的局部区域原则上均可埋没通 气孔，并宜埋设在负压区的略偏上游之处。若负压区随水流条 件作上下移动．则通气孔可埋设多处。
p1
g
)
(
z2
供热工程-第六章集中供热系统
应用: 常用于一般的住宅或公用 建筑中。
2.1.3热水供应热用户与热水网路的连接方式
采用间接连接,需要在建筑物用户入口处或热力 站内设置表面式水-水换热器和循环水泵等设备,造 价高。但热源的补水率大大减少,同时热网的压力工 况和流量工况不受用户的影响,便于热网运行管理。
2.1.2通风系统热用户与热水网路的连接方式
通风系统热用户与热网的连接 由于通风系统中加热空气的设备能承受较高
1 概述
(3)其它热源供热系统 除了上述介绍的热电厂与区域锅炉房集中供热系统外，
还可以利用工业余热、核能和地热等能源形式作为系统的 热源，以节约在供热系统中对一次能源的消耗。
1）工业余热
工业余热是指工业生产过程的产品和排放物料所含的 热或设备的散热。
2）核能供热系统
核能是指核裂变产生的能量，以这种能量为热源的城 市集中供热称为核能供热。
（供暖用户要求的压力一般为1～2mH2O）。
2.1.1供暖热用户与热水网路的连接方式
（1）直接连接 直接连接是用户系统直接连接于热水网路上。
2）装有水喷射泵的直连(图3b)
a. 喷射泵的工作原理: 热网的高温高压水在喷射泵 的喷嘴处造成负压,在引水室中抽引系统回水,使外网 的高温供水与系统的低温回水在喷射泵的混合室中混 合成中间温度的用户供水。
按热源形式的不同，可分为以下种类： (1)区域锅炉房供热系统 1）区域热水锅炉房供热系统，其组成如图1所示。
水力学教程第6章
第六章明渠恒定均匀流人工渠道、天然河道以及未充满水流的管道等统称为明渠。
明渠流(OpenChannel Flow) 是一种具有自由表面的流动，自由表面上各点受当地大气压的作用，其相对压强为零，所以又称为无压流动。
与有压管流不同，重力是明渠流的主要动力，而压力是有压管流的主要动力。
明渠水流根据其水力要素是否随时间变化分为恒定流和非恒定流动。
明渠恒定流动又根据流线是否为平行直线分为均匀流和非均匀流。
明渠流动与有压管流的一个很大区别是：明渠流的自由表面会随着不同的水流条件和渠身条件而变动，形成各种流动状态和水面形态，在实际问题中，很难形成明渠均匀流。
但是，在实际应用中，如在铁路、公路、给排水和水利工程的沟渠中，其排水或输水能力的计算，常按明渠均匀流处理。
此外，明渠均匀流理论对于进一步研究明渠非均匀流也具有重要意义。
§6-1 概述1．明渠的分类由于过水断面形状、尺寸与底坡的变化对明渠水流运动有重要影响，因此在水力学中把明渠分为以下类型。
(1) 棱柱形渠道和非棱柱形渠道凡是断面形状及尺寸沿程不变的长直渠道，称为棱柱形渠道，否则为非棱柱形渠道。
前者的过水断面面积A仅随水深h变化，即A=f(h);后者的过水断面面积不仅随水深变化，而且还随着各断面的沿程位置而变化，即A=f(h, s) , s为过水断面距其起始断面的距离。
(2) 顺坡(正坡) 、平坡和逆坡(负坡)渠道明渠渠底线(即渠底与纵剖面的交线)上单位长度的渠底高程差，称为明渠的底坡(Bottom slope)，用i表示，如图6-1a，1-1和2-2两断面间，渠底线长度为A s,该两断面间渠底高程差为(a i-a2)= △ a,渠底线与水平线的夹角为B ,则底坡i 为。
(6-1-1)在水力学中，规定渠底高程顺水流下降的底坡为正，因此，以导数形式表示 时应为i=si n所以，在上述情况下，两断面间的距离△ s 可用水平距离△ l 代替，并且，过 水断面可以看作铅垂平面，水深 h 也可沿铅垂线方向量取。
《供热工程》分章节习题集
《供热工程》习题集第1章供暖系统的设计热负荷1．什么是采暖设计热负荷?工程计算中通常考虑哪些热量？2．什么是围护结构的传热耗热量? 分为哪两部分？3．匀质材料和非匀质材料的围护结构传热系数各怎样计算？4．什么是围护结构的最小热阻和经济热阻？怎样检验围护结构内表面温度和围护结构内表面是否会结露?5．冷风渗透耗热量与冷风侵入耗热量是一回事吗？6．写出房间围护结构基本耗热量的计算公式.说明各项的意义,在什么情况下对供暖室内外计算温差要进行修正? 如何确定温差修正系数？7．为什么要对基本耗热量进行修正，修正部分包括哪些内容，各自的意义如何。
8．高层建筑的热负荷计算有何特点? 说明高层建筑冷风渗透耗热量的计算方法与低层建筑的有什么不同?分别说明热压作用,风压作用及综合作用原理图.9．什么是值班供暖温度?10．目前我国室外供暖计算温度确定的依据是什么？11。
围护结构中空气间层的作用是什么，如何确定厚度。
12。
地面及地下室的传热系数如何确定。
13。
分户计量供暖系统供暖设计热负荷有何特点，如何计算14. 建筑物围护结构节能设计应考虑哪些问题，为什么。
