压力管路水力计算
压力管道水力计算
3 按照终点流量要求，确定各段流量 4 以经济流速确定各段管径 5 取标准管径后，计算流速和摩阻 6 按长管计算各段水头损失hw
1
z2 2
3
z1
J
z3
7 按串联管道计算起点到控制点的总水头损失。
285井 站 ： 282、 283、 284
安县
罗浮山温泉 秀水
24
塔水站
花街镇 93
Φ 159× 6,L34Km
压力管道水力计算
压力管道计算原理
有压管道：管道被水充满，管道周界各点受到液体压强作用，
其断面各点压强，一般不等于大气压强。
管壁
管壁
液体
液体自由面
有压管道
无压管道
工程中，常用各种有压管道输送液体，如水电站压力引水 钢管；水库有压泄洪隧洞或泄水管；供给的水泵装置系统及 管网；输送石油的管道。
管道按布置分
第一类问题的计算步骤
（1）已知qV、l、d 、、 Δ ，求hf；
qV、l、d 计算Re
计算
计算 hf
第二类问题的计算步骤
（2）已知hf 、 l、 d 、 、 Δ ，求qV； 假设
由hf计算 v 、Re
= New
计算New
N
Y
校核 New
由hf计算 v 、 qV
第三类问题的计算步骤
（3）已知hf 、 qV 、l、、 Δ ，求d。 hf qV l Δ
377井 站 ： 377 378井 站 ： 378
164井 站 ： 164、 Q47 256井 站 ： Q 73-1、 Q 73-2、
= New
假设
由hf计算 v 、Re
由Re、查莫迪图得New
求解方法相当 于简单管道的第 二类计算问题。
流体力学孔口管嘴出流与管路水力计算
流体力学孔口管嘴出流与管路水力计算流体力学是研究流体运动和力学性质的物理学科。
在水力学中，孔口管嘴出流和管路水力计算是流体力学的一个重要应用。
1.孔口管嘴出流孔口管嘴出流是指在一定压力差下，流体从孔口或管嘴中流出的现象。
它是一种自由射流，不受管道限制，流速和流量可以自由变化。
对于理想流体来说，根据贝努利定律和连续性方程，可以得出孔口管嘴出流速度的计算公式：v = √(2gh)其中，v为出流速度，g为重力加速度，h为液面距离孔口或管嘴的高度差。
可以看出，出流速度与液面高度差成正比，与重力加速度的平方根成正比。
对于真实流体来说，考虑到粘性和摩擦等因素，出流速度会稍有减小。
此时，可以使用液体流量系数进行修正。
液体流量系数是指实际流量与理论流量之比，一般使用实验数据来确定。
根据实验结果，可以通过乘以液体流量系数来修正出流速度的计算。
管路水力计算是指在给定管道材料、管径和流体性质的条件下，计算流体在管路中的流动状态、压力损失以及流量等参数。
管路水力计算是实际工程中常见的问题，它可以帮助我们了解管道的输送性能和节能问题。
管道中的流体运动受到多个因素的影响，包括管道长度、管道粗糙度、流速、流量等。
在水力学计算中，一般常用的公式有达西公式和罗斯诺-魏谢巴赫公式。
达西公式可以用来计算管道中流体的摩阻损失，它的计算公式为：ΔP=λ(L/D)(v^2/2g)其中，ΔP为管道中的压力损失，L为管道长度，D为管道直径，v为流速，g为重力加速度，λ为摩阻系数，也称为达西摩阻系数。
罗斯诺-魏谢巴赫公式则可以用来计算管路中流体的水力损失，它的计算公式为：ΔP=ρ(h_f+h_m)其中，ΔP为管路中的总压力损失，ρ为流体密度，h_f为摩阻压力损失，也称为莫阿P（Moody）摩阻，h_m为各种表面或局部的附加压力损失。
除了达西公式和罗斯诺-魏谢巴赫公式，还有一些经验公式和图表可以用来计算管路的压力损失和流量。
这些公式和图表都是根据实验数据和经验总结得出的，可以帮助工程师在实际应用中进行快速计算。
管内流动和水力计算
2.紊流
流体质点运动彼此混杂、互相干扰，完全无 规则的流动状态。
3.上临界速度和下临界速度：
随着水流速度的增大，水流将由层流状态过渡到紊流状态。由
