1、基本概念基本概念：1 1、压力管路、压力管路：在一定压差下，液流充满全管的流动管在一定压差下，液流充满全管的流动管路。路。管路中的压强可以大于大气压，管路中的压强可以大于大气压，eg：泵的压水管：泵的压水管也可以小于大气压，也可以小于大气压，eg：泵的吸水管：泵的吸水管 2 2、简单管路、简单管路：是指管径、流速、流量沿程不变，且是指管径、流速、流量沿程不变，且无分支的单线管道。无分支的单线管道。d=C 复杂管路复杂管路：是指由两根以上管道所组成的管路系统。是指由两根以上管道所组成的管路系统。 3 3、长管、长管：局部损失与速度水头局部损失与速度水头的总和与沿程损失相的总和与沿程损失相比很小，
2、以至于可以忽略不计的管道。比很小，以至于可以忽略不计的管道。 (局部水头损失和流速水头所占比重小于局部水头损失和流速水头所占比重小于5%-10%) 短管短管：局部损失与速度水头的总和超过沿程损失或与局部损失与速度水头的总和超过沿程损失或与沿程损失相差不大，计算水头损失时不能忽略的管道。沿程损失相差不大，计算水头损失时不能忽略的管道。 4 4、管路的特性曲线、管路的特性曲线： 定义：定义：水头损失与流量的关系曲线。水头损失与流量的关系曲线。 S管道摩阻。管道摩阻。225222282)4(2SQQdgLgdQdLgvdLhll 5.1.1 5.1.1 短管的水力计算短管的水力计算 沿程损失、局部损
3、失分别计算，不可忽略沿程损失、局部损失分别计算，不可忽略 5.1.2 5.1.2 长管的水力计算长管的水力计算 如图，由水池接出一根管路，建立如图所示基准面，如图，由水池接出一根管路，建立如图所示基准面，取取11、22断面建立伯努利方程：断面建立伯努利方程： 对于对于长管长管，则有：，则有：Hhf， hf由蔡西公式确定：由蔡西公式确定： 式中：式中：K为为流量模数流量模数或特性流量或特性流量 水力坡度等于水力坡度等于1时的流量。时的流量。l222a211ah2gp02gpHvv22fKhlQ 例例5.1：水泵管路如图，铸铁管直径水泵管路如图，铸铁管直径d=150mm，管长，管长l=180m，管
4、路上装有吸水，管路上装有吸水网（无底阀）一个，全开截止阀一个，管半径与网（无底阀）一个，全开截止阀一个，管半径与曲率半径之比为曲率半径之比为r/R=0.5的弯头三个，高程的弯头三个，高程h=100m，流量，流量Q=225m3/h，水温为，水温为20。 试求试求水泵的输出功率。水泵的输出功率。c值可按值可按巴甫洛夫斯基公式巴甫洛夫斯基公式计算：计算： 式中：式中：R水力半径（米）。适用范围水力半径（米）。适用范围0.1R3 n粗糙系数，视材料而定。粗糙系数，视材料而定。 y与与n及及R有关的指数。有关的指数。 对于一般输水管道，常取对于一般输水管道，常取 y1/6。曼宁公式：。曼宁公式： K可根
5、据可根据d、n查表选取。查表选取。 8gc2c8g蔡西系数蔡西系数 或或 )/( d462. 34dd418gRcAK352秒米yRnc1)n(Rny10075013052.611Rnc 1）已知流量已知流量Q、管长、管长l、管壁粗糙系数、管壁粗糙系数n、能量损失、能量损失hf（或作用水头（或作用水头H）时，可通过特性流量）时，可通过特性流量K求出管道求出管道直径直径d。（。（d需规格化）需规格化） 2) 已知流量已知流量Q、管长、管长l和管径和管径d时，可求出能量损失。时，可求出能量损失。 3）已知管长已知管长l、管径、管径d和能量损失，可求出流量和能量损失，可求出流量Q。问题：问题：图示两
6、根完全相同的长管道，只是安装高度不图示两根完全相同的长管道，只是安装高度不同，两管道的流量关系为：同，两管道的流量关系为：A.Q1Q2； C.Q1=Q2； D.不定。不定。公式公式 22fKlQh 可用以解决下列三类问题：可用以解决下列三类问题： C22fKQhl秒）升/(2283250030250HQKl秒）（升/1892500301727HKQl秒）（升/2702500302464HKQl 5.2.1 5.2.1 串联管路串联管路 由直径不同的数段管子串联在由直径不同的数段管子串联在 一起组成的管路。一起组成的管路。 流量流量：各段不一定相同，但每一段范围内不变。（可各段不一定相同，但每一
