多孔出流管水力特性研究
水利工程中的水力特性分析
水利工程中的水力特性分析水利工程是利用水资源进行管理和开发的工程，而水力特性分析是水利工程设计和运营中非常重要的一项工作。
水力特性分析主要研究水在水利工程中的流动特性、水力行为及其对工程的影响。
本文将探讨水力特性分析在水利工程中的应用，以及相关的理论和方法。
水力特性分析涉及到许多重要的概念和原理，其中最基本的是流态分类。
根据流态的不同，水流可以分为层流和紊流。
层流是指流速较低、流线平行且变化平缓的流动方式，而紊流则是流速较高、流线交错且变化剧烈的流动方式。
了解水流的流态有助于我们更好地预测水力行为，进行工程设计和管理。
在水力特性分析中，流速是一个重要的参数。
流速的大小取决于多个因素，包括地形、水流的压力差和阻力等。
流速的测量可以通过不同的方法来实现，例如使用浮标法、激光测距仪或流速计等。
通过测量流速，我们可以获得水在水利工程中的运动速度，从而帮助我们评估和优化工程的设计。
除了流速之外，流量也是水力特性分析中的关键参数。
流量是单位时间内通过某一横截面的水量。
正确计算和估算流量对于确保水利工程的正常运行至关重要。
我们可以使用流速和横截面积的乘积来计算流量。
对于复杂的水利工程，我们可能需要考虑非均匀流速和非均匀横截面积的情况，这时候我们可以使用积分的方法来进行计算。
水力特性分析不仅仅涉及流速和流量，还包括了水流的水压、水位和水力力学等方面的分析。
水压是水流对单位面积内物体施加的压力。
水位是水面的高度，可以用来评估水流的深度和变化情况。
水力力学是研究水流行为与水利工程设计和运营相关的一门学科。
通过分析水压、水位和水力力学等参数，我们可以更好地了解水流的特性和行为，从而优化工程设计。
在实际的水利工程中，水力特性分析可以帮助工程师和管理人员解决许多问题。
例如，在发电站设计中，水力特性分析可以帮助确定水轮机的适应性和发电效率。
在水闸设计和运营中，水力特性分析可以帮助确定闸门的尺寸和操作方式，以实现精确的水位控制。
循环水泵房进水流道水力特性试验及研究
文章 编 号 ：６ ２０ １ （０ ６ ０－０ ００ １７ －２０ ２ ０ ）２０ １－４
循 环 水泵 房进 水 流 道 水 力特 性 试 验 及 研 究
李 书 恒 王 念 慎 郑 大琼 ， ，
（ ． 京 ＿ 业 大 学 ， 京 １ ０ ４ ； ． 国水 利 水 电科 学 研 究院 ， 京 １ Ｏ ３ ） １北 Ｔ － 北 ００ ４ ２ 中 北 Ｏ Ｏ８ 摘 要 ： 克托 电 厂 二 期 工 程 循 环 水 泵 房 ， 受场 地 限 制 ， 计 了 两 种 不 同 的 流 道 型 式 ， 中 ３号 机 进 水 前 池 的 底 托 因 设 其
维普资讯
总第 ９ ７期 ２０ ０ ６年 ６月 第 ２期
电 站 辅
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Ｖｏ１ ７ ．９
Ｐｏ ｒＳｔ ｔｏ ｕ ｉｉ ｒ ｗｅ ａ ｉ ｎ Ａ ｘ ｌａ ｙ Ｅｑｕ ｐｍ ｅ ｉ ｎｔ
பைடு நூலகம்
Ｊ ｎ ． ０ ６ Ｎｏ ２ ｕ ｅ２ ０ ， ．
ｒ ｑｕｉｅ ｓ ｌ ｅ ｏｔ ｔ ｅ ｅ ｔ ａ １：４ ｅ ｒ ｓ ｂａ ｅ ｓｏｐ ｎ ｓ ｅ ｐ ｒ ｈ ｎ ．Ｄｕｒｎ ｍ ｏｄ ｌ ｅ ｔ ｏｎ ｗｏ ｉｇ ｅ ｔ ｓ ｓ ｔ ｗａ ｅ ｉ ｅ ｃ ｔ ｒ ｎｌｔ ｏｎｄ ｔ ｕｉｓ，ｔ ｒ ｓ ｔ ｓ ｏｗ ｔ ｔ ｈｅ ｅ ｕｌｓ ｈ ｈａ