15。
什么是建筑物的体形系数，如何考虑体形系数的取值。
16 ．试计算某建筑物一个房间的热负荷,见图3 。
已知条件：建筑物位于天津市区; 室温要求维持16o C ;建筑物构造：外墙为370mm 砖墙(内抹灰20mm ）；地面—水泥（不保温）；外门、窗- 单层玻璃,木制；屋顶- 带有望板和油毡的瓦屋面,其天花板的构造如图4 所示。
1- 防腐锯末,δ =0.18m λ = 0.11kcal/（m · h ·o C) ；2—木龙骨0。
05 × 0.05m ,λ =0.15 kcal/(m · h ·o C) ；3—板条抹灰δ =0。
02m λ = 0。
45kcal/(m · h ·o C）。
图3图4第2章供暖系统的散热设备1.散热设备有哪几种类型；辐射供暖的特点与分类.2. 散热器有哪些类型,对散热器的基本要求是什么。
水力学第六章
15 2 .1 5 h s 7 .0 1 0 .0 3 3 .6 0 5 .7 m 0 .5 2 9 .8
说明：超过这个高度,最大真空度就要超过允许值, 水流的连续条件就受到破坏。
（二） 离心水泵管路系统 由吸水管和压水管组成。取水点到水泵进口断 面2-2之间的管路称为吸水管；水泵出口断面33到水塔之间的管路称为压水管。水泵工作时， 必须在它的进口处形成一定真空，水池的水在 大气压力作用下流向吸水管，流经水泵时从水 泵获得新的能量，然后沿压力水管流入水塔。
z
水 吸水管 压水管
4
水塔
4
2 泵
3 O
1 hs
蓄水池
2
3
1
(1)确定水泵安装高度hs
4
水塔
4
压水管
z
水 吸水管
2
泵
3 O
O
1
h
s
蓄水池
2
3
1
选取水池水面为基准面,列1-1断面和2-2断面的能量方程
0 0 0 hs p2
v
2
2g
hw
1 2
l v hv hs d 2g p2
复杂管路：指由两根或两根以上不同特性的管路 组成的管系。
§6-2
短管的水力计算
短管的水力计算可分为自由出流与淹没出流。 如果管路出口水流直接流入大气，这种管流称 为自由出流。
以通过管路出口断面中心线的水平面为基准面。选 取上游水池的渐变流断面为1-1断面，管路出口断 面为2-2断面。
H 0
0v0
5 . 6 ( m)
(2)计算水泵扬程H
《水力计算手册》
《水力计算手册》水力计算手册第一章：引言1.1 背景介绍水力计算是水利工程领域中的重要内容，它是设计、建设和维护水利设施的基础。
水力计算手册是为了系统地介绍水力计算的基本原理、方法和应用而编写的。
本手册旨在帮助工程师和技术人员更好地理解和应用水力学知识，提高水力计算的准确性和可靠性。
1.2 基本概念本章将介绍水力计算手册中常用的基本概念，包括水力学、水流特性和水力计算的定义和分类。
第二章：水力学基础2.1 流体力学基础本节将介绍流体力学的基本概念和方程，包括流体静力学和流体动力学的基本原理和公式。
2.2 流体流动特性本节将介绍流体在不同条件下的流动特性，包括稳恒流动和非稳恒流动的特点和计算方法。
2.3 流量计算本节将介绍水力计算中常用的流量计算方法，包括流速计算、流量测量和河流横截面面积计算等。
第三章：水力计算方法3.1 水力元件计算方法本节将介绍水力计算中常用的水力元件计算方法，包括管道流动、水泵和水轮机的计算方法。
3.2 液压计算方法本节将介绍液压计算中的基本原理和方法，包括压力计算、流速计算和水力损失计算等。
3.3 水力模型计算方法本节将介绍水力模型计算中的基本原理和方法，包括模型试验的设计和数据处理等。
第四章：水力计算实例4.1 管道网络计算实例本节将给出管道网络计算的实例，包括水流速度计算、管道阻力计算和管道压力计算等。
4.2 水泵计算实例本节将给出水泵计算的实例，包括水泵性能曲线计算和水泵选型等。
4.3 水轮机计算实例本节将给出水轮机计算的实例，包括水轮机效率计算、水轮机功率计算和水轮机设计等。
第五章：水力计算应用5.1 水利工程设计本节将介绍水力计算在水利工程设计中的应用，包括渠道设计、堤坝设计和船闸设计等。
5.2 水资源管理本节将介绍水力计算在水资源管理中的应用，包括河流流量调控、水库调度和灌溉规划等。
5.3 水环境保护本节将介绍水力计算在水环境保护中的应用，包括水污染控制、水质保护和水生态修复等。
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第六章
北京建筑工程学院2008
教材第9章
1
北京建筑工程学院
2
第六章 热水供热系统水力工况分析
掌握水力工况基本概念与计算； 分析水力工况变化规律及对水力失调影响； 探讨提高热网水力稳定性措施。
教材第9章
北京建筑工程学院
3
第一节 基本概念与计算原理
ΔP S总′
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24
