水力学8.3短,长管的水力计算
有压管流是管道被液体充满，无自 由表面,断面上各点的压强一般大于 大气压强.在管路计算中,按管路的 结构常分为简单管和复杂管.简单管 又可分为长管和短管
本章主要任பைடு நூலகம்:
介绍短管和长管的水力计算
8.3 短管,长管的水力计算
短管:指局部水头损失与流速水头之和所 v 2 占的比重较大,即 (h j 2 g ) 5%h f ,计算中不 能忽略.
8.3.2虹吸管的水力计算(P112) 虹吸管:凡部分管道轴线高于上游液面(或供水 自由水面)的管道都叫虹吸管. 虹吸管的计算主要是确定最大允许安装高度及 通过的流量. 8.3.3水泵吸水管的计算(P113) 水泵吸水管的计算主要是确定水泵的最大允许 安装高度及管径.
8.3.4长管的水力计算(P113) 长管分为简单管和复杂管.
H pa
2 0v0
2g
0
2 0v0
pa
v 2
2g
hw
令 则
H0 H 2g v 2 H0 hw 2g
表明:在自由出流的条件下,作用水头一部分消耗在 沿程水头损失和局部水头损失中,其余的将转化为出 口的动能.
8.3.1 短管的水力计算 8.3.1.1 自由出流
l v2 由于 hw h f h j ( d ) 2 g v 2 l v2 于是 H 0 hw ( ) 2g d 2g
取 1.0 ,则 式中
v
1 l 1 d
1 l 1 d
2 gH0 2 gH0
简单管:凡是管径沿程不变、流量也不变的管路。 简单管路的计算是一切复杂管路计算的基础.
这里只介绍简单管路的计算（P114）
H pa
2 0v0
2g
0
pa
2 v2
2g
hw
令 H 0 H 2 g 因下游水池面积较大,v2≈0 则 H0 hw 表明:在淹没出流的情况下,管路的作用水头完全用 于克服沿程水头损失和局部水头损失.
2 0v0
8.3.1 短管的水力计算 8.3.1.2 淹没出流 由于 于是 则
(8.11)
称为管道的流量系数 Q vA 2gH0
(8.12) (8.13)
若v0≈0,则H0≈H,于是 Q vA 2gH
8.3.1 短管的水力计算 8.3.1.2 淹没出流 如图,管道出口在下游液面以下则液流为淹没 出流.以下游液面0-0为基准面,写出1-1,2-2断面 的能量方程。
如:虹吸管,倒虹吸管以及抽水机的吸水管.
长管:
指局部水头损失与流速水头之和所 v 2 占的比重较小,即 (h j ) 5%h f ,计算中可 2g 以忽略.
短管,长管的水力计算的基本依据是连续性方程 和能量方程.
如给水工程中的给水管.
8.3.1 短管的水力计算 8.3.1.1 自由出流 如图,水流自水池经管道流入大气,直径不变,以 过出口管轴的平面0-0为基准面,写出1-1,2-2断 面的能量方程。
(8.16)
若v0≈0,则H0≈H,于是 Q vA c 2gH
8.3.1 短管的水力计算 8.3.1.2 淹没出流 淹没出流的流量系数与自由出流的流量系数虽 有不同,但数值相等. 因为自由出流时,出口有流速水头而无水头损 失,而淹没出流时,出口无流速水头,但有局部水 头损失,其系数为 1 .