Ａｂ ｔａ ｔ Ｔ ｗｏ ｄｆｅｒ ｎｔｗ ａ ｅ ｎｌｔ ｃ ｎｄ ｔ ｒ ｅ ｉ ｄ ｕｅ ｏ ｌ ｉａ ｙ ｓ ａ ｅ ｎ ｃｒ ｕ ａ ｉ ｓｒｃ ： ｉｆ ｅ ｔ ｒ ｉ ｅ ｏ ｕｉｓ ａ ｅ ｄ ｓｇｎｅ ｄ ｔ ｉ ｔ ｒ ｐ ｃ ｉ ｉｃ ｌ ｔｎｇ ｗａｔ ｒ ｐ ｍ ｅ ｕｍ ｐ ｔ ｔｏｎ ｏｆ ｓａ ｉ
沿海电厂循环水泵流道的水力特性及优化研究
Ａｂｔａｔ ａｅ ｎｔｅｃｎｔ ｃｉ ｒ ｅｔ ｆ ａｇｈ ｎｇｎ ｏ ｅ ｌ ｔ ａｐ ｙｉ ｌ ｏｅ ｓ ｏ ｅ ｏ ａｓｇ ａ ｒ ｓ ｃ：Ｂ ｓｄｏ ｏｓ ｕｔ ｎｐｏ ｃ ｏ ｎｃ ｅｇａｇＰ ｗ ｒ ａ ， ｈ ｓ ａ ｄｌｅｔ ｎｔ ｗｐ ｓａｅ ｎｗ ｔ ｒ ｈ ｒ ｏ ｊ Ｆ Ｐｎ ｃ ｍ ｔ ｈｆ ｌ ｉ ｅ
ｅｃ ｎｌｈ ｆ ｅｐｏｌｍ ｏ ｅｏｉ ｎｌ ｅｉ ， ｕ ｈａ ｓｆｃ ｎ ｄ ｕｉｎｉ ｒ ａ ，ｕ ｅｅ ｕｆ ｗ， ｉ ｕａ ｏ － ｔ．Ｉ ｇｔ ｒｂｅ ｓ ｒｍ ｔ ｒ ａ ｄｓ ｎ ｓｃ ｓｉ ｕ ｉｉ ｔ ｉ ｓ ｆ ｅ ｙ ｎ ｖｎｏ ｔｏ ｃ ｃ ｔ ｎａ ｉ ｏｔ ｈ ｆ ｈ ｉ ｇ ｇ ｎ ｅ ｆ ｏ ｎｏｂ ｌ ｒｌ ｉ
ｍｕ ｓ ｈ ｍｅ，ｎ ｔｏ ｌ ｅ ｓ ｒ ｃ ａ ｋ ｆ ｗ ａ ｓ ｇ ｎ ｔ ｅ ｓ ｃｉ ｎ ｃ ａ ｅ ａ ｅ ｅｆ ｃｉ ｅｙ ｓ ｕ ｆ ｒｉ ｒ ｖｎ ｅ ｆ ｗ ｍ ｃ ｅ ｏ ｎ ｙ ｔ ｕ ｆ ｅ ｂ ｃ — ｏ ｐ ｓ ａ ｅ ｉ ｕ ｔ ｈ ｍｂ ｒｃ ｎ ｂ ｆ ｔ ｌ ｈ ｔ ｈ ａ ｌ ｈ ｏ ｅ ｖ ｏ ｆ ｏ ｍｐ ｏ ｉ ｇ ｔ ｏ ｈ ｌ
性 ，包括 引水 沟 来水 的扩 散 消 能特 性 、 旋 转 滤 网及 吸 水 室的 水 流 流 态特征 、 吸 水 喇叭 口进 水 断 面
第五章 孔口、管嘴出流和有压管路
(2)管嘴长度l=(3～4)d。
5.2.4 其他形式管嘴
工程上为了增加孔口的泄水能力或为了增加(减少)出 口的速度，常采用不同的管嘴形式
(1)圆锥形扩张管嘴 （θ=5～7° ） (2)圆锥形收敛管嘴 （较大的出口流速 ） (3)流线形管嘴 （阻力系数最小 ）
孔口、管嘴的水力特性
5.3 有压管路恒定流计算
1
从 1→2 建立伯努利方程，有
v2 H 0 00 n 2g 2g 2g
l (3 ~ 4)d
0v0 2
v 2
H
c
0 d
2
0
1 v n
2 gH0 n 2 gH0
c
2
n 0.5
式中：
1 n n
1
n 为管咀流速系数， n 0.82
pc
0.75H 0
对圆柱形外管嘴：
α=1， ε=0.64， φ=0.82
5.2.3 圆柱形外管嘴的正常工作条件
收缩断面的真空是有限制的，如长江中下游地区， 当真空度达7米水柱以上时，由于液体在低于饱和蒸汽 压时会发生汽化 。 圆柱形外管嘴的正常工作条件是： (1)作用水头H0≤9米；
5.2 管嘴出流
一、圆柱形外伸管嘴的恒定出流
计算特点: 出流特点:
hf 0
在C-C断面形成收缩，然后再扩大，逐步充满 整个断面。 1
l (3 ~ 4)d
H
c
0 d
2
0
c
2
1
