工程流体力学_压力管道水力计算

工程流体力学第五章 压力管路的水力计算 主 讲：刘恩斌

2011年10月

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。

简单管道管道按布置分

串联管道 复杂管道 并联管道 分枝管道局部水头损失、流速水头占 总水头损失比例较大(大于 5%),计算时不能忽略

短管两种水头损失大小比重

长管

沿程水头损失水头为主， 局部损失和流速水头在总 水头损失中所占比重很小， 计算时可忽略。

注意 1 长管和短管不按管道绝对长度决定。

2 当管道存在较大局部损失管件，例如局部开启闸门、喷嘴、底阀等。既是管道很长，局部损失也 不能略去，必须按短管计算。 3 长管：忽略局部水头损失和流速水头(沿程损

失不能略去),计算工作大大简化，其对结果又没有多大影响。

压力管道水力计算的主要内容就是确定水头损失，包 括沿程水头损失和局部水头损失。

§5.11.管路系统的水力特性 管路系统的性能曲线：

管路特性曲线

管路系统流量和水头损失关系曲线( qV ~ hf)

l v2 hw d 2g 8 L 2 2 Q 5 gd Q 2

2.泵的水力特性 泵性能曲线：水泵的出水流量 qV分别与扬程H、效率 、轴功率N 的关系曲线( qV ~ H, qV ~ , qV ~ N曲线)。 其中：水泵的qV ~ H关系曲线

称为水泵的水力性能曲线

3.泵与管路系统的水力耦合工况M点工况为设计工况; qVm为设计流量; Hm为设计水头。 Hg = Hz +(zt―z0) 工况点M变，则服务水头Hz变； 水泵水力性能曲线越平坦则供水越稳定； 在管网设计时，必须校验并使之满足在最大流量下控制点的服务水 头满足设计要求。

§5.2一、简单管道

长管的水力计算

管道的种类: 简单管道 串联管道 并联管道管道直径和管壁粗糙度均相同的一根管子或这样的数 根管子串联在一起的管道系统。 计算基本公式 连续方程 沿程损失 能量方程Q vA

l v2 hw h f d 2g2 p1 v12 p2 v2 z1 z2 hw g 2 g g 2 g

§5.2

长管的水力计算

l v2 hf d 2g层流h f 4.15 L Q d4

水力光滑

Q1.75 0.25 L h f 0.0246 d 4.75

列宾宗公式Q 2 m m L hf d 5 m

Q1.877 0.123 L 混合摩擦 h f 0.0802A d 4.877

水力粗糙

Q2 L h f 0.0826 5 d

三类计算问题 简单管道的水力计算是其它复杂管道水力计算的基础。 (1)已知qV、l、d 、 、 Δ ,求hf; (2

)已知hf 、 l、 d 、 、 Δ ,求qV;

(3)已知hf 、 qV 、l、 、 Δ ,求d。

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

= NewN

计算 New 校核 NewY

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 计算 与 d的函数曲线

= NewN

计算 New 校核 NewY

由hf计算 v 、 qV

二、串联管道由不同管道直径和管壁粗糙度的数段根管子连接在一 起的管道。 串联管道特征A

1.各管段的流量相等

B2 1

H

qv qv1 qv 2 qv3......2.总损失等于各段管 道中损失之和

hw hw1 hw2 hw3......

两类计算问题 (1)已知串联管道的流量qV,求总水头H ;A (2)已知总水头H,求串联管道的流量qV 。2 1 B H

按长管计算 1h f1 v0 h f2 l1 d 1 Q1 l2 d 2 Q2l3 d3

H hf 3

Q3

1

q1

q2

lv 2 lv 2 lv 2 ( ) 1 ( ) 2 ( ) 3 H h f 1 h f 2 h f 3 2 gd 2 gd 2 gd Q1 Q2 q1 Q Q q 3 2 2

lv 2 lv 2 lv 2 ( ) 1 ( ) 2 ( ) 3 H h f 1 h f 2 h f 3 2 gd 2 gd 2 gd Q1 Q2 q1 Q Q q 3 2 2

上式是串联管道的基本公式，联立以上三式，可 解算Q、d、H 等问题。IR1 IR2 IR3

U

在长管的条件下，各段的测压管水头线与总水头

线重合，管道水头线呈折线，因为各管段流速不同，水头线坡度也各不相同。 1

h f1 v0 hf2l1 d 1 Q1 1 l2 d 2 Q2l3 d3

H hf 3

Q3

q1

q2