层流过渡到紊流的临界状态下的流体速度称为上临界速度，用
Vcr′表示。
当玻璃管内的水流已经是紊流运动，此时逐渐关小阀门K，使 水流速度逐渐减小，当水流速度减小到一定程度时，紊乱的红 色液体又将重新成为一条明晰的红色直线流，即紊流又转变为 层流。但是，由紊流转变为层流的临界速度比上临界速Vcr′更 低，称为下临界速度，用Vcr表示。
当Re＞Recr，惯性力起主导作用，粘性力控制减弱， 不足以控制和约束外界扰动，惯性力将微小扰动不断 扩大，形成紊流。
第三节 管道进口段中粘性流体的流动
一、圆管内层流流动的起始段
d
L
层流边界层
充分发展的流动
紊流边界层
d
L
粘性底层
由于流体的粘性作用，自圆管入口起，在管壁附近形成一层 有速度梯度存在的流体薄层，该流体薄层内壁面上流体的速 度为零，薄层外边界上的流速为u (x)。这一有速度梯度存在 的流体层称为附面层或边界层。
说明
(1)当流体的流速超过上临界速度(V>Vcr′)， 管内 水流一定是紊流状态；
(2)当流体的流速低于下临界速度时(V<Vcr) ，管 内水流一定是层流状态；
(3)当流体的流速介于上临界速度和下临界速度之间时 (Vcr<V<Vcr′)，管内水流可能是层流，也可能是紊 流。如果流速是由小增大时，流动是层流，如果流速 是由大变小时，则流动是紊流。
实验表明，这两种情况下的流动状态都不稳定，并且取决于实验的起始
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。
简单管道的水力计算(精)
k 1
Q2 0.152 2 hf k 2 l 2500 9.5m 2 K 2.464
H 1 2 1 H 2 h f 45 61 25 9.5 18.5m
Δ
水塔
H
H1 H2
Δ Δ
1 2
例
6.2
图
第六章
孔口、管嘴出流与有压管流
§6.4 简单管道水力计算的基本类型
因为管道的长度较大，考虑按照长管计算。 解： 列出水厂断面和工厂断面的能量方程
1 H 1 2 H 2 h f
当管径 d 400mm，查表铸铁管 K 2.464 10 3 l s
求得K值后反查表就可得d
A 2 gH C
② 对于短管
Q 1 d
1
4
l d
d 2 2 gH
4Q
C 2 gH
, c 1
1 l d
采用试算法
第六章
孔口、管嘴出流与有压管流
§6.4 简单管道水力计算的基本类型
2. 管道的输流能力，管长已知，要求选定所需的管径及相应的水头。 这是工程中常见的实际问题。通常是从技术和经济两方面综合考虑， 确定满足技术要求的经济流速。 ①管道的技术要求。流量一定的条件下，所选管径的大小影响着管中 的流速，所选管径应使流速控制在既不会产生过大的压力，降低管道 的使用寿命，又不能过小，使泥沙沉积，阻塞管路。一般情况下，水 电站引水管中流速不应大于（5～6）m/s ，给水管中的流速不应大于 （2.5～3）m/s，不应小于0.25m/s 。 ②管道的经济效益。重要的管道在选取管径时一般应选择几个方案进 行比选，选出一种方案，使得管道投资和运转的总费用最小，但是工 程中，费用最小的并非各方面最优或可行，往往是选一种经济上合理 工程上可行的方案作为最终设计方案，这样选定的流速称为经济流速， 对应的直径为经济直径。具体数值可参照有关设计手册。
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
供热工程第九章热水网络的水力计算和水压图
（1）、横坐标表示供热系统的管段单程长度，以米为单位。
下半部:表示供热系统的纵向标高,包括管网,散热器,
循环水泵,地形及建筑物的标高.对于室外热水
供热系统,当纵坐标无法将供热系统组成表示
（2）、纵坐标
清楚时,可在水压图的下部标出供热系统示意图.