7、段范围内不变。（可在每段末端分出）在每段末端分出） 每一段都是简单管路每一段都是简单管路 整个管路总水头损失：整个管路总水头损失：按长管计算按长管计算 若无分出流量，各段流量相同，则：若无分出流量，各段流量相同，则：2nn2n2222221121n12ii2ifKQKQKQKQhHllllin1i2ii2fKQhHl5.2.2 5.2.2 并联管路并联管路两条或两条以上的简单管道在两条或两条以上的简单管道在同一点分出同一点分出，又，又在另一在另一点汇合点汇合的管路。的管路。 如图，管段如图，管段1、2、3为节点为节点A、B间的并联管路，其在间的并联管路，其在A、B间的水头损失相同。间的水头损失
8、相同。即：即：hfAB =hf1=hf2=hf3流量关系流量关系：Q=Q1+Q2+Q3注意注意：A、B间间1、2、3管段管段的比能损失相等，各管段的的比能损失相等，各管段的总机械能损失不一定相等总机械能损失不一定相等（流量不同）。（流量不同）。233232222221121KlQKlQKlQ 例例5.4：如图各并联管段的直径和长度分别为如图各并联管段的直径和长度分别为d1= 150mm，l1=500m，d2=150mm，l2=350m，d3=200mm，l3=1000m。管路。管路总的流量总的流量Q=80L/s，所有管段均为正常管。，所有管段均为正常管。 试求并联管路各管段的流量是多少？并联管
9、路的水试求并联管路各管段的流量是多少？并联管路的水头损失是多少？头损失是多少？ 解解：正常管：正常管 K K1 1=K=K2 2=158.4L/s=158.4L/s，K K3 3=341.0L/s=341.0L/s 根据并联管路水头损失根据并联管路水头损失h hf1f1=h=hf2f2=h=hf3f3得：得：1121122195. 1QQllKKQ1131133522. 1QQllKKQ 并联管路流量关系：并联管路流量关系： Q=Q1+ Q2+ Q3 =（1+1.195+1.522）Q1 = 3.717 Q1=80 Q1=21.52L/s Q2=25.72L/s Q3=32.76L/s 并联水
10、头损失：并联水头损失：OmHlKQhf2221212123. 95004 .15852.21 【例例】如图所示的具有并联、串连管路的虹吸管，已如图所示的具有并联、串连管路的虹吸管，已知知H40m， l1200m，l2100m，l3500m，d10.2m，d20.1m，d30.25m，各管段均为正常管。求，各管段均为正常管。求总流量总流量Q。 【解解】管管1和管和管2并联，此并联管路又与管并联，此并联管路又与管3串连，因串连，因此：此：Hhf2+hf3， 查表得：查表得：K1341.0L/s，K253.72L/s，K3618.5L/s， 总流量总流量 QQ1Q2，故，故Q20.1822Q 即即4
11、00.002457Q，Q127.6 升升/秒秒123H2222223322222232002457. 05 .61850072.53100)1822. 0(KQKQQQQllhhHff2222221121KQKQll221221214885. 420010072.53341QQllKKQQ 连续出流管路：连续出流管路：沿管长连续向外泄出流量沿管长连续向外泄出流量Qp的管路。的管路。 通过流量通过流量QT：某管段内通过的固定不变的流量。某管段内通过的固定不变的流量。 途泄流量途泄流量Qp：沿管长连续向外泄出的流量。沿管长连续向外泄出的流量。 连续均匀出流管路：连续均匀出流管路：沿管段任一单位长度
12、上连续分配沿管段任一单位长度上连续分配的流量都一样。的流量都一样。 对连续均匀出流管路：对连续均匀出流管路： 近似式近似式 lQqp)QQQQKlh2ppT2Tf312（2pT2f)Q55. 0QKh（l比流量比流量 实际计算时，引入计算流量：实际计算时，引入计算流量： 当当QT0时：时：22cfKQhlpTcQ550QQ.231KlQh2pf结论结论：连续均匀出流管路的能量连续均匀出流管路的能量损失，仅为同一通过流量所损失损失，仅为同一通过流量所损失能量的能量的1/3。2pT2f)Q55. 0QKh（l 类型类型枝（树）状管网枝（树）状管网环状管网环状管网经济流速：经济流速：d=100400
13、mm：ve=0.60.9m/s d=4001000mm：ve=0.91.4m/s 例：枝状管网从水塔例：枝状管网从水塔B沿沿B-1干线输送用水，已知每干线输送用水，已知每段的流量及管路长度，段的流量及管路长度，B处地形标高为处地形标高为28m，供水，供水点末端点点末端点4和和7处标高为处标高为14m，保留水头均为，保留水头均为16m，管道用普通钢管。管道用普通钢管。 求每段直径、水塔高度。求每段直径、水塔高度。1、枝状网水力计算、枝状网水力计算已知数值已知数值计算所得数值计算所得数值管段管段管段长度管段长度l管段流量管段流量q(L/s)管道直径管道直径d(mm)流速流速v(m/s)水头损失水头
