《水力分析与计算》有压短管过流能力计算.
5.3 短管水力计算——学习材料
学习单元三、短管水力计算一、管流概述在水利土木工程和日常生活中，经常用管道来输送液体，如水利工程中的有压引水隧洞、有压泄洪隧洞、水电站的压力管道、灌溉工程中的虹吸管和倒虹吸管、抽水机的吸水管和压水管、建筑或城市给排水工程中的自来水管、通风热水管道、石油工程中的输油管、人体中的血管等，都是常见的有压管流。
有压管流一般都采用圆形管道输送。
水流运动的特点是：整个断面被液体所充满，没有自由液面，管道的整个边壁上都受动水压强作用，而且一般不等于大气压强。
因此，管流又称为有压流。
管道中的断面如果未被水冲满，则不能视为有压流，是无压流动（明渠流动）根据管道中水流的沿程水头损失、局部水头损失及流速水头所占的比重不同，管流可分为长管流动和短管流动。
长管即管道中水流的沿程水头损失较大，而局部水头损失和流速水头很小，此两项之和只占沿程水头损失5%以下，以致可以忽略不计。
一般自来水管可视为长管。
短管即管道中局部水头损失与流速水头两项之和占沿程水头损失的5%以上，水力计算时不能忽略，必须一起考虑在内。
虹吸管、倒虹吸管、坝内泄水管、抽水机的吸水管等，均可按短管计算。
特别需要指出的是，长管和短管并不是按管道的长度分类的，即使很长的管道，局部水头损失和流速水头不能忽略时，仍应按短管计算。
根据水流运动要素随时间是否变化，可分为有压恒定流和有压非恒定流。
当管中任一点的水流运动要素不随时间而改变时，即为有压恒定流，否则为有压非恒定流。
本课程主要研究有压恒定流的计算。
本节先介绍短管流动下图5-6表示一段短管的自由出流过程。
列1-1断面和2-2断面的能量方程，有：212222201-+=+w h gv g v H αα令0212H gv H =+α，称为作用水头。
又有∑∑+=-j f w h h h 21。
因此g v d lH 2)(220∑++=ξλα取 12=α 则g v dlH 2)1(2∑++=ξλ图5-6 短管的自由出流管中流速0211gH dl v ∑++=ξλ通过管道流量 002211gH A gH A dl Q c μξλ=++=∑式中 ∑++=ξλμdl c 11称为管道系统的流量系数。
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形考任务1一、单选题（共5题，每题8分，共40分）题目1连续介质假定认为流体（）连续。
选择一项：A. 在宏观上B. 原子间C. 分子间D. 在微观上题目2在国际单位制中水力学基本量纲不包括（）。
选择一项：A. 力B. 长度C. 质量D. 时间题目3牛顿内摩擦定律适用于（）。
选择一项：A. 牛顿流体B. 非牛顿流体C. 任何流体D. 理想流体题目4液体不具有的性质是（）。
选择一项：A. 抗拉性B. 易流动性C. 黏滞性D. 压缩性题目5下述哪些力属于质量力（）。
选择一项：A. 表面张力B. 粘性力C. 弹性力D. 惯性力二、多选题（共1题，每题1分，共15分）题目6在水利水电工程中经常遇到的水力学问题主要有（）。
选择一项或多项：A. 特殊水力学问题B. 确定水流能量的利用和消耗C. 分析水流运动形态D. 确定水力荷载、计算过流能力三、判断题（共5题，每题6分，共30分）题目7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。
（）选择一项：对错题目8水动力学是研究液体在静止或平衡状态下，作用在液体上各种力的平衡关系。
（）选择一项：对错题目9压强和切应力属表面力。
（）选择一项：对错题目10流体惯性力与加速度方向相同。
（）选择一项：对错题目11黏滞性可以制止流体流动。
（）选择一项：对错四、计算选择题（共1题，每题15分，共15分）题目12如图所示，面积为0.5m2的平板在水面上以速度u=1m/s沿水平方向运动，水层厚度δ=2mm，假设水层内的流速呈直线分布，水温为10oC。
5.4短管的水力计算
c c
1
l
d
(5 26)
c
1
1 l