在孔口接一段长l=(3～4)d的 短管，液流经过短管并充满出口 断面流出的水力现象成为管嘴出 流。 根据实际需要管嘴可设计成： 1）圆柱形：内管嘴和外管嘴 2）非圆柱形：扩张管嘴和收缩 管嘴。
第5章 孔口、管嘴出流和有压管路 121页PPT文档
虹吸管是一种压力输水管道，顶部弯曲且其高程高 于上游供水水面。在虹吸管内造成真空，使水流则能通 过虹吸管最高处引向其他处。
虹吸管的优点在于能跨越高地，减少挖方。 虹吸管 长度一般不长，故按照短管计算。
1 pa
1
虹吸管顶部 zs
2z
2
虹吸管顶部的真空的理论值不能大于最大真空值 （10mH2O）。
孔口、管嘴的水力特性
§5.3 简单短管中的恒定有压流
简单管道的水力计算可分为自由出流 和淹没出流两种情况。
1.自由出流
管道出口水流流入大气，水股四周都受 大气压强的作用，称为自由出流管道。
图5－1中，列断 面1－1、2－2的能量方
程z1p 12 1 g1 2z2p 22 2 g2 2hw 12
小孔口：H/d>10
1)小孔口的自由出流
pc=pa=0
hw
hj
0
v22 2g
H
0v02
2g
( c
0
)
vc2 2g
vc
1 c 0
2gH0 2gH0
Q vc Ac A 2gH0 A 2gH0
薄壁小孔口自由出流的基本公式
薄壁小孔口出流的各项系数
当虹吸管内压强接近该温度下的汽化压强时，液体 将产生汽化，破坏水流连续性，可能产生空蚀破坏， 故一般虹吸管中的真空值7～8mH2O。
例 有一渠道用两根直径为1.0m的混凝土虹吸管来跨 越山丘， 渠道上游水位为▽1＝100.0m，下游水位为▽2 ＝99.0m，虹吸管长度l1 = 8m l2= 15m；l3 = 15m，中间 有60°的折弯两个，每个弯头的局部水头损失系数为 0.365，若进口局部水头损失系数为0.5；出口局部水头 损失系数为1.0。试确定：
管网水力特性的研究与优化设计
管网水力特性的研究与优化设计随着城市化进程的飞速发展，城市水利工程的建设也越来越重要。
其中，管网水力的特性对于城市供水系统的稳定运行和摆脱水质污染具有重要意义。
因此，研究管网水力特性并进行优化设计，不仅可以提高城市供水系统的水质和水量，也可以降低供水成本，保障人民的饮水安全。
一、管网水力特性的基本概念管网水力特性主要指水在管道中流动时的流态、流速、水头、损失、泵的选型等具体参数。
在工业和民用建筑中的供水系统中，水在供水管网中流动时会由于摩擦产生压力损失，但在平衡情况下，供水系统应保证供水的水压稳定和流量充足，主要表现在以下几个方面：1.水的流速和流量在城市供水系统中，水的流速和流量是至关重要的参数。
流速是指水在管道中流动的速度，一般用米/秒来表示。
而流量则是指水通过管道的水量，是用升/秒或立方米/秒来表示的。
根据供水系统的需求和水源条件，需要推导出最优的流速和流量。
2.供水管网的水头水在管网中流动时，会受到压力力场的影响而产生的水头变化。
水头指的是水在不同管节中的高度差或者说压力变化。
在供水系统设计中需要合理地安排管网中各个节点的水头，从而保证供水系统的稳定运行。
3.压力损失水在管道中流动时，会由于摩擦而产生压力损失。
压力损失是指水在管道中流动时，由于管道摩擦力和弯曲阻力等原因而产生的能量损失。
了解和优化压力损失可以有效地节约能源，并提高供水系统的使用效率。
二、管网水力特性的优化设计管网水力特性的优化设计主要是根据供水系统的需求和水源条件，通过调整流速、管径、水头和管道布局等方法，使水流动的更加稳定和流速、流量均衡。