14、损失hf(m)上侧支管上侧支管3-42-31-2350350200 2003003500.790.640.831.880.700.56下侧支管下侧支管6-75-61-5500200300 1502002500.760.790.813.631.081.27水塔到分水塔到分叉点叉点B-1400 4000.961.2325458013.52540120 计算原则：计算原则： （1）各节点流入流量等于流出流量。（流）各节点流入流量等于流出流量。（流入为正，流出为负）入为正，流出为负） （2）任一闭合环水头损失之和为零。（顺）任一闭合环水头损失之和为零。（顺时针为正，逆时针为负）时针为正，逆时针为负）
15、2、环状网水力计算、环状网水力计算Q Q1 1Q Q2 2Q Q3 3Q Q4 4Q Q5 5Q Q6 621q32q63q52q41q54q65q4 45 56 63 32 21 1hqqhp例题：环状网计算。按最高时用水量例题：环状网计算。按最高时用水量Qh=219.8L/s，计算如下图所示管网。，计算如下图所示管网。 孔口分类：孔口分类： 大孔口大孔口 H/d10 小孔口小孔口 H/d10 5.3.15.3.1薄壁小孔口定常出流薄壁小孔口定常出流 薄壁：出孔水流与孔壁仅薄壁：出孔水流与孔壁仅在周线上接触，即孔壁厚在周线上接触，即孔壁厚度对出孔水流没有影响。度对出孔水流没有影响。 1 1、
16、小孔口的自由出流、小孔口的自由出流 液体经容器壁上孔口流出的水力现象。液体经容器壁上孔口流出的水力现象。 列列0-0和和c-c的伯努利方程：的伯努利方程： 整理后得：整理后得： lcchgvgvH222200gvhhcrl2200acpp0 . 10c)2(211200gvHgvc令：令： 流速系数流速系数 作用水头作用水头忽略忽略v0，则，则H0=H011gvHH2200gHvc2 小孔口自由出流流量：小孔口自由出流流量： 薄壁小孔口自由出流的基本公式薄壁小孔口自由出流的基本公式 系数说明：系数说明： ：流量系数，：流量系数， = =0.580.62 ：孔口的收缩系数：孔口的收缩系数 0.6
17、00.64 ：流速系数，：流速系数，0.970.98 0：孔口局部阻力系数：孔口局部阻力系数gHAgHAAvQcc22AAc/00111c6.0017.90111220 孔口出流淹没在下游水面之下。孔口出流淹没在下游水面之下。 由伯努利方程：由伯努利方程： lhgvpHgvpH222222221111gvhhcsrl22整理后得：整理后得：gvHHc2)1 (221得：得：gHHHgvc2)(21121gHAgHAAvQcc22孔口淹没出流的流速和流量均与孔口淹没出流的流速和流量均与孔口的孔口的淹没深度无关淹没深度无关，也无，也无“大大”、“小小”孔口的区别。孔口的区别。1s淹没孔口局部阻力系
18、数淹没孔口局部阻力系数 在孔口接一段长在孔口接一段长l=l=（34）d的短管，液流经过短管的短管，液流经过短管并并充满出口断面充满出口断面流出的水力现象。流出的水力现象。 根据实际需要管嘴可设计成：根据实际需要管嘴可设计成： 1 1）圆柱形：内管嘴和外管嘴）圆柱形：内管嘴和外管嘴 2 2）非圆柱形：扩张管嘴和）非圆柱形：扩张管嘴和 收缩管嘴。收缩管嘴。1 1、圆柱形外管嘴定常出流、圆柱形外管嘴定常出流 管嘴面积为管嘴面积为A A，管轴为基准面，管轴为基准面， 列列0-00-0，b-bb-b伯努利方程伯努利方程 laahgvpgvpH222200 则：则： 所以：所以： 若不考虑若不考虑v0影响
19、：影响： =0.82 结论：结论：管嘴可增大出流量，管嘴可增大出流量， 管嘴出流量为孔口的管嘴出流量为孔口的1.32倍。倍。 gvH2)1 (20002211gHgHv0022gHAgHAvAQgHv2gHAQ2 孔口外面加管嘴后，增加了阻力，但是流量反而增孔口外面加管嘴后，增加了阻力，但是流量反而增加，这是由于收缩断面处真空的作用。加，这是由于收缩断面处真空的作用。 对圆柱形外管嘴对圆柱形外管嘴：=1=1，=0.06=0.06，=0.64=0.64， =0.82=0.82 vvAAvcc1 lcccahgvpgvpH222200Hgvppcca2)1 (2HHppca221075. 074.