d
c (5 21)
式（5.26）与式（5.21）相比较，其右侧在分母中少了代表 出口动能的修正系数1.0，但在∑z中却增加了代表出口损失 的局部阻力系数1.0。
可见，同一短管在自由出流和淹没出流的情况下，其流 量计算公式的形式及的数值均相同，但作用水头的计量基准 不同；
②扬程H 水泵供给单位重量液体的能量，或单位重量液体通
过水泵所获得的能量，常用单位是 米（m）水柱。
现分析扬程在管路系统中 的作用。如图，取吸水池 水面与水塔水面间列能量 方程
z1
p1
v12 2g
H
z2
p2
v22 2g
hw
上式为1、2两断面间有外界能量输入的总流能量方程。
z1
p1
v12 2g
H
2、计算管顶断面 2-2 的真空高度： 取上游河面 1-1，列断面 1-1 至 2-2 的水流的能量方程， 采用绝对压强
z1
p1abs
1v12
2g
z2
p2abs
2v22
2g
hw12
以1－1断面为基准，则z1＝0，z2＝hs。取α1＝α2＝1.0， 河面水位恒定，所以，
1v12 0,
2g
p1abd pa
H
l3
吸水管
z
ζ 2
2 l2
泵
0 hs l11 1 2
压水管
ζ 3
0
hwa ζ 1
图5.10
如水泵的吸水管及压水管，虹吸管，路基涵管等，管道 不太长，但局部变化较多的管道一般均按短管计算。
hw＝∑hf＋∑hj
第五章有压管流水力计算
H
n
hf i
i1
n i1
Qi2 Ki2
li
各段流量间的关系由 连续原理确定，又可 得 n-1个方程
Qi1 Qi qi (i 2,3)
第五章 有压管流水力计
算
第五节 复杂管路水力计算
并联管道 n段并联管道的水头损失是相同的，给出n-1个方程
hf i
Qi2 Ki2
li
第五章 有压管流水力计
算
第五节 复杂管路水力计算
若沿程均匀泄流管道只有途泄流量，而贯通流量为零，则
管道水头损失相当于途泄流量集 中在管道末端泄出时水头损失的 1/3
2
Q 1 h k f 3
u 2
l
第五章 有压管流水力计
算
第五节 复杂管路水力计算
枝状管网应按最不利点设计干管，在干管各段的流量分配给定，管径由 经济流速确定的情况下，可以决定所需作用水头。此后的支管设计就成为 已知水头和流量求管径的问题。参考P150 例5-12
Q vA AC RJ K J K h f l
Q2 H hf K2 l
长管:作用水头全部 消耗于沿程损失
第五章 有压管流水力计
算
第四节 长管的水力计算
流量模数K AC R f (n, d)
H
hf
k
Q2 K2
l
当v 1.2m / s时（过渡区）， k
1 v 0.2
H
1v02
2g
2v2
2g
hw12
令 且因
H 1v02
2g
H0
hw12 hf hj
第五章 有压管流水力计算
管道过流计算方法
第四章 有压管道恒定流第一节 概述前面我们讨论了水流运动的基本原理,介绍了水流运动的三大方程,水流形态和水头损失,从第五章开始,我们进入实用水利学的学习,本章研究有压管道的恒定流.一. 管流的概念1.管流是指液体质点完全充满输水管道横断面的流动，没有自由水面存在。
2.管流的特点.①断面周界就是湿周，过水断面面积等于横断面面积；②断面上各点的压强一般不等于大气压强，因此，常称为有压管道。
③一般在压力作用而流动.1.根据出流情况分自由出流和淹没出流管道出口水流流入大气，水股四周都受大气压强作用，称为自由出流管道。
管道出口淹没在水面以下，则称为淹没出流。
2.根据局部水头损失占沿程水头损失比重的大小，可将管道分为长管和短管。
在管道系统中，如果管道的水头损失以沿程水头损失为主，局部水头损失和流速水头所占比重很小（占沿程水头损失的5%～10%以下），在计算中可以忽略，这样的管道称为长管。
否则，称为短管。
必须注意，长管和短管不是简单地从管道长度来区分的，而是按局部水头损失和流速水头所占比重大小来划分的。
实际计算中，水泵装置、水轮机装置、虹吸管、倒虹吸管、坝泄水管等均应按短管计算；一般的复杂管道可以按长管计算。
3. 根据管道的平面布置情况，可将管道系统分为简单管道和复杂管道两大类。
