定性绘出下列管道的测压管水头线和总水头线.PDF

定性绘出下列管道的测压管水头线和总水头线 （a）a （b）b （c）c （d）d §5—1 水头损失的分类及产生原因 §5—2 均匀流中沿程损失的计算公式 §5—3 液体流动的两种型态 §5—4 圆管层流运动沿程水头损失的计算 第五章 液体的流动型态及水头损失 §5—7 圆管紊流沿程水头损失的计算 §5—8 计算沿程水头损失的谢才公式 §5—6 紊流中的流速分布 §5—5 紊流的特征 §5—9 局部水头损失 阀门突缩突扩 进口 转弯 V≈0 举例 如图一输水管路系统，试求其供水能力。 解：列1-1与2-2断面的能量方 程。 21 2 22 2 2 11 1 22 − +++=++ whg vpz g vpz γγ 21 2 2 0000 −+++=++ whg vH )(2 21−−= whHgv )(2 21−−== whHgAAvQ 应用实际液体恒定总流能量方程解决工程实际问题 的关键是定量地确定水头损失hw，即单位重量液体的能 量损失。 21 2 222 2 2 111 1 22 − +++=++ whg vpz g vpz α γ α γ 实际液体恒定总流 的能量方程 水头损失的产生、 大小与液体的流动型态密切相关。 若H、A一定，hw1-2增大，则Q减小； hw1-2减小，则Q增大。 阀门突缩突扩 进口 转弯 V≈0 )(2 21−−== whHgAAvQ 若Q 一定，hw1-2增大，则需要抬高水箱的水位或增大管径。 由此可见， hw1-2的大小直接影响过水能力、水箱或水塔的高 度（建筑费）、管路的断面尺寸（材料费），正确计算管路的水 头损失至关重要，直接影响工程投资。 §5—1 水头损失的分类及产生原因 一.水头损失的分类：. 实践中，为研究问题的方便，按液体流动的固体边界情 况，把水头损失分为两类：沿程水头损失和局部水头损失。 当液体受固体边界限制，流动方向沿程不变，即形成均匀 流或渐变流时，为克服沿程摩擦阻力（粘滞力）而消耗能量 引起的损失，称沿程（水头）损失，用hf表示。 1.沿程水头损失 lhf ∝ 如在河渠或管道的顺直段，断面与流速沿程不 变，将产生沿程水头损失hf。f 当液体流经固体边界突然改变的地方，由于流速或流动 方向发生急剧变化，引起较大的局部阻力，为克服这些阻 力而消耗能量所引起的损失,称局部(水头)损失，用hj表 示。 jfw hhh += 如在管道的进口、转弯、断面突扩、断面突缩、阀门等 处，断面或流速发生变化，将产生局部水头损失hj。j 2.局部水头损失 二.产生水头损失的原因：. 内因 外因 水流的流动型态。流态不同，损失计算方法不 同。 管道的长度、壁面粗糙度、断面形状、尺寸。 过水断面上与液体相接触的固体边界的周长，用χ表示 湿周 r θ o r θ θχ ⋅= r rπχ 2= 212 mhb ++=χ θctgm = 满管 过水断面与湿周的比值，用R表示。 水力半径 χ AR = r θ b h 圆管（满管） 梯形断面 矩形断面 宽矩形断面 4/2/)2/(2 drrrR === ππ 2 2 2 1212 2/)22( mhb mhbh mhb hbmhR ++ + = ++ + = )2/( hbbhR += hR b h ≈ , 10 1 水力半径 =水深= 一.均匀流的基本方程 在等直径圆管（恒定均匀流）中取出长度为 l 的一段研究平 衡。 0τ l §5—2 均匀流中沿程水头损失的计算公式 p1 p2G α 当水流形成均匀流时，沿程各过水断面形状、大小及断面平均 流速都不变化，水头损失只有沿程水头损失。它是由内摩擦力 （切力）引起。下面将研究沿程水头损失与切应力的关系。 1-1断面 A 2-2断面 A v1=v v2=v z1 z2 p1 p2 o o z1 z2 A A v 分析受力：管壁作用切应力-τ0，管轴作用重力-G，压力-P1与P2。 0τ l p1 p2G α o o z1 z2 A A 由于均匀流是等速流动，加速 度为零，所以水流方向上满足力 的平衡条件： 0=∑ F 0sin21 =−+− TGPP α 0sin)( 021 =−+− lAlApp χταγ 0)( 02121 =−−+− lA zzpp χτγ 21sin zzl −=α 0)()( 02211 =−+−+ A lpzpz γ χτ γγ v 0τ l p1 p2G α o o z1 z2 A A 0)()( 02211 =−+−+ A lpzpz γ χτ γγ 0)()( 02211 =−+−+ R lpzpz γ τ γγ 列1-1与2-2断面的能量方程： whg vpz g vpz +++=++ 22 2 22 2 2 11 1 γγ 21 vv = fh pzpz =+−+