20、 0HHppca 收缩断面的真空是有限制的，如长江中下游收缩断面的真空是有限制的，如长江中下游地区，当真空度达地区，当真空度达7 7米水柱以上时，由于液体米水柱以上时，由于液体的压强低于饱和蒸汽压时会发生汽化的压强低于饱和蒸汽压时会发生汽化 。 圆柱形外管嘴的正常工作条件是：圆柱形外管嘴的正常工作条件是：(1)(1)作用水头作用水头H H0 099米；米；(2)(2)管嘴长度管嘴长度l=(3l=(34)4)d d。 1、长管：长管：局部损失与速度水头的总和与沿程损失局部损失与速度水头的总和与沿程损失相比很小，以至于可以忽略不计。相比很小，以至于可以忽略不计。 2、从水池引出从水池引出长管长管，
21、出口与水池液面高差为，出口与水池液面高差为H，则有：则有：Hhf。 3、串联管路：串联管路：由直径不同的数段管子串联在一起由直径不同的数段管子串联在一起组成的管路。组成的管路。 整个管路比能损失整个管路比能损失=各段管路比能损失之和各段管路比能损失之和 4、并联管路：并联管路：两条或两条以上的管线在同一处分两条或两条以上的管线在同一处分出，又在另一处汇合。出，又在另一处汇合。 各并联管段的比能损失相等各并联管段的比能损失相等。22fKQhl 5、孔口出流：、孔口出流： 孔口淹没出流的流速和流量均与孔口的淹孔口淹没出流的流速和流量均与孔口的淹没深度无关，也无没深度无关，也无“大大”、“小小”孔口
22、的孔口的区别。区别。 6、管嘴出流：、管嘴出流： 管嘴可增大出流量，管嘴出流量为孔口的管嘴可增大出流量，管嘴出流量为孔口的1.32倍。倍。gHAgHAAvQcc22 5.2：水从高位水池流向低位水池，已知水面高差：水从高位水池流向低位水池，已知水面高差为为H=12m，管长，管长l=300m，水管直径为，水管直径为100mm的清洁钢管。求水管中流量为多少？当流的清洁钢管。求水管中流量为多少？当流量为量为Q=150m3/h时，水管的直径应该多大？时，水管的直径应该多大？ 5.4：如图，设输水管路的总作用水头：如图，设输水管路的总作用水头H=12m，管路上各管段的管径和管长分别为：管路上各管段的管径
23、和管长分别为：d1=250mm，l1=1000m，d2=200mm，l2=650m，d3=150mm，l3=750m。管子为。管子为清洁管，局部损失忽略不计。清洁管，局部损失忽略不计。 试求各管段中的损失水头，并作出测压管水头线。试求各管段中的损失水头，并作出测压管水头线。 解解：K1=703.5L/s, K2=388.0L/s, K3=180.2L/s 由题意：由题意： 所以：所以： 各管段水头损失分别为：各管段水头损失分别为：OmHlKQhf22212121824. 010005 .70319.20OmHlKQhf2222222276. 165038819.20OmHlKQhf222323
24、23416. 97502 .18019.2012)(2332222112KlKlKlQhHfsLKlKlKlQ/19.202 .1807503886505 .70310001212222233222211 5.6：水由水塔：水由水塔A流出至流出至B点后有三支管路，至点后有三支管路，至C点又合点又合三为一，最后流入水池三为一，最后流入水池D，各管段尺寸分别为，各管段尺寸分别为d1=300mm，l1=500m，d2=250mm，l2=300m， d3=400mm，l3=800m， dAB=500mm，lAB=800m， dCD=500mm，lCD=400m。管子为正常情况，流量在。管子为正常情况，
25、流量在B点为点为250L/s，试求全段管路的损失水头。，试求全段管路的损失水头。 5.10：如图，两水池的水位：如图，两水池的水位H=24m，l1=l2=l3=l4=100m，d1=d2=d4=100mm，d3=200mm，沿程阻力系数沿程阻力系数1=2=4=0.025，3=0.02，除阀门外，其他局部阻力忽略。，除阀门外，其他局部阻力忽略。（1）阀门局部阻力系数）阀门局部阻力系数=30，试求管路，试求管路中的流量；（中的流量；（2）如果阀门关闭，求管路流）如果阀门关闭，求管路流量。量。明明渠渠 6.1 明渠流的概念明渠流的概念 1 1、明渠（、明渠（channelchannel）：人工渠道、
26、天然河道以及不满流：人工渠道、天然河道以及不满流管道的统称。管道的统称。 2 2、明渠流（、明渠流（channel flowchannel flow）：具有露在大气中的：具有露在大气中的自由自由液面液面的槽内液体的流动，或称无压流（的槽内液体的流动，或称无压流（free flow）。）。 3、明渠流动的特点：、明渠流动的特点： 具有自由液面，具有自由液面，p0=0，为无压流（满管流为压力流），为无压流（满管流为压力流） 湿周湿周是过流断面固体壁面与液体接触部分的周长，是过流断面固体壁面与液体接触部分的周长，不等于过流断面的周长；不等于过流断面的周长； 4、明渠断面常见形状：、明渠断面常见形状：
