总水头线和测压管水头线绘制注意
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
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5
4
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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
沿程阻力实验
1、为什么压差计的水柱差就是沿程水头损失？管道安装成倾斜，是否影 响实验结果？
2、根据实测m值判别实验流区。 lghf~lgv曲线斜率m=1.0~1.8,即hf与v1.0~1.8成正比，所以流动为层流，紊 流光滑区和紊流过渡区，未达阻力平方区。 2、管道当量粗糙度如何测得？ 当量粗糙度的测量可用实验的方法测定
2．流 量 增 加 ，测 压 管 水 头 线 有 何 变 化 ？为 什 么 ？
有如下二个变化：
（1）流 量 增加 ，测 压 管 水 头 线（P-P）总 降 落 趋 势 更 显著。这 是 因 为 测压管水头 ， 管 道 过 流 断 面 面 积 A 为 定 值 时 ， Q增 大 就 增 大 ，而 且 随 流 量 的 增 加 阻 力损 失 亦 增 大 ，管 道 任 一 过 水 断 面 上 的 总 水 头 E相 应 减 小 ，故 的减小更加显著。
测压管水头高于管轴线的部分其压强水头正，否则为负。
调整管道布置避免产生负压 如上图知，管道任意断面的压强水头 若H0一定的条件下，影响压强水头的因素为上式中的后三项。较有效的方 法是降低管线的高度，以提高管道中压强的大小，避免管道中出现负压。
伯努利方程实验思考题
1．测 压 管 水 头 线 和 总 水 头 线 的 变 化 趋 势 有 何 不 同 ？为 什 么 ？ 测 压 程 只 条 件 部 分 9，管 而 据 即 恒 下 降 越 大 水 头 管 水 头 线（P-P）沿 程 可 升 可 降 。而 总 水 头 线（E-E）沿 降 不 升 。这 是 因 为 水 在 流 动 过 程 中 ，依 据 一 定 边 界 ，动 能 和 势 能 可 相 互 转 换。 测 点5 至 测 点7， 管 收 缩， 势 能 转 换 成 动 能， 测 压 管 水 头 线 降 低。 测 点7至 测 点 渐 扩，部 分 动 能 又 转 换成 势 能 ，测 压 管 水 头 线 升 高 。 能 量 方 程E1=E2+hw1-2, hw1-2为 损 失 能 量 ，是 不 可 逆 的 ， 有 hw1-2>0，故 E2恒 小 于E1，（E-E）线 不 可 能 回 升。(E-E) 线 的 坡 度 越 大 ，即J越 大 ，表 明 单 位 流 程 上 的 水 头 损 失 ，如 图2.3的 渐 扩 段 和 阀门 等 处 ，表 明 有 较 大 的 局 部 损 失 存 在 。
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。
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。
化工原理实验思考题
实验一伯努利方程实验1.测压管水头线和总水头线的变化趋势有何不同？为什么？测压管水头线（P-P）沿程可升可降。
而总水头线（E-E）沿程只降不升。
这是因为水在流动过程中，依据一边界条件，动能和势能可相互转换。
测点5至测点7，管收缩，部分势能转换成动能，测压管水头线降低。
测点7至测点9，管渐扩，部分动能又转换成势能，测压管水头线升高。
而据能量方程E1=E2+hw1-2, hw1-2为损失能量，是不可逆的，即恒有 hw1-2>0，故 E2恒小于E1，（E-E）线不可能回升。
(E-E) 线下降的坡度越大，即J越大，表明单位流程上的水头损失越大，如图2.3的渐扩段和阀门等处，表明有较大的局部水头损失存在。
2.流量增加，测压管水头线有何变化？为什么？答：有如下二个变化：（1）流量增加，测压管水头线（P-P）总降落趋势更显著。
这是因为测压管水头管道过流断面面积A为定值时，Q增大，就增大，而且随流量的增加阻力损失亦增大，管道任一过水断面上的总水E相应减小，故的减小更加显著。
（2）测压管水头线（P-P的起落变化更为显著。
因为对于两个不同直径的相应过水断面有式中为两个断面之间的损失系数。
管中水流为紊流时，接近于常数，又管道断面为定值，故Q增大，H亦增大，（P-P线的起落变化就更为显著。
3.测点2、3和测点10、11的测压管读数分别说明了什么问题？答：测点2、3位于均匀流断面（如图），测点高差0.7cm，HP= 均为37.1cm（偶有毛细影响相差0.1mm），表明均匀流同断面上，其动水压强按静水压强规律分布。
测点10、11在弯管的急变流断面上，测压管水头差为7.3cm，表明急变流断面上离心惯性力对测压管水头影响很大。
由于能量方程推导时的限制条件之一是“质量力只有重力”，而在急变流断面上其质量力，除重力外，尚有离心惯性力，故急变流断面不能选作能量方程的计算断面。
在绘制总水头线时，测点10、11应舍弃。
4、试问避免喉管（测点7）处形成真空有哪几种技术措施？分析改变作用水头（如抬高或降低水箱的水位）对喉管压强的影响情况。
水力学知识点
知识点 第0章 绪论1. 连续介质2.实际流体模型由质点组成的连续体,具有：易流动性、粘滞性、不可压缩性、不计表面张力的性质.3.粘滞性：牛顿内摩擦定律 dydu μτ= 4.理想流体模型：不考虑粘滞性。
