第五章 有压管流与孔口、管嘴出流

水力学与桥涵水文 叶镇国

彭文波 编箸

第五章 有压管流与孔口、管嘴 出流 §5-1 有压管路水力计算 *§5-2 孔口出流(选讲选学内容，略) *§5-3 管嘴出流(选讲选学内容，略)

水力学与桥涵水文

叶镇国 彭文波 编著

5-1 有压管路水力计算 定义——满管流动(断面上无自由表面)的 水流。其管道又称管路。 特征 1 2 A d , d,p pa 4 管中流量变化，只引起过水断面的 p,v 变化。 水头线呈阶梯状沿程下降的折线。 可有恒定流与非恒定流，均匀流与非均流之分。2

水力学与桥涵水文

叶镇国 彭文波 编著

5-1 有压管路水力计算 类型 按管路组成分类 简单管路——管径沿程不变的管路 复杂管路——两根以上管道 组成的管路 串联管路——管段首尾串接的管路 并联管路——多根管段首尾并接的管路 管网——多种管路组合而成的管系(其组成又可有技状 或环状两类)

水力学与桥涵水文

叶镇国 彭文波 编著

5-1 有压管路水力计算 类型 按水力计算方法分类 短管——沿程水头损失与局部水头损失都必须计算 的管路。

l hw h f hd, 1000 d l hw h f , 1000 d

长管——局部水头损失可忽略不计的管路。

水力学与桥涵水文

叶镇国 彭文波 编著

5-1 有压管路水力计算 短管水力计算(简单管路) 水力计算图式

(图5-1)

水力学与桥涵水文

叶镇国 彭文波 编著

5-1 有压管路水力计算 自由出流计算公式 计算图式——图5-1a 公式推导方法——列1-1、2-2断面能量方程H 0

0v 22g

0 0

v22g hw

hw(5-1)

H0 H

2 0 v0

v22g

2g

l1 v 2 v2 v2 hw h fi h ji i i c d 2g 2g 2g (5-2a) l c i 1 i (管路阻力系数) d 6

水力学与桥涵水文

叶镇国 彭文波 编著

5-1 有压管路水力计算 当管道材料一致时(如全为钢管) 2 l v2 l v c i (5-2b) hw i c d 2g d 2g(5-3)

v2 H 0 c 2g得

(5-4a)

1 v c

2 gH 0

(5-4b)

Q Av

1 A 2 gH 0 c A 2 gH 0 c (5-4c) 1 1 c c l i d μ —自由出流流量系数 c7

水力学与桥涵水文

叶镇国 彭文波 编著

5-1 有压管路水力计算 淹没出流计算公式 计算图式——图5-1b 公式推导方法——列1-1和2-2断面能量方程H 0 0 0 0 0 hwH 0 H hw h f h j2 v2 l v H0

i c 1 d 2g 2g v 2 gH 0 (5-5a) (5-5b) c l c i d 1 Q Av A 2 gH 0 c A 2 gH 0 c (5-5c) 1 c c μs—淹没出流流量系数

水力学与桥涵水文

叶镇国 彭文波 编著

5-1 有压管路水力计算 短管水力计算(简单管路) 流量系数比较 自由出流 c 1 l 1 2 2 3 d 1

淹没出流 s

1 l 1 d

l 1 2 2 3 4 d

4 1 c s9

水力学与桥涵水文

叶镇国 彭文波 编著

5-1 有压管路水力计算 短管水力计算(简单管路) 作用水头 H0 计算比较 自由出流 H0 起算零点——水管出口中心

淹没出流 H0 起算零点——下游水面

水力学与桥涵水文

叶镇国 彭文波 编著

5-1 有压管路水力计算 计算问题及解法 1、已知 Q、d、l、 、 i,求H 0H H0 2 0 v0

解法：∵行近流速 v0 的断面 A0 A0 H

2g 解算步骤如图5-2示意：

H0

0Q 22 2 gA0

(图5-2)11

水力学与桥涵水文

叶镇国 彭文波 编著

5-1 有压管路水力计算 2、已知 H 0、d、l、 、 i,求Q 解法 法一：选定管材或衬砌方案，查△或n,计算λ(一 般多为阻力平方区)代公式(5-4c)或(5-5c) 法二：试算λ求Q,再由λ选用管材，步骤见图5-3

(图5-3)12

水力学与桥涵水文

叶镇国 彭文波 编著

5-1 有压管路水力计算 3、已知 H 0、Q、l、 、 i,求d 解：见图5-4

(图5-4)

水力学与桥涵水文

叶镇国 彭文波 编著

5-1 有压管路水力计算 例5-1 如图5-5所示ab段为路基倒虹吸有压涵和，长l=50m, 上下游水位差z=3m,沿程阻力系数λ=0.03,局部阻力系数： 进口ζ1=0.5,折弯ζ2=0.65,出口ζ3=1.0(淹没出流), 流 量Q=3 m3/s,求管径d。

(图5-5)14

水力学与桥涵水文

叶镇国 彭文波 编著

5-1 有压管路水力计算 解例5-1: 计算图式见图5-5 忽略上下游流速水头，列断面1-1、2-2能量方程有：z 0 0 0 0 0 hw l 4Q z hw h fi h ji 1 2 2 3 d 2g d 22

2

得： 3d 5 2.08d 0.745 0 解之得：d=0.98m,采用标准管径d=1m(偏安全)。

水力学与桥涵水文

叶镇国 彭文波 编著

5-1 有压管路水力计算 例5-2 如图3-12a)所示水泵抽水系统。已知吸水管 直径d1=250mm,长l1=20m,压水管直径d2=200mm, 长l2=260m,局部阻力系数：底阀ζ1=5,弯头ζ2=0.2; 阀门ζ3=0.5;出口ζ4=1,沿程阻力系数λ=0.03,吸 水 高 度 hs=3m

, 压 水 高 度 h=17m , 水 泵 扬 程 Hm=25m,求抽水量Q。