27、5、明渠定常流、明渠定常流：明渠中水力要素不随时间变化。：明渠中水力要素不随时间变化。6、明渠定常均匀流、明渠定常均匀流：渠槽断面形式不变，液流在固定：渠槽断面形式不变，液流在固定水深下运动的明渠定常流。水深下运动的明渠定常流。重力是流体流动的动力，为重力流（管流则是压力流）重力是流体流动的动力，为重力流（管流则是压力流） 渠道的坡度影响水流的流速、水深。坡度增大，则流渠道的坡度影响水流的流速、水深。坡度增大，则流速增大，水深减小；速增大，水深减小； 边界突然变化时，影响范围大。边界突然变化时，影响范围大。 对明渠定常均匀流：对明渠定常均匀流： A、各断面平均流速相等各断面平均流速相等 B、水
28、力坡度水力坡度i、水面坡度、水面坡度ip（压力坡度）、渠底坡（压力坡度）、渠底坡度度ib相等，即相等，即i=ip=ib 即：总比能线、比压线、渠底坡面线是三条平行即：总比能线、比压线、渠底坡面线是三条平行的直线。的直线。 7、明渠定常均匀流的发生条件：、明渠定常均匀流的发生条件： 流量流量Q常数；常数； 过流断面过流断面A、水深、水深h、平均流速、平均流速v沿程不变；沿程不变； 渠底坡度固定不变，且渠底坡度固定不变，且ib=ip=i； 渠槽粗糙系数渠槽粗糙系数n常数；常数； 没有局部摩阻。没有局部摩阻。 想一想：想一想：明渠流与满管流最大的区别在于前者明渠流与满管流最大的区别在于前者是是 ，而
29、后者是，而后者是 。无压流无压流有压流有压流 6.2.1 基本计算公式基本计算公式 明渠流受力：重力、槽壁摩擦力明渠流受力：重力、槽壁摩擦力 明渠定常均匀流：平均流速明渠定常均匀流：平均流速 蔡西公式蔡西公式 流量：流量： 式中：式中： K渠槽的流量模数，渠槽的流量模数，iiRcR8gviKi RcAAQv RcAKv2v1P20GABCDP1Ff蔡西系数蔡西系数c：单位单位 m0.5/s6.2.2 计算平均流速的经验公式计算平均流速的经验公式蔡西系数蔡西系数c：常用计算公式常用计算公式：1、岗古立公式：、岗古立公式：适用于渠底坡度较小的明渠。适用于渠底坡度较小的明渠。n：粗糙系数。：粗糙系数
30、。2、曼宁公式：、曼宁公式： 说明：说明：v与与R、n、i的关系：的关系：R越大越大v越大：越大：A一定时，一定时，R大则湿周小，摩擦阻力小；大则湿周小，摩擦阻力小；n越大越大v越小：越小：n大，摩擦阻力大；大，摩擦阻力大；i越大越大v越大：越大：i大，重力沿流向分量大，大，重力沿流向分量大，v大。大。适用于适用于n0.02及及R0.5米渠底坡度较陡的明渠。米渠底坡度较陡的明渠。2132i Rn1v611Rnc Rnnc231231 3、巴生公式：、巴生公式： 粗糙度系数。粗糙度系数。 4、巴甫洛夫斯基公式：、巴甫洛夫斯基公式： 适用于适用于0.1mR3m的明渠。可查表。的明渠。可查表。yRn
31、c1Rc187)10. 0(75. 013. 05 . 2nRny例例：一矩形：一矩形光滑木质明渠光滑木质明渠，底宽，底宽b=0.4m，渠底坡，渠底坡度度ib=0.005，水深，水深h=0.2m。如液流为定常均匀。如液流为定常均匀流，试分别用各经验公式求其流量。流，试分别用各经验公式求其流量。 6.2.3 流速分布规律流速分布规律 流动状态流动状态：层流、紊流。：层流、紊流。 判别标准判别标准 Recr=300 雷诺数雷诺数 6.2.3.1 层流的速度分布层流的速度分布 式中：式中：h水深；水深； y离渠底的距离。离渠底的距离。 抛物线分布规律抛物线分布规律 液流表面流速最大：液流表面流速最大
32、： 积分得：积分得： 断面平均流速：断面平均流速：RRevy)-y(2h2i u2h2i umax33hiQmax2323uhivclgyKghiu32.液面液面处流速最大，液面下处流速最大，液面下0.6h0.6h处的处的流速等于断面垂线的平均速度。流速等于断面垂线的平均速度。 6.3.1 水力最佳断面尺寸的确定水力最佳断面尺寸的确定 1、水力最佳断面水力最佳断面（the best hydraulic section）：）：当渠道底坡、粗糙系数及面积大小一定时，能够当渠道底坡、粗糙系数及面积大小一定时，能够获得最大流速或通过最大流量时的断面形式。获得最大流速或通过最大流量时的断面形式。 或者：