简单管道是指管径不变且无分支的管道。
水泵的吸水管、虹吸管等都是简单管道的例子。
由两根以上管道组成的管道系统称为复杂管道。
各种不同直径管道组成的串联管道、并联管道、枝状和环状管网等都是复杂管道的例子。
工程实践中为了输送流体，常常要设置各种有压管道。
例如，水电站的压力引水隧洞和压力钢管，水库的有压泄洪洞和泄洪管，供给城镇工业和居民生活用水的各种输水管网系统，灌溉工程中的喷灌、滴灌管道系统，供热、供气及通风工程中输送流体的管道等都是有压管道。
研究有压管道的问题具有重要的工程实际意义。
有压管道水力计算的主要容包括：①确定管道的输水能力；②确定管道直径；③确定管道系统所需的总水头；④计算沿管线各断面的压强。
水力学 第九章 有压管流
=1.0，但少了一个
§9-1 简单短管中的恒定有压流
3、淹没出流的流速与流量计算
由:
v2 z0 ξ c 2g
可得流速：
v c 2 gz0
1 1 c ξc 1.0 ξ c
其中流速系数：
流量：
Q Ac 2 gz0 μc A 2 gz0
1 1 μc c ξc 1.0 ξ c
2、水头损失 hw 计算
ξ c
l v2 v2 v2 hw h f h j λ ξ ξc d 2g 2g 2g
——为短管淹没出流总损失系数。
短管淹没出与自由出流总损失系数的关系：
ξc
1 .0 ξ c ξc
出口
—— 该值比自由出流多一个出口损失系数ξ 流速水头α ≈1.0。
短管：短管是指局部损失和流速水头(或气流动压)所占比重较大,计
算时不能忽略的管道。需要同时计算
hf
，h j ，
2
2g
的管道。
长管：管流中的能量损失以沿程损失为主，局部损失和流速水头(或 气流动压)所占比重很小，可以忽略不计的管道。
9-0 有压管流基本概念
3
（2）根据管道布置与连接情况分
1）简单管道
第九章 有压管流
§9—0 有压管流基本概念 §9—1 简单短管中的恒定有压流 §9—2 简单长管中的恒定有压流 §9—3 复杂长管中的恒定有压流 §9—4 沿程均匀泄流管道中的恒定有压流 §9—5 管网中的恒定有压流计算基础 §9—6 非恒定有压管流
第九章
有压管流
1
§9-0 有压管流基本概念
1、有压管流
§9-1 简单短管中的恒定有压流
(更新版)国家开放大学电大专科《水力学(B)》机考判断多项选择题题库及答案
(更新版)国家开放大学电大专科《水力学(B)》机考判断多项选择题题库及答案盗传必究一、判断题题目1某点存在真空，是指该点的绝对压强小于大气压强选择一项：对错题目2静止流体中某点压强的大小，不仅与其淹没深度有关还与受压面的方位有关。
选择一项：对错题目2以每个流体质点运动规律为研究对象的方法称为拉格朗日法。
选择一项：对错题目3在写总流能量方程时，过流断面上的代表点、基准面可以任意选取。
选择一项：对错题目4在过流断面突变处一般发生局部水头损失。
选择一项：对错题目5两个不同管径的管道，通过不同粘滞性的液体，它们的临界雷诺数相同。
选择一项：错题目6同一短管，在自由出流和淹没出流条件下，流量计算公式的形式及流量系数的数值均相同。
选择一项：对错题目7计算阻力损失时，短管既要考虑局部阻力损失，也要考虑沿程阻力损失，长管计算同样也要考虑这两项损失。
选择一项：对错题目8长管是指几何长度很长的管道。
选择一项：对错题目9明渠均匀流一定是恒定流。
选择一项：对错题目10测压管水头线（水面线）沿程不可能上升。
选择一项：对错题目11明渠中临界流一定是均匀流。
选择一项：对题目12明渠水流的水面线与总能水头可以重合。
选择一项：对错题目13水力最优断面时设计渠道的必须遵循的原则。
选择一项：对错题目14缓流一定是均匀流，急流一定不是均匀流。
选择一项：对错题目15只要宽顶堰下游水深超过堰顶，就为淹没出流。
选择一项：对错题目16对于闸孔出流，当闸门开度与上游水深之比时，闸孔出流转化为堰流。
选择一项：对错题目17达西定律是渗流中最基本的定律，它适用于所有的渗流。
选择一项：对错题目18选择一项：对错题目19力学相似的必要条件是几何相似，运动相似，动力相似。