5.作用在液体上的力：质量力、表面力例：1.在静水中取一六面体，分析其所受的外力：作用在该六面体上的力有 （ ）（a ）切向力、正压力 (b) 正压力(c) 正压力、重力 (d) 正压力、切向力、重力2.在明渠均匀流中取一六面体，其所受的外力：作用在该六面体上有 （ ）（a ）切向力、正压力 (b) 正压力(c) 正压力、重力 (d) 正压力、切向力、重力3. 理想流体与实际流体的区别仅在于，理想流体具有不可压缩性。
（ ）第1章 水静力学1.静压强的特性(1)垂直指向受压面。
(2)在同一点各方向的静压强大小与受压面方位无关. 2.等压面：等压面是水平面的条件 3.水静力学基本方程2. 基本概念位置水头、压强水头、测压管水头 、绝对压强、相对压强、真空压强。
C gpz =+ρghp p ρ+=03. 静压强分布图 5.点压强的计算利用：等压面、静压强基本方程。
解题思路：① 找等压面② 找已知点压强③利用静压强基本方程推求。
6 作用在平面上的静水总压力图解法：Ω=b P解析法：A gh Pc ρ= 7. 作用在曲面上的静水总压力关键：压力体画法以曲面为底面，向自由液面（自由液面延长面）投影，曲面、铅锤面、自由液面所包围的水体为压力体。
压力体与水在同一侧为实压力体，铅锤分力方向向下。
反之，为虚压力体，铅锤分力方向向上。
例 1. 流体内部某点存在真空，是指 （ ）（a ）该点的绝对压强为正值 （b ）该点的相对压强为正值 （c ）该点的绝对压强为负值 （d ）该点的相对压强为负值2. 流体内部某点压强为2个大气压，用液柱高度为 （ ）a) 10米水柱 b) 22米水柱 c)20米水柱 d)25米水柱3. 无论流体作何种运动，流体内任何一个水平面都是等压面。
一元流体动力学基础
拉格朗日法表示流体质点的 速度
二、欧拉法
特点
以固定空间点为研究 对象，描述各瞬时物理量 在空间的分布来研究流体 运动的方法。
欧拉变量
变量 （x 、 y 、 z 、 t ）称为欧拉变量。
本书以下的流动描 述均采用欧拉法！
第二节 恒定流动和 非恒定流动
非恒定流动
运动不平衡的流动，在流场中各 点流速随时间变化，各点压强，粘性力 和惯性力也随着速度的变化而变化。
质点标志
把流体质点在某一时间 t0时 的坐标（ a 、 b 、c）作为该质点 的标志，则不同的（ a 、 b 、c） 就表示流动空间的不同质点。这 样，流场中的全部质点，都包含 在 （ a 、 b 、c） 变数中。
拉格朗日变量
表达式中的自变量（ a 、 b 、c、 t ) ， 称为拉格朗日变量。
外力（压力）作功等于流段机械能量增加
压力作功为： (a) 动能增量为： (b)
位能增量为：
(c)
理想不可压缩流体恒定流元流能量方程(伯努利方程）:
二、恒定元流能量方程本身及 其各项含义
Z: 断面对于选定基准面的高度， 水力 学中称为位置水头，表示单位重量 的位置势能，称为单位位能。
p γ
是断面压强作用使流体沿测压管所 能上升的高度，水力学中称为压强水头， 表示压力 y 作功所能提供给单位重量流 体的能量，称为单位压能。 以断面流速 u为初速的铅直上升射流所 能达到的理论高度，水力学中称为流速 水头，表示单位重量的动能，称为单位 动能。
一、总流能量方程的应用要点：
（1）基准面是写方程中 Z 值的依据。一般通过两 断面中较低一断面的形心，使一Z 为零，而另一Z 值 为正值。 （2）两计算断面必须是均匀流或渐变流断面并包含 已知和要求参数； （3）过水断面上计算点的选取，可任取，一般： 管流－断面中心点， 明渠流－自由液面上； （4）两计算断面压强必须采用相同计算基准〕 （绝对、常用：相对压强）； （5）方程中各项单位必须统一。
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总水头线和测压管水头线
绘制注意
Prepared on 24 November 2020
●绘制总水头线和测压管水头线的具体步骤
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。
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。
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。
●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，如图1所示。
当时，总水头线在起点较上游液面高出，如图1（ｂ），当上游行近流速水头时，总水头线的起点在上游液面，如图1（ａ）。
图1
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2所示。
图2
图2（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2（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2（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。
4、测压管水头线沿程可以上升或下降，但总水头线沿程只能下降。
负压段的判别
测压管水头高于管轴线的部分其压强水头正，否则为负。
图3
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