33、当或者：当流量一定，所需最小的过流断面流量一定，所需最小的过流断面。21323521321iAni RnAi RcAQ R161nc2132 R1inRicv （曼宁公式：（曼宁公式： ) ) 说明：说明： 1）具有水力最佳断面的明渠均匀流，当具有水力最佳断面的明渠均匀流，当i，n，A给定时，水力半径给定时，水力半径R 最大，即湿周最大，即湿周最小的最小的断面能通过最大的流量。断面能通过最大的流量。 2） i，n，A给定时，湿周给定时，湿周最小的断面是最小的断面是圆形圆形断面，断面， 即明渠水力最佳断面即明渠水力最佳断面。 实际工程中实际工程中：多用梯形、矩形：多用梯形、矩形 渠底宽渠底宽b，
34、水深，水深h，边坡系数，边坡系数m A（b+mh）h212mhb212mhmhhA即即对最佳断面：湿周最小时，对最佳断面：湿周最小时， 0dhd可得：可得： 222h m)hm1(2Amm122m)hm12(mh-m)hm12(mh-b22hAm)m12(hb2（相对宽度相对宽度）mh（1）底宽和渠深的关系）底宽和渠深的关系 2hAR（2）确定梯形最佳水力断面的边坡系数）确定梯形最佳水力断面的边坡系数m结论结论：明渠最佳水力断面水力半径等于水深的一半。：明渠最佳水力断面水力半径等于水深的一半。（梯形、半圆、矩形都适用）（梯形、半圆、矩形都适用） 结论结论：斜边与水平面夹角：斜边与水平面夹角60
35、时梯形水力断面最佳。时梯形水力断面最佳。 （3）l与与b的关系：的关系： 梯形最佳水力断面：梯形最佳水力断面：lb 结论结论：梯形水力最佳断面：梯形水力最佳断面正六边形的一半正六边形的一半mhmhmhhmmmhb21412)1(2122222得：得：01122 mm30tan31mhhmmb32)1(22hmhhl32)(22（4 4）水力半径）水力半径R R 通常，已知边坡系数通常，已知边坡系数m、粗糙系数、粗糙系数n 1、求过流能力、求过流能力Q：已知：已知ib、b、h，求，求Q b、hA、R 2、求渠底坡度、求渠底坡度ib：已知：已知Q、b、h，求，求ib b、hA、R ，ibiQ2c2
36、A2R R161nci RcAQ R161nc 3、确定断面尺寸、确定断面尺寸b、h：已知：已知Q、ib，求，求b、h。 先给定一个先给定一个h，用不同的，用不同的b试算试算Q； 先给定一个先给定一个b，用不同的，用不同的h试算试算Q； 对水力最佳断面，已知对水力最佳断面，已知m，用不同的，用不同的h试算试算Q（或（或K， ）；或利用曼宁公式，）；或利用曼宁公式， ，直接解出，直接解出h。 问题：问题：水力最佳断面是：水力最佳断面是： A、造价最低的渠道断面；、造价最低的渠道断面； B、壁面粗糙系数最小的断面；、壁面粗糙系数最小的断面； C、对一定流量具有最大断面面积的断面；、对一定流量具有最
37、大断面面积的断面； D、对一定的面积具有最小湿周的断面。、对一定的面积具有最小湿周的断面。 RcAiQK21321i Rnv2132i RnAi RcAQ D 例例6.26.2 已知明渠过流量已知明渠过流量QQ0.2m0.2m3 3/s /s，渠底坡度，渠底坡度i ib b=0.005=0.005，边坡系数边坡系数mm1.01.0，粗糙系数，粗糙系数n n0.0120.012，断面为梯形，确，断面为梯形，确定定水力最佳水力最佳断面尺寸断面尺寸b b和和h h。 解：解：（1 1）假定不同的假定不同的h h，试算，试算Q Q：R Rh/2h/2 查表查表6.66.6：m m1.01.0时，时，1
38、.831.83，0.830.83， 即即A A1.83h1.83h2 2，b b0.83h0.83h h h0.2m0.2m：R R0.1m0.1m，A A0.0732m0.0732m2 2，c c56.7756.77， Q Q0.093m0.093m3 3/s/s h h0.3m0.3m：R R0.15m0.15m，A A0.165m0.165m2 2，c c60.7460.74， Q Q0.274m0.274m3 3/s/si RcAQ h0.27m：R0.135m，A0.133m2，c=59.69， Q0.206m3/s h0.27m时，流量基本符合要求。此时，时，流量基本符合要求。此时
39、， b0.83h0.22m （2）利用曼宁公式计算利用曼宁公式计算 ，A1.83h2，Rh/2，i0.005，n0.012 Q6.793h8/3，0.26.793h8/3，得，得h0.27m， b0.83h0.22m2132i RnAi RcAQ 6.1：一刨光矩形木质明渠，底宽一刨光矩形木质明渠，底宽b=0.5m，渠底，渠底坡度坡度ib=0.0005，水深为，水深为h=0.2m，求过流能力，求过流能力Q及断面平均流速及断面平均流速v。 6.4：梯形断面明渠，已知：梯形断面明渠，已知Q=0.2m3/s，i=0.0001，m=1.0，n=0.02，求水力最佳断，求水力最佳断面尺寸。面尺寸。 6.