选择一项：对错题目20黏滞性可以制止流体流动。
（）选择一项：对错题目21某点存在真空，是指该点的绝对压强小于大气压强。
（）选择一项：对错题目22拉格朗日法是以每一个液体质点作为研究对象，观察其运动轨迹、速度和加速度，掌握其运动状况，综合所有质点的运动，就可得到液体整体的运动情况。
5.4 管路的水力计算解析
2 l v hv 进 弯 d 2g
如图，水泵向水池抽水，两池中液面高差z=45m，吸水 管和压水管的直径均为500mm，泵轴离吸水池液面高度
h=2m。吸水管长 10m，压水管长 90m，沿程阻力系数均
为 0.03 。局部水头损失系数：吸水口 ζ 1=3.0 , 出口 ζ s=1.0 , 两个 90 度弯头 ζ
2
= ζ
3
=0.3，水泵吸水段
5
ζ
4
=0. 1 ， 压 水 管 至 水 池 进 口 ζ
=1.0 。 流 量 为
0.4m3/s。 吸水管的真空度。
解：对1-1和3-3断面列能量方程
v 000 h hw13 2g hw13 p3 l吸 v 2 ( 1 3 4 ) d 2g
c
1 200 1 0.03 0.5 2 0.25 0.12 0.4
1 Q c A 2 gH 0.2417 0.42 2 9.8 10 4 0.4254 m2 / s
例2 水箱供水，l=20m，d=40mm，λ =0.03 ，总 局部水头损失系数为 15。求流量Q=2.75L/s时的作 用水头H。
v2 H 4.5 hw32 2g pB hw32
pB
lBC v2 ( 3 4 s) d 2g
lBC v2 ( 3 4 s 1) H 4.5 d 2g 5.09mH 2O
水泵吸水管的计算
水泵从蓄水池抽水并送至水塔，需经吸水管 和压水管两段管路。水泵工作时，由于转轮的转 动，使水泵进口端形成真空，水流在水池水面大 气压的作用下沿吸水管上升，经水泵获得新的能 量后进入压水管送至水塔。
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水力分析与计算
有压短管过流能力计算
解：
1 1 1 1 1 C R6 ( ) 6 56.7 n 0.014 4 8 g 8 9.8 λ 2 0.024 2 C 56.7 1 1 μc 0.571 l 35 ( i ) 0.024 0.5 2 0.365 1 d 1
Q c A 2 gZ 0.571 0.25 3.14 12 19.6 1 1.985(m3 / s)
虹吸管中最大真空一般发生在管道最高位置。本题最 大真空发生在第二个弯头后的B-B 断面。考虑A-A断面和 B-B 断面的能量方程，则
水力分析与计算
有压短管过流能力计算
Q 1.985 3 2 . 53 ( m / s) 2 A 0.5
水力分析与计算Leabharlann 有压短管过流能力计算主 讲 人： 吴 长 春 安徽水利水电职业技术学院
2015.03
有压短管过流能力计算
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=5m 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。 问题：当虹吸管中的最大允许真空度为7m水头时，虹吸管 的最大安装高程Hs为多少？
v2
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水力分析与计算
主持单位: 广东水利电力职业技术学院 黄河水利职业技术学院院
参建单位: 杨凌职业技术学院 安徽水利水电职业技术学院 山西水利职业技术学院 四川水利职业技术学院 长江工程职业技术学
pB
v
l1 l2 v2 0 0 0 Hs hw H s ( 1 2 2) 2g 2g d 2g pB lB v2 H s ( 1 2 2) hv d 2g pB l1 l2 v2 5 15 2.532 H s hv ( 1 2 2) 7 (1 0.024 0.5 2 0.365) 6.12 (m) d 2g 1 2 9.8