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恒定管流 概述 液体完全充满输水管道所有横断面的流动，称为管流 。 管流的过水断面不存在自由表面，过水断面的压强，一般不等于大气压强，即过水断面上作用的相对压强一般不为零，故管流又称为有压流。 管道有恒定流与非恒定流。 管道的水力要素有：管道系统的总水头或管道系统中的泵的扬程，管道系统的流量，管径，管道各断面的压强等。 恒定管流水力计算的主要任务是： 1.确定管道系统的总水头H或管道系统中泵的扬程Hm； 2.确定 管的流量； 3.确定管径； 4.确定管道泵断面的压强。 长管道和短管道 在管道系统中，如果局部水头损失只占沿程水头损失的5～10％以下，则在管流的水力计算中可将局部水头损失忽略不计，这样的管道称为长管道。 在管流的水力计算中，如果局部水头损失占相当重的比重，因而计算中不能将局部水头损失和流速水头忽略，这样的管道称为短管道。 根据管道的布置，管道系统可分为简单管道和复杂管道。 管径不变，无分支的单线管道，称为简单管道。 由两根以上的管道组成的管道系统，称为复杂管道。 恒定管流的基本原理和基本公式 总能量方程和连续方程的实际应用 沿程和局部水头损失计算 局部水头损失计算查相应公式计算 计算沿程水头损失有两各通用公式：达西－魏斯巴哈公式和谢才公式。 达西－魏斯巴哈公式 谢才公式 由上两式，可知： 得 其中K称为流量模数，K的单位和流量的单位相同；S0称为比阻，即单位管长在单位流量下的沿程水头损失，S0的单位为s2/m6。 上述公式是恒定管流计算的基本公式，适用于管流的各种流态。 如果管流为紊流粗糙区，谢才系数采用曼宁公式计算，则 流量模数K、比阻S0和沿程阻力系数λ的计算式简化为： 简单管道的水力计算 自由出流和淹没出流的简单管道的水力计算 自由出流？ 若管道出口水流流入大气，则称自由出流。 以通过管道出口中心的水平面为基准面，就贮水池水面和管道出口两过水断面，写总流的能量方程，得 取 称为作用水头。 水头损失hw，写为 可得到 取α=1，得 称为管道系统的流量系数，简称管系流量系数。 如行进流速水头 很小，可忽略，则H0=H，流量为 上式为简单管道自由出流时水力计算的基本公式，可用来流量Q、管径d或作用水头H 如果ABCD管是由不同管径、不同沿程阻力系数和不同管长的管道组成，则任一管段的沿程水头损失和任一局部水头损失，都以管道出口断面的流速水头表示，应为 所以管系的水头损失为 则管系的流量系数为 管道出口淹没在水面之下，则从管道出口流出的水股，也淹没在水体中，这种出流称为淹没出流。运用总能量方程，可推得淹没出流时管道系统水力计算的基本公式： 为淹没出流时管系流量系数 Z为上下游水面高差。 虹吸管的水力计算 输水管如有部分管段在真空条件下工作，这种管道称为虹吸管。常见的虹吸管，部分管段高出水源，这种虹吸管常见跨越河堤、土坝或高地，以向下游低处输水或泄水。 虹吸管工作时必须先排除管内空气，使管内形成真空。对于直径较大的虹吸管，通常利用真空泵从顶部将管内空气抽出。水源可以从管口上升到顶部，向下游输水。 虹吸管的水力计算任务是确定虹吸管的流量和确定虹吸管顶部的安装高度。 确定流量的计算方法和前述的简单管道相同。 顶部安装高度直接影响虹吸管能否可靠的工作。 取下游水面为基准面，对水源断面0－0和虹吸管顶部断面C-C写总流的能量方程： 式中hS－虹吸管顶部超出水源水面的高度，称为顶部安装高度；l－虹吸管进口A至顶部C-C断面间管长。 －虹吸管顶部C-C断面真空值。保证虹吸管顶部不产生空化的允许真空值为6～7m水柱。 由上式可见顶部真空值的大小与顶部安装高度有关，与从进口到顶部的水头损失有关。顶部安装的越高，该处的真空值越大；从进口到顶部的水头损失越大，顶部的真空值也越大。 降低顶部的真空值，可降低顶部安装高度或减小 从进口到顶部的管长l。 离心泵装置的水力计算 泵是能将动力机的机械功变为液体机械能的水力机械。最常见的是离心泵。 吸水管、离心泵及其配套动力机、压水管和一些管道附件，组成了离心泵装置。 离心泵叶轮的转动，造成吸水管末端断面（泵进口）和水源间的压强差。水在压强的作用下从吸水管上升至水泵进口。水流获得泵的机械能，便经泵壳和压水管流至离水源很高很远的用水场所。离心泵装置水力计算的任务是确定泵的安装高度和水泵的扬程。 离心泵安装高度的确定 在实践中，往往不能或在经济上不宜将水泵安装在水源水面以下。离心泵转轮轴线超出水源水面的高度，称为离心泵安装高度。 以水源水面为水平基准面，对于水源断面1－1和水泵进口前吸水管断面2－2，写总流的能量方程： 而 所