40、5：矩形混凝土明渠，已知矩形混凝土明渠，已知Q=0.1m3/s，i=0.0001，设计水力最佳断面。，设计水力最佳断面。 6.4.16.4.1堰流的基本概念堰流的基本概念 1 1、堰流：、堰流：水流经堰顶下溢的水力现象。水面呈连续降水流经堰顶下溢的水力现象。水面呈连续降落曲线。落曲线。 2 2、分类、分类： 薄壁堰薄壁堰 0.67 0.67 实用堰实用堰0.670.67 2.52.5 宽顶堰宽顶堰 2.52.5 1010 HHHB：堰槽宽度，：堰槽宽度，mb：堰口宽度，：堰口宽度，m 6.4.26.4.2矩形薄壁堰自由出流矩形薄壁堰自由出流 考察堰流的出流能力，考察堰流的出流能力，H H与与Q
41、Q的关系。的关系。 如图，列堰前如图，列堰前1-11-1断面与堰上过流断面断面与堰上过流断面2-22-2的能量方的能量方程程)1 (22220gvgvH则：则：所以：所以：)2(2)2(2112020gvHggvHgv积分得流量：积分得流量：)2()2(23223202320gvgvHgbQ忽略忽略gvgvpgvpH2222222211 忽略忽略 令令 所以：所以： 流量系数流量系数 令：令：2/3 =m矩形堰流量系数矩形堰流量系数 得：得： 若不考虑行进速度若不考虑行进速度v0，则，则2320)2(gvgvHH2200230232HgbQ2302 HgmbQ 232 HgmbQ 堰流基本公式
42、堰流基本公式二级泵房二级泵房二级泵房二级泵房污水泵房污水泵房鼓风机房鼓风机房鼓风机房鼓风机房 泵泵用来输送液体的叶轮机械。用来输送液体的叶轮机械。 即把机械能转换为液体能的叶轮机械。即把机械能转换为液体能的叶轮机械。 泵泵叶轮式叶轮式离心式离心式轴流式轴流式混流式混流式旋流式旋流式容积式容积式往复式：往复式：回转式：回转式：活塞泵；柱塞泵；隔膜泵活塞泵；柱塞泵；隔膜泵齿轮泵；螺杆泵；滑片泵；齿轮泵；螺杆泵；滑片泵；罗茨泵；罗茨泵；其他类型：其他类型：喷射泵；震动泵；水锤泵；喷射泵；震动泵；水锤泵；真空泵真空泵轴流泵轴流泵射流泵真空泵真空泵蠕动泵蠕动泵 10.1.1 离心式泵的构造离心式泵的构造
43、与工作原理与工作原理 1、组成、组成 2、工作原理：、工作原理：靠叶轮的高靠叶轮的高速旋转，由叶片拨动速旋转，由叶片拨动液体旋转液体旋转，使液体产生使液体产生离心力离心力，离心力使液，离心力使液体产生体产生动能和压能动能和压能，实现机械能，实现机械能向液压能（液力能）的转化向液压能（液力能）的转化。 叶轮间预先充满液体叶轮间预先充满液体叶叶轮旋转，传递能量给液体轮旋转，传递能量给液体液体排出，同时吸入液体。液体排出，同时吸入液体。 3、多级泵：、多级泵：几个叶轮按一定距离装在同一根轴上几个叶轮按一定距离装在同一根轴上 多级泵可提高液体的能量，将液体送到更高更远处。多级泵可提高液体的能量，将液体
44、送到更高更远处。 10.1.2 10.1.2 泵的扬程泵的扬程 单位重量液体在泵中实际获得的能量。单位重量液体在泵中实际获得的能量。 泵的泵的可提供扬程可提供扬程： H =e2-e1 e1：单位重量液体在泵入口处的能量：单位重量液体在泵入口处的能量 e2：单位重量液体在泵出口处的能量：单位重量液体在泵出口处的能量 单位重量液体在进、出口处的能量分别为：单位重量液体在进、出口处的能量分别为：gvphes22111gvpzhes222222两断面的压强：两断面的压强：vvazppp1mMazppp2则总扬程为：则总扬程为：gvvzpphzppzheeHvvasmMas22122212 整理后：整理