l v2 hw h f h j ( ) d 2g l v2 H 0 hw ( ) d 2g
v 1
式中
c
1 l d
l d
2 gH0 c 2 gH0
(8.14)
称为淹没出流的流量系数 (8.15) Q vA c 2gH0
水力计算书
水力计算书水力学是研究液体流动规律、动力学和能量转换的学科，而水力计算是水力学研究的基础。
在水资源利用、水电站工程、城市供水、排水等领域，水力计算都发挥着重要的作用。
本文将从水力学基本公式、计算方法和应用实例等方面，探讨水力计算的相关内容。
1.水力学基本公式在水力计算中，最基础的是水力学的基本公式。
经典的水力学基本公式包括质量守恒方程、动量守恒方程和能量守恒方程。
其中，质量守恒方程描述了物质在流动过程中的守恒特性，即入口质量等于出口质量。
动量守恒方程描述了流体动量在流动过程中的守恒特性，即入口动量等于出口动量。
能量守恒方程描述了能量在流动过程中的守恒特性，即入口能量等于出口能量。
这些基本公式为水力计算提供了理论基础，也为数值模拟和实验验证提供了准确的标准。
2.水力计算方法在实际工程中，我们需要根据具体情况，采用不同的水力计算方法。
常用的水力计算方法有试算法、推导法、模拟法和实验法等。
试算法是根据已有的数值或经验关系，结合基本公式，进行计算预测。
推导法是根据基本公式，根据物理图像和数学模型推导解析解。
模拟法是通过计算机数值模拟，模拟真实的流动过程，得到结果。
实验法是通过实验室模型或原型进行实验，得到流体力学参数。
这些方法有各自的优缺点和适用范围，选择合适的方法，能够提高水力计算的准确度和可靠性。
3.应用实例水力计算广泛应用于水力工程和城市供水、排水等领域。
以水电站工程为例，水力计算是水轮机型式选择、水头、流量和发电量等的计算基础。
在多级水电站的设计中，需要进行水头和水量的分配和调整，保证水轮机在不同负荷下的最大效率和整个电站的最大效益。
在城市供水领域，水力计算可用于预测城市供水管网的水压和流量变化，指导供水压力的调节和管网的规划建设。
在城市排水领域，水力计算可用于评估城市排水系统的水流速度和压力，指导排水管网的建设和排水管理。
综上所述，水力计算是水力学研究和应用的重要部分。
水力学基本公式、计算方法和应用实例，为水力计算提供了理论依据和实践指导，促进了水力学理论的发展和水力工程的进步。
流体力学 水力学 第五章
7 H [H0 ] 9m 0.75
§5.3 有压管道恒定流 5.3.1 短管水力计算（Q、d、H） 有压流：水沿管道满管流动的水力现象。 特点：水流充满管道过水断面，管道内不存在自 由水面，管壁上各点承受的压强一般不等于大 气压强。
短管：局部水头损失和 速度水头在总水头损失 中占有相当的比重，计 算时不能忽略的管道. （一般局部损失和速度 水头大于沿程损失 的5% ~ 10%）。一般L/d 1000
1 vc c 0
v
2 0 0
2 gH 0 2 gH 0
v hw h j 2g p c pa
2 c
1 1 流速系数： c 0 1 0
1 1 流速系数： c 0 1 0
实验得： 0.97 ~ 0.98 1 推求： 0 2 1 1 0.06 2 0.97 1
2
d2
5.126m 2g
例5 3：如图所示圆形有压涵管，管长50m, 上下游水位差3m 沿程阻力系数为0.03，局部阻力系数：进口 1＝0.5。 第一个转弯 2＝0.71，第二个转弯 3＝0.65，出口
4＝1.0，要求涵管通过流量大约3m 3 / s, 试设计管径d。
2 1 1
2g
v
v
2 2 2
2 2 2
2g
hw
2g
hw
H0 H
v
2 1 1
2g
v
2 2 2
2g
hw
hw h f h j (
l v
v d 2g 2g
2
2
l
v ) d 2g
(完整版)水流量计算公式
水力学教学辅导第五章 有压管道恒定流【教学基本要求】1、了解有压管流的基本特点，掌握管流分为长管流动和短管流动的条件。
2、掌握简单管道的水力计算和测压管水头线、总水头线的绘制，并能确定管道内的压强分布。