下面简单介绍一些管网水力特性优化的方法：1.压力稳定性优化城市供水管网的压力稳定性直接关系到城市居民的生产和生活。
因此，优化供水系统中的压力损失和水头分布，保证供水系统中所有节点的水压能够维持在一定范围内，是供水系统优化的重要任务。
2.管道直径选取在设计供水管网时，选择合适的管径可以有效降低管道内摩擦，减小管道损失，进而提高供水系统的运行效率。
给水排水管网水力学基础
θ＝3.4173（弧度），充满度y/D＝0.5687 ，流速v＝1.355（m/s）
沿程阻力系数常用公式： （续）
（4）巴甫洛夫斯基(Н.Н.Павловский)公式 ：
将曼宁公式中的常数指数1/6改进为曼宁粗糙系数n和水力半径R的函数 。
1 y C R n
代入公式（3.2），得：
式中， y 2.5 n 0.13 0.75 R ( n 0.10) n――曼宁粗糙系数 。
3.4
管道的水力等效简化
水力等效简化原则： 经过简化后的管网对象与原来的实际对象具有相同的水力特性。如两条并联管 道简化成一条后，在相同的总输水流量下，应具有相同的水头损失。
3.4.1 串联或并联管道的简化 管道串联：如图3.4所示，两条或两条以上管道串联，可将它们等效为一条直 径为d，长度为l 的管道。根据水力等效原则，有：
图3.2 圆形管道充满度示 意图
3.3.1 非满流管道水力计算公式 管渠流量公式：
A q A v R I n
2 3
1 2 式中
A―过水断面面积（m2）； I―水力坡度，对于均匀流，为管渠底坡。
非满流管道水力计算参数公式:
设管径为D，管内水深为y，充满度为y/D， 由管中心到水面线两端的夹角计算公式：
N kq nli kq nl hf m m d i 1 di
管道串联等效直径： 管道并联：两条或两条以上管道并联，长度相等，可
管道水力特性及其水力学模型研究
管道水力特性及其水力学模型研究管道是水力工程中不可或缺的组成部分，对于管道内流动的水力特性的研究也越来越受到重视。
水力学模型的建立和研究可以帮助我们更好地理解它们的水力特性和行为规律，从而为工程设计和施工提供准确的理论依据。
一、管道内流动的基本特性在管道内部，水分子沿着流线运动，它们之间的相互作用力可以被视为粘性力。
这就意味着管道内部的阻力来自于水分子之间的相互作用力。
需要注意的是，管道内部的摩擦力不仅受到管壁摩擦力的影响，还受到管道内部的摩擦力的作用。
因此，当管道内部的流速增加时，由于管道内部的摩擦力增加，流阻增大，阻力的增加速度也会增加。
另外，我们还需要了解到，当管道内部出现弯曲、分支和其他不规则形状时，水流会随着管道的变化而变化，流速会受到影响，这也会带来管道内部阻力的改变。
二、管道的水力学模型建立水力学模型是对于管道水力特性研究的重要方法之一。
模型通过将管道内部的水流转化为数学模型来进行分析和研究。
目前，最为常用的管道水力学模型包括雷诺数模型和涡旋模型。
雷诺数模型依据雷诺数的大小来划分流动状态，将具有相似雷诺数的流动状态进行归类。
而涡旋模型则是基于涡旋对于水流运动的影响进行研究。
三、应用案例：沿程压力损失计算湖北某市下午4点，对于一条直径为250毫米，长500米的干管进行了工业水的输送。
工业水的流量为50升/秒，水温为20℃，水的粘度为1.1×10^-6m²/s，密度为1000kg/m³。