上半部:供热系统的测压管水头线,包括动水压线(表示供
热系统在运行状态下的压力分布)和静水压线(在
（4）画动水压线
O点处的压头不论在系统工作时还是停止运 行时，都是不变的，等于膨胀水箱的高度， 那么动压线的起点与静压线在此处重合， 即图中的O点。当系统工作时，由于水泵驱 动水在系统中循环流动，A点的测压管水头 必然高于O点的测压管水头，两者之间的差 值就是OA的压力损失，这样A点的测压管 水头就确定了，即图中的点，同理可以确 定其它各点的测压管水头高度。
二、绘制热水网路水压图的步骤和方法
1、以网路循环水泵的中心线的高度（或其它方便的高度） 为基准面，一定的比例尺作出标高的刻度。
2、选定静水压曲线的位置。 静水压曲线是网路循环水泵停止工作时，网络上
各点的测压管水头的连接线，是一条水平的直线，静 水压曲线的高度必须满足下列的技术要求： （1）、在与热水网路直接连接的用户系统内，底层散热 器的所承受的静水压力不应超过散热器的承压能力。 （2）、热水网路及与它直接连接的用户系统内，不会出 现汽化和倒空。
一、热水网路压务状况的基本技术要求
1、在与热水网路直接连接的用户系统内，压 力不应超过该用户系统用热设备及其管道 构件的承压能力。（保证设备不压坏）
如柱形铸铁散热器的承压能力 4 105为Pa， 作用在该用户系统最底层散热器的表压力， 无论在网络运行或停止运行时都不得超过 Pa。 4 105
管路水力计算
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Py=Rl就可以确定出来;局部压力损失按下式计算1Σξ--------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22、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34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ξz h = ξd +Σξ式中ξz h|——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ξz h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ld的某段管段的沿程损失,即10式中ld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 = Py + Pj = Rl + Rld = Rlzh 11式中lzh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;tg——系统的设计供水温度,℃;tg——系统的设计回水温度,℃;3根据系统的循环作用压力,确定最不利环路的平均比摩阻Rpj式中Rpj——最不利环路的平均比摩阻,Pa/mΔP——最不利环路的循环作用压力,Paα——沿程压力损失占总压力损失的估计百分数,查表确定其值Σl——环路的总长度,m4根据Rpj和各管段流量,查表选出最接近的管径,确定该管径下管段的实际比摩阻和实际流速v;5确定各管段的压力损失,进而确定系统总的压力损失;2-2 其他环路计算其他环路的计算是在最不利环路计算的基础上进行的;应遵循并联环路压力损失平衡的规律,来进行各环路的计算;应用等温降法进行水力计算时应注意：（1）如果系统位置循环作用压力,可在总压力损失之上附加10%确定;（2）各并联循环环路应尽量做到阻力平衡,以保证各环路分配的流量符合设计要求;但各并联环路的阻力做到绝对平衡是不可能的,允许有一个差额,但不能过大,否则会造成严重失调;（3）散热器的进流系数跨越式热水采暖系统中,由于一部分直接经跨越管流入下层散热器,散热器的进流系数α取决于散热器支管、立管、跨越管管径的组合情况和立管中的流量、流速情况,进流系数可查图4-3确定;等温降法简便,易于计算,但不易使个并联环路阻力达到平衡,运行时易出现近热远冷的水平失调问题;2-3不等温降法的水力计算方法所谓不等温降的水力计算,就是在单管系统中各立管的温度各不相等的前提下进行水力计算;它以并联环路各节点压力平衡的基本原理进行水力计算;这种计算方法对各立管间的流量分配,完全遵守并联环路节点压力平衡的水力学规律,能使设计工况与实际工况基本一致;进行室内热水采暖系统不等温降的水力计算时,一般从循环环路的最远立管开始;(1)首先任意给定最远立管的温降;一般按设计温降增加2-5℃;由此求出最远立管的计算流量Gj ;根据该立管的流量,选用R或v值,确定最远立管管径和环路末端供、回水干管的管径及相应的压力损失值; (2)确定环路最末端的第二根立管的管径;该立管与上述计算管段为并联管路;根据已知节点的压力损失ΔP,选定该立管管径,从而确定通过环路最末端的第二根立管的计算流量及其计算温度降;(3)按照上述方法,由远至近,一次确定出该环路上供、回水干管各管段的管径及其相应附压力损失以及各立管的管径、计算流量和计算温度降;(4)系统中有很多分支循环环路时,按上述方法计算各个分支循环环路;计算得出的各循环环路在节点压力平衡状况下的流量总和,一般都不会等于设计要求的总流量,最后需要根据并联环路流量分配和压降变化的规律,对初步计算的个循环环路的流量、温降和压降进行调整;最后确定各立管散热器所需的面积;。