45、后： 忽略两压力表的高差，且当进出口管面积相等或忽略两压力表的高差，且当进出口管面积相等或相差不多时，得：相差不多时，得： 泵的总扬程泵的总扬程： 泵进口处的泵进口处的真空表读数真空表读数与与 出口处出口处压力表读数压力表读数之和之和 除以液体重度。除以液体重度。gvvppzzzHvMvm2)(21222vMppH 例例：某工厂的水泵站，有一台水泵的吸入管直径：某工厂的水泵站，有一台水泵的吸入管直径d1=250mm，压出管直径，压出管直径d2=200mm，水泵出，水泵出口的压力表与入口处真空表的位置高差为口的压力表与入口处真空表的位置高差为0.3m。水泵正常运转时，真空表的读数水泵正常运转时，
46、真空表的读数pv=39200Pa，压力表的读数压力表的读数pM=833000Pa，测得流量，测得流量Q=60L/s。 求水泵的扬程求水泵的扬程H。 列列0-0和和1-1断面的伯努利方程：断面的伯努利方程： 列列2-2和和d-d断面的伯努利方程：断面的伯努利方程： 所以所以H又可表示为：又可表示为：lsshgvphgvp22211200lddddsshgvphhgvpzh2222222lslddddshhgvgvpphheeH22202012几何扬几何扬程程HG损失扬损失扬程程Hl忽略忽略 即：即： 若排液池与吸液池都与大气相通若排液池与吸液池都与大气相通，则，则pdp0pa 则：则：Hhs+h
47、d+hls+hldHG + Hl0ppHHHdlG 例例：由离心泵经管路向水塔供水，其装置情况如下：由离心泵经管路向水塔供水，其装置情况如下： 吸水管：管直径吸水管：管直径d1=250mm，管长，管长l1=20m；每米；每米长度的沿程损失长度的沿程损失i1=0.02mH2O；装有一个带底阀的；装有一个带底阀的滤水网（滤水网（v=4.45），），90弯头（弯头（ b=0.291 ）两）两个。个。 压水管：管直径压水管：管直径d2=200mm，管长，管长l2=200m；每米；每米长度的沿程损失长度的沿程损失i2=0.03mH2O；装有全开的闸阀；装有全开的闸阀（g=0.05）一个，）一个，90弯头
48、（弯头（ b=0.291 ）三个。）三个。管路出口的局部阻力系数管路出口的局部阻力系数ex=1。 泵的吸入几何高度泵的吸入几何高度hs=4m，压出几何高度，压出几何高度hd=30m，输水量输水量Q=60L/s，吸水池与水塔的液面均为大气。，吸水池与水塔的液面均为大气。 确定此水泵应具备的扬程确定此水泵应具备的扬程H。 叶轮是叶轮动力式机械的主要部件。叶轮是叶轮动力式机械的主要部件。 可分为以下三种：可分为以下三种：开式开式半开式半开式封闭式封闭式 泵中的能量损失分为三类：泵中的能量损失分为三类：水力损失、容积损失和水力损失、容积损失和机械损失机械损失。 1、水力损失、水力损失hh：摩擦损失与扩
49、散损失摩擦损失与扩散损失：与：与Q的平方的平方成正比成正比撞击与脱流损失撞击与脱流损失：与流量变化：与流量变化（Q-Qs）的平方成正比的平方成正比实际扬程与理论扬程之比为水力效率，实际扬程与理论扬程之比为水力效率，h1hthhHHHHH：实际扬程，：实际扬程，m；Ht：理论扬程，：理论扬程，m；hh：水力损失，：水力损失，m 2、容积损失容积损失：漏失流体而造成的损失。：漏失流体而造成的损失。 实际流量与理论流量之比为泵的容积效率，实际流量与理论流量之比为泵的容积效率，V 3、机械损失机械损失：流体作用在叶轮轮盘上的摩擦，轴承：流体作用在叶轮轮盘上的摩擦，轴承内和填料箱封闭内的摩擦等造成的能量
50、损失。内和填料箱封闭内的摩擦等造成的能量损失。 机械效率机械效率M N：泵叶轮轴上功率；：泵叶轮轴上功率；NM：消耗于机械摩擦的功率：消耗于机械摩擦的功率 4、总效率、总效率 总功率：总功率：1NNNMMhvMQHQHNhvM1ltVQQQQQ 10.1：用泵输送重度用泵输送重度=11760N/m3的盐水，流的盐水，流量为量为Q=9000L/min。泵的出口直径为。泵的出口直径为250mm，入口直径为入口直径为300mm。出口与入口在同一水平面上，。出口与入口在同一水平面上，在入口处的真空度为在入口处的真空度为150mmHg。泵出口处装有。泵出口处装有压力表，其中心高于泵的出口中心压力表，其中
