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第十章 管路水力计算 限制：恒定流，设α=1。 本章是应用能量方程和阻力计算来确定流速、流量，或已知管径、流量，确定阻力，即qv、Δp。工程中，一般是设计时，qv已知，预知结构，计算Δp阻力。选择机械如泵、风机。 在计算中，要用到连续方程，动量方程，能量方程，阻力计算公式。 第1页/共48页 长管只计算沿程损失而忽略局阻损失和出流速度头。是工程上的简化。 1、几个概念： 按能量损失型式将管路分为长管和短管： （1）管路系统：构成流体流动限制，并保证流体流动畅通的管件组合，简称管路。 （2）长管 ：凡局部损失和出流速度水头之和与管路的沿程阻力的和比较小，一般小于5％，这样的管路称长管或水力长管。 第2页/共48页 （ｂ）并联管路：有分支，但有共同的汇合和 起始点。 （3）短管：各项损失和出流速度头均需计及的管路，也称水力短管。 管路也可按结构分为简单管路和复杂管路： （4）简单管路：等径，无分支。 （5）复杂管路：简单管路以外的管路，即 不等径，或有分支或二者兼之。 （ａ）串联管路：首尾相连管径不同，无分支 的管路。 第3页/共48页 尽量减少动消耗，即能耗，节约能源，节约原材料，降低成本。 为达到上述目的，需计算确定qv，尺寸（Ｌ、d），损失Δp。 （ｃ）枝状管路：枝状管路起始点不同，而汇合点相同。 （ｄ）网状管路：起始和汇合均不同的不规则管路。 2、设计管路的目的 第4页/共48页 （1）已知qv和Ｌ、d，求Δp（外力流动）或供液水头Ｈ（自身流动） （2）已知Ｌ、d，Ｈ或允许Δp，求qv （3）已知qv 、Ｈ、Ｌ，确定d 3、设计方法 前两种为校核计算，后一种为设计计算 第5页/共48页 第一节 短管水力计算 以等径管路为例，说明计算方法。 第6页/共48页 由于等径，连续，V不变， 假设液体自管端流入大气，即自由出流。 以0—0为基准，对自由液面1—1和出流断面2—2列能量方程 第7页/共48页 第8页/共48页 若流入大容器，作用水头H为二液面高度差，阻力应加上出口阻力。 若不等径，只需将各处阻力系数（包括沿程）换算至同一速度。 第9页/共48页 第二节 简单长管的水力计算 以等径水平长管为例： 第10页/共48页 列能量方程: 长管出流 : 即全部能头H被阻力消耗。 第11页/共48页 以qv为例 : 第12页/共48页 称单位长度作用水头，称水力坡度。 K相当于水力坡度为1时的流量。 由于流动为阻力平方区。 第13页/共48页 第三节 串联管路的计算 因各段管路均按长管计算，只有沿程损失，故 第14页/共48页 在无泄漏时： （忽略出流速度头） 第15页/共48页 可列（i-1）个方程，与（1）式联立可解。 当有泄漏时， 第16页/共48页 第四节 并联长管的水力计算 分流前流量为qv1，合流后为qv5 内部流量为qv2 ， qv3 ， qv4 第17页/共48页 并联特点：（1）阻力相等 （2）流量 ：在支线上分流 第18页/共48页 第五节 枝状管路的水力计算 如图，不能在总管路与支管之间列方程 ，应对某一分支列（按并联）。如2、3、4线 第19页/共48页 第20页/共48页 第六节 环状管路的水力计算 各节点，根据连续性，流入qvi=流出qvo 若以流入为正，流出为负则节点方程： 通常网络布局已知。即各管的长度 li 已知，qvi 已知，求各管段的流量和设计各管的直径d 。如图。 第21页/共48页 按阻力：两节点间阻力相等。若已顺时针为正，逆时针为负，则节点间。 计算时一般采用逼近方法，即予先取，分配流量及流向，选择管径，求各段阻力，验证，否则重分配流量。一般是管路长，流量大。阻力小，流量小。 若精度要求高，则用电子计算机编程计算。 第22页/共48页 第七节 均匀泄流的水力计算 一般是在主干上，沿程泄流，把沿程流量均匀泄出的流动程均匀泄流。如蔬菜大棚中心的灌溉等。若单位长度上泄流量q（m3/s），管径为d，管长L，末端出流qvT ，总作用水头H。如图，则由连续性： 第23页/共48页 在距管段起始处x位置取微段dx。则在x处截面的流量应为末端出流量和余段泄流量之和，即： 若流动处于阻力平方区 第24页/共48页 积分上式得 为泄流量。相当于在同样水头 H作用下，末端无泄流时: 第25页/共48页 原因是：阻力压头 沿程（无泄流时不变，有泄时连续减少）因而下降。 第26页/共48页 第九节 有压管路的水击 本节介绍水击机理和减轻水击的措施。 当管件中的闭门突然关闭或水泵突然停止工作，使液流速度突然改变，这种液体动量的变化而