该管道的材质为钢管，摩擦系数为0.018。
现计算该管道在输送过程中的沿程压力损失。
根据直管段的沿程压力损失公式计算：ΔP = ρLQ²/2gd其中，ΔP为沿程压力损失，ρ为工业水密度，L为管长，Q为工业水的流量，d为管道直径，g为重力加速度，ε为管道粗糙度（在此例中，因为该管道的摩擦系数已知，ε可以通过万氏公式进行计算）。
对于弯头和阀门等管子附属件的计算，可以使用不同的修正系数进行修正。
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多孔出流管水力特性研究
山地自压滴灌支管水力设计中，不可避免地要涉及到同径及变径多出流管的水力计算，而其计算精度取决于其水头损失计算的准确性。
多孔出流支管水头损失计算包括两部分：沿程水头损失和局部水头损失。
对于多孔出流支管沿程水头损失，前人研究已经非常成熟且提出的经验计算公式计算精度较高。
对于多孔出流支管局部水头损失，常按沿程水头损失的一定比例进行估算。
但在进行管网水力计算时，节点处局部水头损失对管网中各管段流量分配和压力分布等具有显著影响，忽略局部水头损失或采用固定的局部能量损失系数可能导致较大的计算误差，其计算误差直接影响到多孔出流管节点压强水头的计算，进而影响到多孔出流管的水力设计精度。
因此，为了提高多孔出流管的水力计算精度，本文通过理论分析、试验研究和数值模拟相结合的研究方法，对多孔出流管水头损失变化规律及压强水头分布规律进行了系统研究。
本文得到以下结论：（1）光滑紊流区内，T型三通管（同径多孔出流管局部水头损失主要发生位置）局部水头损失系数1随雷诺数的增大而变化很小，随分流比的增大而增大，随断面比的增大而不断减小；局部水头损失系数2随雷诺数的增大而减小，随分流比的增大而先减小后增大，随断面比的增大而变化很小；并提出了局部水头损失系数1和2的经验计算公式。
由T型三通管流动特征分析可知：主管至直管流向的局部水头损失主要是由分流处突然扩散时的冲击损失、直管的突然收缩损失及由侧管中流体的转向引起的流速梯度变化产生的损失组成，主管至侧管流向的局部水头损失主要是由流体的转向损失和侧管弯头内的损失组成。
（2）与实测值对比得出：本文提出的局部水头损失系数1和2的经验公式具有较高的计算精度。
采用本文计算公式进行模拟计算，分析了等距、等流量多孔出流管沿程压强水头变化规律，结果表明其沿程节点压强水头随孔口流量、孔数及孔距的增大均不断减小，随坡度的增大均增大。
（3）光滑紊流区内，异径接头（变径多孔出流管局部水头损失主要发生位置之一）局部水头损失系数随着雷诺数的增大而变化很小，随着断面比的增大而减小；并提出了异径接头局部水头损失系数的经验计算公式。
由异径接头流动特征分析可知：在收缩管段近壁面处处产生漩涡，流线发生弯曲且流速有明显的梯度变化；水流在刚进入下游直管段时，在近壁面有明显的压力梯度，这主要是由于水流进入下游直管时产生了流动脱离壁面的现象。
随着断面比的减小，在收缩管段近壁面处产生的漩涡不断增加，流速梯度越来越明显，流线弯曲越来越严重。
（4）与实测值对比得出：本文提出变径多孔出流管沿程压强水头经验计算公式具有较高的计算精度。
采用本文计算公式进行模拟计算，分析了等距、等流量变径多孔出流管沿程压强水头变化规律，结果表明其沿程节点压强水头随着坡度的增大均增大，随孔口流量及孔距的增大均减小。