3、了解复杂管道的特点和计算方法。
【内容提要和学习指导】前面几章我们讨论了液体运动的基本理论，从这一章开始将进入工程水力学部分，就是运用水力学的基本方程（恒定总流的连续性方程、能量方程和动量方程）和水头损失的计算公式，来解决实际工程中的水力学问题。
本章理论部分内容不多，主要掌握方程的简化和解题的方法，重点掌握简单管道的水力计算。
有压管流水力计算的主要任务是：确定管路中通过的流量Q ；设计管道通过的流量Q 所需的作用水头H 和管径d ；通过绘制沿管线的测压管水头线，确定压强p 沿管线的分布。
5.1 有压管道流动的基本概念（1） 简单管道和复杂管道根据管道的组成情况我们把它分为简单管道和复杂管道。
直径单一没有分支而且糙率不变的管道称为简单管道；复杂管道是指由两根以上管道组成管道系统。
复杂管道又可以分为串联管道、并联管道、分叉管道、沿程泄流管和管网。
（2） 短管和长管在有压管道水力计算中，为了简化计算，常将压力管道分为短管和长管：短管是指管路中水流的流速水头和局部水头损失都不能忽略不计的管道；长管是指流速水头与局部水头损失之和远小于沿程水头损失，在计算中可以忽略的管道为，一般认为（ ）＜（5~10）h f %可以按长管计算。
需要注意的是：长管和长管不是完全按管道的长短来区分的。
将有压管道按长管计算，可以简化计算过程。
但在不能判断流速水头与局部水头损失之和远小于沿程水头损失之前，按短管计算不会产生较大的误差。
5.2简单管道短管的水力计算（1）短管自由出流计算公式（5—1）式中：H 0是作用总水头，当行近流速较小时，可以近似取H 0 = H 。
μ称为短管自由出流的流量系数。
j h g v ∑+2202gH A c Q μ=μ=1（5—2）（2）短管淹没出流计算公式（5—3） 式中：z 为上下游水位差，μc 为短管淹没出流的流量系数（5—4） 请特别注意：短管自由出流和淹没出流的计算关键在于正确计算流量系数。
管路水力计算(最新)
一、管路水力计算的基本原理1、一般管段中水的质量流量G，kg/h，为已知。
根据G查询热水采暖系统管道水力计算表，查表确定比摩阻R后，该管段的沿程压力损失P y=Rl就可以确定出来。
局部压力损失按下式计算（1）Σξ--------表示管段的局部阻力系数之和，查表可知。
可求得各个管段的总压力损失（2）2、也可利用当量阻力法求总压力损失：当量阻力法是在实际工程中的一种简化计算方法。
基本原理是将管段的沿程损失折合为局部损失来计算，即（3）（4）式中ξd ——当量局部阻力系数。
计算管段的总压力损失ΔP可写成（5）令ξzh = ξd +Σξ式中ξzh|——管段的这算阻力系数（6）又(7)则（8）设管段的总压力损失（9）各种不同管径的A值和λ/d值及ξzh可查表。
根据公式（9）编制水力计算表。
3、当量长度法当量长度法是将局部损失折算成沿程损失来计算的一种简化计算方法，也就是假设某一管段的局部压力损失恰好等于长度为l d的某段管段的沿程损失，即（10）式中l d为管段中局部阻力的当量长度，m。
管段的总压力损失ΔP可写成ΔP = P y+ P j = Rl + Rl d = Rl z h （11）式中l z h为管段的折算长度，m。
当量长度法一般多用于室外供热管路的水力计算上。
二、热水采暖系统水力计算的方法1、热水采暖系统水力计算的任务a、已知各管段的流量和循环作用压力，确定各管段管径。
常用于工程设计。
b、已知各管段的流量和管径，确定系统所需的循环作用压力。
常用于校核计算。
c、已知各管段管径和该管段的允许压降，确定该管段的流量。
常用于校核计算。
2、等温降法水力计算方法2-1 最不利环路计算（1）最不利环路的选择确定采暖系统是由各循环环路所组成的，所谓最不利环路，就是允许平均比摩阻最小的一个环路。
可通过分析比较确定，对于机械循环异程式系统，最不利环路一般就是环路总长度最长的一个环路。