二、 水力工况计算类型
3、已知: 各用户流量及压降 求：关闭某一个用户后流量。（如3）
二、 水力工况计算类型
解： 1、求各用户、
各干管程学院
25
北京建筑工程学院
26
二、 水力工况计算类型
各干管管段
北京建筑工程学院
27
北京建筑工程学院
Δ Py
=
Δ Pw + Δ Py
1 1 + Δ Pw
Δ Py
∆Pw=0，y=1：X=1 ，最稳定； ∆Pw=∞，y=0：X=∞ ，稳定性最差；
á相对减小网路干管压降，或相对增大用户系统压 降。
á水力计算Rmin取值：网路干管小，用户系统大。
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34
思考题
室内外管网经济比摩阻取值范围不同，为 什么？
V = ∑Vi
ΔP = SV 2
S
=
ΔP V2
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23
2、已知:各用户流量100m3/h及压降 求：关闭某些用户（2，3）后流量
关键: 关闭用户2，3后S及流量
Δ P1 = S 1V1 2 → S 1 Δ PΙ = S ΙV 2 → S Ι S总′ = S1 + SΙ
V 总′ = V1′ =
② 各分支管段流量随总流量变化比例而变化。
③ 并联管段中任一管段阻力数变化时，总阻力数随 之变化，网路总流量在各分支管段中的分配比例 也发生变化。
④ 当网路总阻力数变化时，网路的总流量和总阻力 也要变化，即循环水泵的流量和扬程随之变化。
Δp = sV 2
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8
3、供热管网流量分配规律 1）导出：
不一致失调：有的X>1，有的X<1
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5
第一节 基本概念与计算原理
二、计算原理：
Δ p = R (l + l d ) = sV 2
1、阻力数S ：
意义：管网通过1m3/h水流量时的压降。 单位：Pa/(m3/h)2或mH2O/ (m3/h)2 影响因素：管网固有属性，
只与S=f( d, k, L ,Ld )有关， 与流量压力状况等无关。
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6
Δpch = Δp1 + Δp2 + Δp3 Δpb = Δp1 = Δp2 = Δp3
S ch
= s1 + s2 + s3
1 =1+1+1
Sb
s1
s2
s3
Vb :V1 :V2 :V3 =
1 :
Sb
1 :
s1
1 :
s2
1 s3
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7
2、并联管段流量分配规律：p
① 各分支管段阻力数不变时，网路总流量在各分支 管段中分配比例不变。
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12
第二节 水力工况分析与计算
水力工况变化规律 水力工况计算类型
第二节 水力工况分析与计算
一、水力工况分析：
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13
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14
一、 水力工况分析
1、循环水泵出口阀门关小：
总S增大，总V减小，扬程略增加； 各热用户：流量等比一致失调，X<1 ；
作用压差等比减小 。∆P=SV2
不等比 减少
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等比 增加
18
一、 水力工况分析
5、用户回水管上设加压泵： 增加一个阻力系数为负值的管段 总S减小，总V增大, 3增加，其它用户不等比一致失调。
不等比 减少
等比 减少
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19
一、 水力工况分析
6、热水网路未进行初调节：
近处各用户：实际阻力小于设计值。 近热远冷水平热力失调。 网路：总S小于设计值，总V增加。
水力工况 水力失调 计算原理
供热系统中 流量、压力
分布状况
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4
第一节 基本概念与计算原理
一、水力失调：
各热用户实际流量与要求流量间的不一致性
水力失调度：
x = Vs Vg
实际流量 = 规定流量
