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第四章 管道水力学原理;第一节 管道水流及其能量;二. 管道水流流态 管道中流动的水分为层流和紊流两种流态。 层流：当管道流速较小时，流体中液体质点彼此互不混杂，质点运动轨迹呈有条不紊的线状形态的流动。流体质点沿着与管轴平行的方向作平滑直线运动。 紊流：速度、压强等流动要素随时间和空间作随机变化，质点轨迹曲折杂乱、互相混掺的流体运动。 由层流过渡到紊流与管道直径、管内流速、液体密度和液体黏滞性有关。黏滞性越小，越容易发生紊流。 黏滞性：流体企图阻止外力作用下流体流动的特性。;雷诺数（Renolds number) Re: 用来表征流体流动情况的无量纲数;层流时，管道横断面上各点的流速分布是抛物面，断面平均流速是最大点流速的一半。;管道中流动水流产生能量损失： 水流与管壁摩擦— 管壁粗糙度、管壁附近的流速变化梯度。相同流量条件下，紊流的流速梯度比层流大。 水流内部作用的黏性。;三. 管道水流的基本规律 连续性原理 在单位时间内通过通道上任何截面的流体质量都是相等的。 根据质量守恒原理得到的。;2. 能量守恒原理 两个断面之间流入的能量一定等于流出的能量。 管道中流动的水流有：动能、势能（重力势能）和压能（压力势能）。 水头：能头，用几何高度表示能量的大小。 具有长度单位。 动能 — 水流运动；势能 — 位置高度； 压能 —管道断面压强 断面总水头：总机械能，3种能量水头的和。 ;摩擦和紊动消耗部分能量，导致能量损失 — 水头损失 水头第1断面 第2断面 水流 能量高的断面→ 低的断面;第二节 水头损失与计算;水流流经整个流程的水头损失：;沿程水头损失计算理论 管道沿程水头损失计算基本公式 （达西-威斯巴赫公式）;2. 层流的沿程阻力系数;3. 紊流的沿程阻力系数;紊流光滑区;紊流平滑区的沿程阻力系数计算公式：;紊流过渡区 随着雷诺数的增大，黏性底层厚度相对减薄，以致不能淹没管壁粗糙度。沿程阻力系数不仅与雷诺数有关，而且与管壁粗糙度有关。用可里布鲁克(Colebrook)公式计算：;紊流粗糙区 当雷诺数继续增大，黏性底层继续变薄，紊流绕过壁面突出高度时已形成小漩涡，此时管壁粗糙度对沿程阻力系数起主要作用，与雷诺数无关。;三. 沿程水头损失计算经验公式 布拉休斯公式计算塑料管道沿程水头损失 多数塑料管道的流态属于紊流光滑区：;2. 哈森-威廉斯公式计算沿程水头损失 适于较大的管道(d≥5cm)，适中的流速（≤3m/s）;四. 局部水头损失计算 计算原理 在管道系统中通常装有阀门、弯管、变截面管等局部装置。流体流经这些局部装置时流速将重新分布，流体质点与质点及与局部装置之间发生碰撞、产生漩涡，使流体的流动受到阻碍，由于这种阻碍是发生在局部的急变流动区段，所以称为局部阻力。流体为克服局部阻力所损失的能量，称为局部损失。 ;边界与水流流线越吻合,对水流干扰越小;局部损失与流速水头成正比:;在工程实际中，绝大多数管道系统是由许多等直管段和一些管道附件连接在一起所组成的，所以在一个管道系统中，既有沿程损失又有局部损失。沿程阻力和局部阻力二者之和称为总阻力，沿程损失和局部损失二者之和称为总能量损失。总能量损失应等于各段沿程损失和局部损失的总和 ——能量损失的叠加原理;2. 部分管道连接部位的局部阻力系数 绝大多数的局部水头损失要通过实验确定，因此计算中必须参照现有的局部水头损失计算图表。 ;管道断面突然减少与扩大;管道断面渐变小或扩大：;管道转弯 转弯角度为90°并光滑地转弯，局部阻力系数与管道转弯半径与管道直径的比值有关;管道分叉;管道闸阀 闸阀的局部损失比较大，取决于闸阀类型和开度。;d0闸阀内径， h开度;第三节 串联和分支管道水力计算 一. 串联管道水力计算 管道流量 串联管道: 具有不同管径、不同流量和不同管长的管段相互串联起来的管道。相互连接点为节点，节点上可以有分流。草坪灌溉系统中比较典型的串联灌溉单元如下，一个节点就是一个喷头。;2 管道直径 确定喷灌系统中各级管道的直径 → 管网设计的主要任务. 根据确定的管道材料和相应的管道规格标准，参考各种管材和管径的适宜流速，初步拟定管道直径； 通过水头损失计算校验初步拟定直径的合理性； 存在明显不合理，反复调整计算。 PVC塑料管道的适宜流速为0.5-2.0m/s，管径初步计算：;根据管道流量 选择适宜的管径;3 水头损失 管道长度依据管道布置确定。确定了管段流量、管道直径后，应用管道水头损失计算公式可以计算喷灌单元的水头损失。不同类型的喷灌单元，沿程水头损失的计算有所不同