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水力分析与计算
水力分析与计算
职业教育水利水电建筑工程专业
《水力分析与计算》
总水头线与测压管水头线绘制注意问题
《水力分析与计算》项目组
2015年3月
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有压力管道总水头线与测压管水头线绘制
摘要:压力管道测压管水头线绘制是有压管道布置设计时要考虑的重点内容,绘制测压管水头线目的、压力管道进出口不同边界条件下总水头线与测压管水头线绘制及如何判断管路负压这些问题是学生学习此部分搞不清楚易出错的地方,为此对有压力管总水头线与测压管水头线绘制进行详解,供学生参考。
关键词:压力管道;测压管水头线绘制;总水头线绘制;负压判断
1.测压管水头线绘制目的
我们知道有压管道靠压力流动的,有压力管道在输水过程中,有时因有压管道管轴线位置过高或管中流速过大,管道的局部管段会产生负压也就是相对压强小于零,即真空,当真空度较大时,水流在负压区液体汽化为气体形成气泡,气泡随水流到高压区瞬间破灭,气泡动量瞬间变为零,随着气泡破灭瞬间会对固体边壁产生强大冲击力,久而久之,固体变比材料发生剥落形成麻面蜂窝,这种现象产生工程中叫气蚀。固体边壁因气蚀而破坏,所以工程中很关心压强沿程变化,尽可能避免出现过大负压。因此,在设计管道时应分析管流压强沿程变化,了解并控制各过水断面上压强的大小,判断有压管道中哪些局部管段会出现负压。
2.绘制测压管水头线思路方法
知道了为什么分析压强沿程变化,下面讲分析压强沿程变化采用的方法和具体措施。
能量方程可求断面压强,能量方程左右两边反映的是断面总水头的沿程变化,思路是由能量方程先分析断面总水头(z+p/r+v2/2g),再分析各断面测压管水头(z+p/r),再分析各断面压强水头p/r,最后分析压强大小p。也就是说要分析管流压强沿程变化则需要沿管道找几个典型过水断面,分析确定各个典型过水断面的总水头和测压管水头位置,然后沿程把各断面总水头连起来就是总水头线,同理沿程把各断面测压管水头连起来就是测压管水头线,也就是说通过绘制总水头线和测压管水头线(简称两线)分析压强沿程变化。
3.总水头线和测压管水头线定量绘制
总水头线和测压管水头线绘制分定量绘制和定性绘制,下面先讲定量绘制。
以下图为例讲解总水头线和测压管水头线定量绘制。
先沿管道找几个典型断面1-1、2-2、3-3、4-4、5-5,然后进行一下计算。
(1)选定基准面(管道出口管轴线0-0),计算管道进口前1-1断面的总水头H1;
(2)计算出各管段的沿程水头损失和各个局部水头损失;
(3)计算出分界断面的总水头及测压管水头;
(4)以基准面为横标,以垂直基准面为纵标表示总水头或测压管水头,在各断面以一定比例确定纵标位置,即总水头、测压管水头位置,然后沿流程把各断面总水头和测压管水头连起来即可绘制出总水头线、测压管水头线。
重要工程均需要定量绘制两线。
4.总水头线和测压管水头线定性绘制
有些工程只需要定性绘制两线即可。以下图为例讲解如何定性绘制两线。
4.1定性绘制总水头线和测压管水头线注意几点
(1)先绘总水头线再绘测压管水头线,绘制总水头线一般从上游进口断面开始,向下游绘制,测压管水头线一般从出口断面开始,向上游绘制;
(2)测压管水头线低于总水头线一个流速水头值;对于管径不变的管道,二者为倾斜下降相互平行的直线;
注意的是对于管径不同的管道,二者仍相差一个流速水头值,但因流速不一样,管径不同的管道两线间距不一样,管径越大流速越小两线间距越小,一会举例说明。
(3)有局部水头损失断面假设局部水头损失集中在一个断面上,总水头线画成竖直下降的直线。
(4)在绘制水头线时,应注意管道进、出口的边界条件。
4.2管道进口两线绘制
上面讲了定性绘制两线注意的4个问题,最重要的、学生容易出错的是管道进、出口的边界条件不同两线如何绘制,下面先进行管道进口情况分析。
无论上游水池中流速是否等于零,水面线即为测压管水头线,这一点分析下:水池中水流认为是均匀流或渐变流,在水池中任意选一过水断面,代表点选在水面处,代表点的测压管水头为z+p/r,其中p/r=0,压管水头等于z,z表示水面到基准面距离,无论基准面选到哪,以基准面为横坐标,以垂直基准面为纵坐标,表示此断面处测压管水头位置时都在水面处,所以水面线即为测压管水头线。
图1图2对于图1
图1图2
对于图2,先分析总水头线,在水池中水面线即为测压管水头线,因流速不等于0,总水头线比水面线高一个行近流速水头,在管道进口处有局部损失,总水头线竖直下降,因此处局部损失大于水池中的行进流速水头,总水
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