类型：一致失调：X都>1，或X都<1 等比失调：X都相等； 不等比失调：X不相等；
网路阻力数的单位和物理意义？
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35
作业
已知:各用户流量200m3/h及压降。 求：在以下工况下，用户流量、作用压差、
水力失调度各为多少？ 1、关闭用户2、3、4 2、关闭后用户1、2、3 3、关闭用户1 4、关闭用户1、2， 5、关闭用户3
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作业
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10
3、供热管网流量分配规律：p
任意用户相对流量
Vm
= Vm V
=
S1−n ⋅ S 2−n ⋅ S 3−n " S m−n S m ⋅ S II −n ⋅ S III −n " S M −n
任意两个用户相对流量比
Vm = V7 = Vd V4
S5−n ⋅ S6−n ⋅ S7−n ⋅ S4 SV −n ⋅ SVI −n ⋅ SVII −n ⋅ S7
网路中各用户在其它热用户流量改变时保持本身流 量不变的能力。
二、水力稳定性系数：
热用户规定流量/工况变动后可能达到的最大流量
y = Vg = 1 =
V max
x max
Δ Py Δ Pw + Δ Py
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33
第三节 热水网路水力稳定性
三、提高热水网路稳定性主要方法： 0~1
y = Vg = V max
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11
3、供热管网流量分配规律：p
2）结论
① 各用户相对流量比仅取决于网路各管段和用户阻 力数，与网路流量无关。
② 第d个用户与第m个用户（m>d）之间的流量 比，仅取决于用户d和用户d之后（按水流方向） 各管段和用户的阻力数，与用户d以前各管段和 用户阻力数无关。
③ 供热系统任一区段阻力特性发生变化，则位于该 管段之后各管段流量成一致等比失调。
一、 水力工况分析
2、供水或回水干管上阀门关小 不一致失调
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一、 水力工况分析
3、用户阀门关小或开大： 不等比一致失调
不等比 增加
等比 增加
不等比 减少
等比 减少
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一、 水力工况分析
4、干管泄漏： 各用户：不等比一致失调； 回水干管E 上游：V增大； 下游：V减少。
X>1
X<1
不一致失调
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关小
等比减少 X<1
等比一致失调
关小
不等比 增加
等比 减少
不一致失调
不等比 等比
增加
减少
关小
不一致失调
不等比 增加 等比
增加
不等比 等比
减少
减少
不等比一致失调
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不等比 减少
等比 增加
不等比一致失调
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二、 水力工况计算类型
1、已知:各用户流量100m3/h及压降 求：热网总阻力数S 解：
ΔPAA = S1V12 = S1−nV 2 = (SII + S2−n )(V −V1)2
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3、供热管网流量分配规律：p
根据：
ΔPAA = S1−nV 2 = SII-n (V − V1 )2
ΔPBB = S2V22 = S2−n (V −V1)2
推出：
V2
= V2 V
=
S 1− n ⋅ S 2− n S 2 ⋅ S II − n
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Vb : V1 : V2 : V3 =
1 :1:1 :1
Sb
s1
s2
s3
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方法2
关闭某一个用户后，任意用户作用压差: ΔPi = SiVi2
用户压降 = 用户阻力数× (用户流量)2
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第三节 热水网路水力稳定性
一、水力稳定性：