第7章__管道.ppt

基本介绍： 前面几章主要阐述了流体运动的基本概念和基本规律。从本章起，将应用前面各章所阐述的基本概念和基本方程，对给水排水、道路、桥梁等建筑工程中常见的水流现象归纳为各类典型流动进行具体分析研究。 孔口出流——若在容器壁上开孔，水经孔口流出的水力现象。 管嘴出流——若在孔口上连接长为3～4倍孔径的短管，水经过短管并在出口断面满管流出的水力现象。 有压管流——水沿管道满管流动的水力现象。 水力计算特点：孔口、管嘴出流和有压管流的水力计算，是连续性方程、能量方程以及流动阻力和水头损失规律对工程实践的具体应用。孔口出流——仅考虑局部损失管嘴出流——仅考虑局部损失短管——既考虑局部损失又考虑沿程损失长管——仅考虑沿程损失 孔口出流分类 根据孔口出流的条件，孔口出流可有以下分类： 1．小孔口、大孔口出流： 　孔口出流时其断面上各点的流速是有差异的。 若d/H≤0.1时，这种孔口称为小孔口； 若d/H＞0.1时，则称为大孔口。 2．恒定、非恒定出流： 区别于孔口的作用水头是否变化。 3．薄壁孔口、厚壁孔口出流： 若在容器壁上开一孔口，如壁的厚度不影响水的出流，水流与孔壁的接触仅仅在一条周线上，则此孔口称为薄壁孔口。反之，则称为厚壁孔口出流。 4.自由式、淹没式出流： 　　视容器中的流体与外面的流体介质是否相同而定。 圆柱形外伸管嘴的恒定出流 在孔口断面处接一直径与孔口直径完全相同的圆柱形短管. 圆柱形短管内形成收缩,然后又逐渐扩大. 短 管 出 流 定义和分类: 定义:所谓短管，是指管道的总水头损失中，沿程水头损失和局部水头损失均占相当比例，在进行水力计算时均不能忽略的管路。如有压涵管、倒虹管、水泵的吸水管和压水管等就属于短管。 分类:自由出流和淹没出流两种。 自 由 出 流 自由出流——短管中的液体经出口流入大气， 水股四周受大气压作用。 能量方程 作用水头 流速 流量 流量系数 淹 没 出 流 淹没出流——短管中的液体经出口流入下游自由表面的液体中。 能量方程 作用水头 流速 流量 流量系数 自由出流与淹没出流的异同点 相同点： 流量计算公式的形式以及流量系数的数值均相同 不同点： 两者的作用水头在计量时有所不同，自由出流时是指上游水池液面至下游出口中心的高度，而淹没出流时则指得是上下游水位差。 出口位置处的总水头线和测压管水头线的画法不同 短管水力计算的内容 四类问题： 已知水头H、管径d，计算通过流量Q； 已知流量Q、管径d，计算作用水头H，以确定水箱、水塔水位标高或水泵扬程H值； 已知流量Q、水头H，设计管道断面，即计算管径d； 分析计算沿管道各过水断面的压强。 长管的水力计算——仅考虑沿程损失 局部损失（包括速度水头）不计，损失线性下降，总水头线与测压管水头线重合 单位长阻抗——比阻a s2/m6 一.简单管道 谢才公式 对于钢筋混凝土管道，通常采用谢才公式来 计算水力坡度 式中 R——水力半径； C——谢才系数，C= 用满宁公式代入后，得到： 式中，管径d的单位为米。 计算比阻的公式 长管的计算，如管道长度 已知H、d，求Q。 已知Q、d，求H。 已知H、Q，求d。 利用长管计算的基本公式,可以解决以下三类问题： 一定，管壁材料已知时， 二.复 杂 管 道 1.串联管道——几段不同管径的简单管路依次连接 类比电路 如 如 节点流量满足连续性方程 适用于流量变化的管路,或充分利用作用水头 例：铸铁管长L=2500m，流量Q=0.25m3/s，作用水头H=25m，试设计管路.为充分利用水头，设计串联管道 解：（1）如按简单长管计算 查水力计算表 a1=0.105→d1=450mm　浪费水头，投资加大 a2=0.196→d2=400mm　水头不够或流量不够 （2）设计串联管路,充分利用水头 d1=450mm→L1 d2=400mm→L2 解得 2.并联管道——两根以上的管道，两端都接在公共点上 特点：增加流量；提高供水可靠性 流体的自调性，阻力平衡 必须满足连续性条件 能量关系: 质量关系: 例2：流量Q=4L/s的泵从两个有初始液位差h=0.5m的油箱中吸油，在节点A以前的两条管路有相同的长度l=10m和直径d=50mm，若λ=0.03，不计局部阻力，求：（1）泵开始吸油时，每个油箱流出的流量q1和q2各为多少？ 解： A点连续性方程 解得 （1） 必须pA≥0，列低油箱到A点的能量方程 会出现高位油箱向低位油箱倒灌的现象 注意：因q1=0，故q2=Q， 解得z≥1.27m （2）当h是多少时，由低位油箱流出的q2=0？ （4）当z为多高，高位油箱泄空后空气不会进入泵 内，且又可使低位油箱可泄空？ 令q2=0，解得h=1.27m （3）当h1