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第六章 压力管路水力计算
一、思考题
1．什么是长管？什么是短管？划分长管与短管的目的是什么？
2．什么是简单管路？简单管道的水力计算主要有哪三类问题？其计算方法如何？
3．什么是串联管路？如何计算串联管路的水力损失？
4．什么是并联管道？如何计算并联管路的水力损失？
5．什么是分岔管道？如何计算分岔管路的水力损失？
6．什么是孔口出流？什么是薄壁孔口和厚壁孔口？什么是小孔口和大孔口？孔口出流的水力特点是什？
7．小孔口自由出流与淹没出流的流量计算公式有何不同？
8．为什么孔口淹没出流时，其流速或流量的计算既与孔口位置无关，也无大孔口、小孔口之分？
9．什么是管喷出流？管喷出流有什么特点？圆柱形外管嘴正常工作的条件是什么？为什么必须要有这两个限制条件？
10．在小孔口上安装一段圆柱形管嘴后，流动阻力增加了，为什么反而流量增大？是否管嘴越长，流量越大？
二、单项选择题
1．在有压管流的水力计算中，所谓长管是指（ ）。
(A)长度很长的管道
(B)总能量损失很大的管道
(C)局部损失与沿程损失相比可以忽略的管道
(D)局部损失与沿程损失均不能忽略的管道
2．用并联管道输送液体，各并联管段（ ）。
(A)水头损失相等 (B)水力坡度相等
(C)总能量损失相等 (D)通过的流量相等
3．如题3图所示，并联长管1和2，两管的直径相同，沿程阻力系数相同，长度123l l =，则通过的流量（ ）。
(A)21Q Q = (B) 21 1.5Q Q = (C) 21 1.73Q Q = (D) 213Q Q =
4．如题4图所示，两根完全相同的长管道，只是安装高度不同，两管的流量关系为
( )。
(A)21Q Q < (B) 21Q Q > (C) 21Q Q = (D) 不确定
题3附图 题4附图
5．两根相同直径的圆管，以同样的速度输送水和空气，不会出现情况是（ ）。
（A ）水管内为层流状态而气管内为紊流状态 （B ）水管和气管内都为层流状态
（C ）水管内为紊流状态而气管内为层流状态 （D ）水管和气管内都为紊流状态
6．两根直径不同的圆管输送液体，在雷诺数相等时，它们的沿程阻力系数λ（ ）。
（A ）一定不相等 （B ）可能相等
（C ）粗管的一定比细管的大 （D ）粗管的一定比细管的小
7．比较在正常工作条件下，作用水头H ，直径d 相等时，小孔口的流量Q 和圆柱形管嘴的流量n Q 结果是（ ）。
(A)n Q Q > (B) n Q Q < (C) n Q Q = (D)无法确定
8．在相同的管径d 和作用水头0H 的作用下，管嘴出流的泄流能力是孔口泄流能力（ ）倍。
(A)0.62 (B)0.82 (C)l (D)1.32
9． 变直径管流，小管直径1d ，大管直径122d d =，两断面雷诺数的关系是（ ）。
（A ）21Re 5.0Re = （B ）21Re Re = （C ）21Re 5.1Re = （D ）21Re 0.2Re =
10．比较在正常工作条件下，作用水头H 、孔口直径d 相同时，薄壁小孔的流量Q 和圆柱形外管嘴的Q n ，结果是（ ）。
（A ）n Q Q > （B ）n Q Q < （C ）n Q Q = （D ）不确定
11．外管嘴的正常工作条件为（ ）。
（A ）()d ～l 43
=，m H 90> （B ）()d ～l 43=，m H 90< （C ）()d ～l 43
>，m H 90> （D ）()d ～l 43>，m H 90< 13．图示并联长管1、2、3，在A-B 之间的水头损失为（ ）。
（A ）321f f f fAB h h h h ++= （B ）2
1f f fAB h h h += （C ）32f f fAB h h h += （D ）3
21f f f fAB h h h h === 14．并联管道阀门K 全开时各管段流量为1Q 、2Q 、3Q ，现关小阀门K 的开度，其它条件不变，流量变化为（ ）。
（A ）1Q 、2Q 、3Q 都减小 （B ）1Q 减小、2Q 不变、3Q 减小
（C ）1Q 减小、2Q 增加、3Q 减小 （D ）1Q 不变、2Q 增加、3Q 减小
题13附图题14附图。