1、联系 QQ1165557537（二）串联管道由不同直径的管段顺次联接而成的管道称为串联管道。如中间无流量分出，则各管段流量相同。由于各管段直径不同，流速不同，需分段计算水头损失。整个管道的水头损失等于各段损失之和。如图 6-58 所示，由三段不同管径的管段组成的管道，联接点上有流量 q 流出，则各管段的流量Q1、Q2、Q3 的关系为：取 1l 和 D 断面写能量方程：当管道由几根不同直径的管段组成时：对于图 6-58 的管道，则式中 1、2、3 分别为各管段的沿程阻力系数； 1、2、3 分别为各管段的局部阻力系数之和，管段联接处的局部损失视其阻力系数对应于哪段的流速水头则计入该管段损失内。例
2、6-5-3 在图 658 所示的管道中，设l1=20m，l 2=10m，l 3=15m，d 1=80mm，d 2=lOOmm，d 3=50mm，q 1=q2=0， 1= 2= 3=002，H=7.0m。求管中流量并定性地绘制测压管水头线和总水头线。(解) 根据图 6-58 所示局部阻力有 进口、 突扩、 突缩。可查表 6-4-3 确定： 进口=05取断面 11 及断面 D 写出能量方程：V=、v=、v3 均为未知数，一个方程无法求解。写连续性方程代入以上能量方程中解得绘出总水头线及测压管水头线于图 6-5-8 中。应注意图中：1)各管段总水头线的斜 率不同，流速大的管段单位长度的损失大，总水头
3、线的斜率就大；2)各管段流速水头不同，所以总水头线与测压管水头线之间高差也不同；3)测压管水头线可以上升。图中 B 断面处由于流速减小，动能转化为压能，导致测压管水头线上升。例 6-5-4 图 6-5-9 中为水泵管路系统。该系统可将水自水池提升至高位水箱。由于水泵叶轮转动，在泵进口形成真空，水在大气压强作用下自池内进入吸水管，再通过水泵使水流能量增加(一般是增加压能)，经压水管流至高位水箱。泵轴线至水池水面的高度称为水泵的安装高度，若过大会使泵进口处真空度太大，泵不能正常工作，甚至根本吸不上水。因此水泵管道系统的水力计算往往需进行安装高度的计算。水流经过水泵将获得能量。单位重量液体通过泵所得
4、到的能量称为水泵的扬程。计算水泵的扬程也是水力计算的任务之一。它将给水泵的选择提供依据。已知吸水管长度 l=8m，管径 dl=200mm。压水管长度 l2=40m，管径 d2=150mm 沿程阻力系数 =0025。吸水管头部带底阀滤网的局部阻力系数 1=40；弯头阻力系数 2=05(每个)，逆止阀 3=50，阀门 4=05，出口 5=10。水泵进口处允许的最大真空度为 hv=6m。水泵的提水高度 H0=20m，水泵流量为501s。求：1) 水泵的安装高度 A。2)水泵的扬程及有效功率。解 1)求水泵安装高度 hs取水池水面 0-0 及泵前断面 11 写出能量方程：所以2)求泵的扬程 H 及有效
5、功率 Ne：取断面 0-0 和水箱水面 3-3 写出能量方程：(两断面间有 H 能量输入)（三）并联管道两条或两条以上的管道在同一处分开， 经一段距离后又在同一处汇合，这数条管 道就称为并联管道，如图 6510 所示。由于 A、B 两点是并联各管共有的。两点的测压管水头差 HAB 可以看作为总水头差VAV B， gvBA2相当小)。这样，经过并 联的任一条管线流动的水头损失都是相等的，即等于 HAB。式中 hw1、hw 2、hw 3 分别为经过管线 1、2、3 的水头损失。由式(6 510)有令则 式(6 513)可以写为或S 称为管段的总阻抗。由式(6 517)可知：并联各管流量之比等于各管
6、总阻抗平方根的反比。也就是说，并联各管的流量分配决定于各管阻抗的大小，阻抗小的通过的流量大、阻抗大的通过的流量就小，只有改变阻抗，才能改变流量的分配。明渠恒定均匀流天然河道和输水渠、排水沟、无压涵洞等人工渠道以及不满流管道中的水流称为明渠水流。它们都具有自由表面，表面上各点压强一般都等于大气压强，相对压强为零。所以明渠水流又称为无压流动。与有压管流是不同的。明渠水流的运动要素不随时间变化的称为明渠恒定流；沿流线不变化的称为明渠均匀流，反之则称为明渠非恒定流和非均匀流。明渠水流在渠道中流动，受到渠道横断面和渠道底坡的影响。渠道横断面的形状，尺寸沿程不变的称为棱柱形渠道，棱柱形渠道中水流的过水断面