（2）根据已知温降，计算各管段流量式中Q——各计算管段的热负荷，W;t g——系统的设计供水温度，℃;t g——系统的设计回水温度，℃。
水力学计算
最大埋深干燥土7-8m，多水砂地区，5m。应该尽量减少埋 深。
最小覆土厚度, 防止污水冰冻和土壤冰冻破坏管道, 防止车辆 动荷载压坏管道, 满足支管衔接. 无保温的生活污水或工业废
水, 管底在冰冻线下. 荷载方面，在车行道下, >0.7m; 人行道
>0.6m. 返回
5. 管段的衔接
5. 管段的衔接
D h
4.管渠水力设计参数
最大设计充满度
Water Pollution Control Engineering
雨水管道和合流管道应按满流计算
4.管渠水力设计参数
(2on Control Engineering
排水管渠的最小设计流速，应符合下列规定：
1. 污水管道在设计充满度下为0.6 m/s； 2. 雨水管道和合流管道在满流时为0.75 m/s； 3. 明渠为0.4m/s。
6. 管段水力计算
Water Pollution Control Engineering
比较D=350mm和D=400mm，D=350mm更合适，如果
采用400, 则由设计坡度减小引起的管道埋深的减小为
240m×0.0001=0.024m，而管道管径与350相比却增加
0.05m；此外管道容积未充分利用，h/D由0.65降为0.53； 除非流量突然剧烈增加，否则一般不跳级增加管道管 径。
求流速和充满度。需要注意当交点不是正好在线
上需要估计数值。
例题2-3，n=0.014，D=300，Q=38L/s，v=1.0m/s，
查图得到h/D=0.55, i=0.0055。
例题2-2
例题2-3
Water Pollution Control Engineering
水流量计算公式
水力学教学辅导第五章 有压管道恒定流【教学基本要求】1、了解有压管流的基本特点，掌握管流分为长管流动和短管流动的条件。
2、掌握简单管道的水力计算和测压管水头线、总水头线的绘制，并能确定管道内的压强分布。
3、了解复杂管道的特点和计算方法。
【内容提要和学习指导】前面几章我们讨论了液体运动的基本理论，从这一章开始将进入工程水力学部分，就是运用水力学的基本方程（恒定总流的连续性方程、能量方程和动量方程）和水头损失的计算公式，来解决实际工程中的水力学问题。
本章理论部分内容不多，主要掌握方程的简化和解题的方法，重点掌握简单管道的水力计算。
有压管流水力计算的主要任务是：确定管路中通过的流量Q ；设计管道通过的流量Q 所需的作用水头H 和管径d ；通过绘制沿管线的测压管水头线，确定压强p 沿管线的分布。
5.1 有压管道流动的基本概念（1） 简单管道和复杂管道根据管道的组成情况我们把它分为简单管道和复杂管道。
直径单一没有分支而且糙率不变的管道称为简单管道；复杂管道是指由两根以上管道组成管道系统。
复杂管道又可以分为串联管道、并联管道、分叉管道、沿程泄流管和管网。
（2） 短管和长管在有压管道水力计算中，为了简化计算，常将压力管道分为短管和长管：短管是指管路中水流的流速水头和局部水头损失都不能忽略不计的管道；长管是指流速水头与局部水头损失之和远小于沿程水头损失，在计算中可以忽略的管道为，一般认为（ ）＜（5~10）h f %可以按长管计算。
需要注意的是：长管和长管不是完全按管道的长短来区分的。
将有压管道按长管计算，可以简化计算过程。
但在不能判断流速水头与局部水头损失之和远小于沿程水头损失之前，按短管计算不会产生较大的误差。
5.2简单管道短管的水力计算（1）短管自由出流计算公式（5—1）式中：H 0是作用总水头，当行近流速较小时，可以近似取H 0 = H 。
μ称为短管自由出流的流量系数。
（5—2）j h g v ∑+2202gH A c Q μ=ζλμ∑++=d l 11（2）短管淹没出流计算公式（5—3） 式中：z 为上下游水位差，μc 为短管淹没出流的流量系数（5—4） 请特别注意：短管自由出流和淹没出流的计算关键在于正确计算流量系数。
压力管路的水力计算 全部
压力管路：在压差作用下，管内充满流体流动的管路，称为压力管路。
压力管路
从能量角度划分为
长管 短管
2
第5章 压力管路的水力计算
§5.1 管路特性曲线
管路特性曲线：一条管路上的水头 H 与流量 Q 之间的关系曲线。即H = f (Q)， 对特定的管路，其关系一定。
个方程，现只有一个，故不可解。
解法一：流态试算法
先设流态，选用、m，计算
Q 2m hf d 5m m L
，
计算Re，校核流态。如流态与所设流态一致，则Q为所求，
否则重新设流态计算。
11
第5章 压力管路的水力计算
② 水力光滑区
0.3164 Re0.25
0.3164
d 4Q
0.25
∴
hf
8 2g
z1 z2
p1 p2
，i
hf L
）
当p2已知，可求得 p1，选泵。
10
第5章 压力管路的水力计算
解法二：用管路特性曲线求Q 先假设几个流量Q1、Q2、……、Qm，按第一类问 题，计算hf1、hf2、 ……、hfm，绘成管路特性曲线， 再由已知hf查得Q。
第三类问题： 已知：L、管路布置（z1，z2）、流量Q， 求：设计最经济管径 d。
例如：管路上的总水头损失
hw
hf
hj
L d
v2 2g
L当 d
v2 2g
Q
v
4
d
2
v
4Q d 2
hw
L L当 d
v2 2g
流体力学-第五章-压力管路的水力计算
第五章压力管路的水力计算主要内容Q长管水力计算畑短管水力计算Q串并联管路和分支管路g孔口和管嘴出流基本概念：1、压力管路：在一左压差下，液流充满全管的流动管路。
（管路中的压强可以大于大气压, 也可以小于大气压）注:输送气体的管路都是压力管路。
2、分类:4按管路的结构特点，分为简单管路:等径无分支复杂管路：串联、并联、分支*按能量比例大小份为长管:和沿程水头损失相比,流速水头和局部水头损失可以忽略的流动管路。
短管：流速水头和局部水头损失不能忽略的流动管路*第一节管路的特性曲线一、定义:水头损失与流量的关系曲线称为管路的特性曲线。
二.特性曲线V 2 / V 2/?, =/2; +/r =：一 +几—— ，/ 2g dig其中，L = l^+lV=Q =^Q把 A ml 1 代入上式得:九=巧?=片*(岁]=^5-e 2=«e 2d 2g d 2g5「) g^Td(2)把上式绘成曲线得图。
第二节长管的水力计算一、简单长管1、立义:由许多管径相同的管子组成的长输管路，且沿程损失较大、局部损失较小，计算时 可忽略局部损失和流速水头。
2、计算公式:简单长管一般计算涉及公式M.=V 2A 2其中,B 、m 值如下流态Bm层流4」5 1 (a) 水力光滑0.02460・2 5(b)Z] +hf = A --------『D2g说明：有时为了讣算方便丿"的计算采用如下形式:⑷（5）（6混合摩擦 0.0 8 0 2A 0. 123 (c) 水力粗糙0. 0 8 2 6 X(d)• 公式(的推导:v = Q=^- 且 A TH I-所以(7)/ = ±L a. 层流时、Re 代入(7)式得：^=4.15^ = 4.15^ 7d 4严即：0 = 4 ・ 75/ m=l2 _ 0.3164b. 水力光滑区，一耐"代入(7 )式得：即：B= 0.0246, m=lc. 由大庆设计院推得经验公式，在混合区:= 0.0802 A 啓工即：0=0. 08 0 2 A, ;n=0・ 12 3A = 10® 2720.627民 其中,d.粗糙区即：0= 0. 0 826 X,m=03、简单长管的三类计算问题 (1)第一类：已知：输送流体的性质“，Y管道尺寸ch L. 4因为h f =0.0246 严0.25厶 Q °= ° 0246 K___ 1-0.25^0.25 £4.75地形毗流量Q求:加，4p,i⑵第二类:已知：U, Y 9 d, L f 4, A z, Ap求：Q解：Q未知一流态也未知一",m ,入无法确泄一试算法或绘图法A.试算法a、先假设一流态，取0,巾值，算出"5-mPv m Lb、 f A —Y 〜 B '・nT '校核流态如由Q， -Re'和假设一致，Q f即为所求Qc、如由一左出的流态和假设不一致，重复冬按第一类问题的讣算方法，选取足够多Q算出价值，然后绘制图形。