7、的大小只随水深变化。横断面的形状或尺寸沿程有改变的则称为非棱柱形渠道。渠道底部高程沿水流方向的变化用底坡表示。如图 661(a)所示：通常 很小，所以习惯上常采用两断面间的水平距离来代替 s，则：i=tg (662)如图 6-6-1(a)i0 称为顺坡渠道；图 6-6-1(b)i=0 称为平坡渠道；图 6-6-1(c)i0，且保持不变；渠道的粗糙情况沿程没有变化；渠中水流为恒定流，且沿程流量不变。只有满足以上全部条件，才会形成明渠均匀流。明渠均匀流流线为平行直线，过水断面的形状、尺寸、水深、流量、断面平均流速、断面上的流速分布沿程均不变。所以水面线与渠底平行，总水头线与水面线平行(水面线即测压
8、管水头线)，水力坡度与测压管坡度与底坡均相等。即J=Jp=i (663)水力坡度表示单位长度上的损失，底坡 i 表示单位长度上液体位能的减少。所以明渠均匀流是在特定条件下，作用在液流上的重力和阻力相平衡的产物。它的计算特别简单，因此虽然实际工程中常遇到明渠非均匀流，但在长直的顺坡人工沟渠中，取最大流量来校核渠道的通过能力，或按最大流量来设计断面时，按均匀流计算可以很方便地得到足够正确的结果。二、明渠均匀流的水力计算明渠均匀流水力计算适用连续性方程和谢才公式：但在明渠均匀流中，J=i 所以式(6-6-4)和式(6-6-5)为明渠均匀流基本公式。明渠水流多属紊流粗糙区，所以式中谢才系数 C 通常按
9、曼宁公式或巴甫洛夫斯基公式来确定。见式(6-4-23)和式(6-4-24)。例 6-6-1 梯形断面渠道，底宽 b=3m，边坡系数 m=20(见图 6-6-2)，渠道底坡 i=00006，粗糙系数n=0025 ，渠中水流作均匀流，水深为 2m，求通过的流量 Q。解 对于梯形断面，过水断面面积湿周水力半径用式(6 65)由式(6-6-5)可知，渠道横断面、底坡、粗糙系数一定时，渠中水流看作均匀流，其通过流量与水深为一一对应的关系。而非均匀流则不然，通过同一流量而渠中水深是变化的。明渠均匀流水深与底坡也有密切关系：当流量和渠道其他条件一定时，底坡愈陡均匀流水深愈小。因此在棱柱形顺坡长渠道中，如果底
10、坡有改变，则在改变前后的那段渠道中将发生非均匀流。渠道作均匀流的水深被称为正常水深， ；在研究非均匀流各个变化的水深时，正常水深将起参照的作用。根据式(6-6-5)，可以在其他条件已知情况下，求出流量、底坡、水深或底宽。只是求水深或底宽时，由于解方程的困难，通常可用试算方法或查图来确定；例 6-6-2 是用试算方法的例子。查图则可另行参考其他水力计算手册。三、水力最优断面根据式(6-6-6)有通常底坡 i 由地形条件确定，粗糙系数 n 由渠道表面材料性质决定。于是在渠道过水断面 A 一定时(断面大小决定了工程量的大小，A 一定表示工程量一定)，要使流量 Q 最大，就必须使水力半径 R 最大。水
11、力半径 R 为过水断面面积 A 和湿周 的比值。A 既一定，就必须使湿周 为最小，才能得到最大的流量。这种湿周最小的断面，就称为水力最优断面。如果流量一定，则采用水力最优断面可使过水断面面积最小。当采用矩形断面时，若已知过水断面面积为 A，则所以水力最优断面 bh=2此时，当采用梯形断面时，若已知过水断面面积 A，边坡系数 m，则由要说明的是，水力最优断面只是从水力条件来考虑。而实际工程中还需综合考虑施工、运转、养护等因素选择最经济合理的断面。 四、无压圆管均匀流的水力计算无压圆管指不满流的圆管。在排水工程中被广泛使用。对于长直的圆管，i0，粗糙系数保持沿程不变时，管中水流可以认为是明渠均匀流
12、。见图 663。直径为 d，水深为 h 的圆形管道，其过水断面面积 A、湿周 和水力半径 R 计算公式如下：无压圆管均匀流水力计算的基本公式仍是或为了避免繁琐的计算，可以利用图 6-6-4 来计算。图中纵坐标为充满度 h/d，横坐标为无量纲流量Q/Q0 和无量纲流速 v/v0。Q0 和 v0 为圆管满流时的流量和流速。Q 与 v 则表示充满度 hd 时的流量和流速。从图中可以看出，最大流量发生在 hd=0.95 时，这时 Q/Q0=1087，因为这时的 AR23 最大；最大流速发生在 hd=081 时，这时 v/v0=116。因为这时的水力半径 R 最大，水深再加大时，过水断面面积虽有增加，但湿周增加得更快，使 R 反而减小。