水流量计算公式
水力学教学辅导第五章 有压管道恒定流【教学基本要求】1、了解有压管流的基本特点，掌握管流分为长管流动和短管流动的条件。
2、掌握简单管道的水力计算和测压管水头线、总水头线的绘制，并能确定管道内的压强分布。
3、了解复杂管道的特点和计算方法。
【内容提要和学习指导】前面几章我们讨论了液体运动的基本理论，从这一章开始将进入工程水力学部分，就是运用水力学的基本方程（恒定总流的连续性方程、能量方程和动量方程）和水头损失的计算公式，来解决实际工程中的水力学问题。
本章理论部分内容不多，主要掌握方程的简化和解题的方法，重点掌握简单管道的水力计算。
有压管流水力计算的主要任务是：确定管路中通过的流量Q ；设计管道通过的流量Q 所需的作用水头H 和管径d ；通过绘制沿管线的测压管水头线，确定压强p 沿管线的分布。
5.1 有压管道流动的基本概念（1） 简单管道和复杂管道根据管道的组成情况我们把它分为简单管道和复杂管道。
直径单一没有分支而且糙率不变的管道称为简单管道；复杂管道是指由两根以上管道组成管道系统。
复杂管道又可以分为串联管道、并联管道、分叉管道、沿程泄流管和管网。
（2） 短管和长管在有压管道水力计算中，为了简化计算，常将压力管道分为短管和长管：短管是指管路中水流的流速水头和局部水头损失都不能忽略不计的管道；长管是指流速水头与局部水头损失之和远小于沿程水头损失，在计算中可以忽略的管道为，一般认为（ ）＜（5~10）h f %可以按长管计算。
需要注意的是：长管和长管不是完全按管道的长短来区分的。
将有压管道按长管计算，可以简化计算过程。
但在不能判断流速水头与局部水头损失之和远小于沿程水头损失之前，按短管计算不会产生较大的误差。
5.2简单管道短管的水力计算（1）短管自由出流计算公式（5—1）式中：H 0是作用总水头，当行近流速较小时，可以近似取H 0 = H 。
μ称为短管自由出流的流量系数。
（5—2）j h g v ∑+2202gH A c Q μ=ζλμ∑++=d l 11（2）短管淹没出流计算公式（5—3） 式中：z 为上下游水位差，μc 为短管淹没出流的流量系数（5—4） 请特别注意：短管自由出流和淹没出流的计算关键在于正确计算流量系数。
水力学计算公式
❖常用消能方式：底流消能、条流消能和面 流消能
❖水流衔接形式
当ht＜hc' '
当ht= hc' ' 当ht＞ hc' '
远驱水跃 临界水跃 淹没水跃
第三十三页，共36页。
水力学重点及难点
❖底流消能降低护坦消力池设计 (1)消力池深d (2)消力池长度的计算 (由于消力池末端
池壁的作用,消力池中水跃长度比自由水 跃Lj短) Lk=(0.7~0.8)Lj
第十三页，共36页。
水力学重点及难点
② 能量方程应用注意事项: 选择统一基准面便于计算、选计算断面、 选典型点计算测压管水（压强计算采用统 一标准）
能量方程应用：
孔口恒定出流 、 毕托管、文丘里 流量计 、管嘴出流
第十四页，共36页。
能量方程图示
掌握总头线、测压管水头线、水力坡度的 概念及水头线的绘制。
第十七页，共36页。
Chapter 4 水力学重点及难点
❖ 液体的两种流态和判别 雷诺实验 层流 —液体质点互相不混掺的层 状流动。 紊流 —存在涡体质点互相混掺的 流动。
❖ 流态的判别：雷诺数Re
Re＜Rek 层流 ；Re＞Rek 紊流
雷诺数是重要的无量纲数，它的物理意义 表示惯性力与粘滞力的比值。
表示土壤渗透能力的大小 适用范围：恒定均匀层流渗流
第三十五页，共36页。
水力学重点及难点
❖ 恒定无压渐变渗流基本公式 —杜比公式
v k dH ds
dH J
ds
式中：H—测压管水头，（或称为水面高 程）， J—渗透坡降。（对于渐变渗流，同 一过水断面上的渗透坡降可以认为是常数， 因此同一渗流断面上各点的流速为定值。）