工程流体力学压力管道水力计算

工程流体力学第五章压力管路的水力计算主讲：刘恩斌2019年10月有压管道：管道被水充满，管道周界各点受到液体压强作用，其断面各点压强，一般不等于大气压强。液体管壁有压管道液体自由面管壁无压管道压力管道计算原理工程中，常用各种有压管道输送液体，如水电站压力引水钢管；水库有压泄洪隧洞或泄水管；供给的水泵装置系统及管网；输送石油的管道。管道按布置分简单管道复杂管道串联管道并联管道分枝管道短管长管两种水头损失大小比重局部水头损失、流速水头占总水头损失比例较大（大于5%），计算时不能忽略沿程水头损失水头为主，局部损失和流速水头在总水头损失中所占比重很小，计算时可忽略。1长管和短管不按管道绝对长度决定。2当管道存在较大局部损失管件，例如局部开启闸门、喷嘴、底阀等。既是管道很长，局部损失也不能略去，必须按短管计算。3长管：忽略局部水头损失和流速水头（沿程损失不能略去），计算工作大大简化，其对结果又没有多大影响。注意压力管道水力计算的主要内容就是确定水头损失，包括沿程水头损失和局部水头损失。§5.1管路特性曲线2252282QQdLggvdlhw1．管路系统的水力特性管路系统的性能曲线：管路系统流量和水头损失关系曲线（qV~hf）VqVqOH~图8-17管路性能曲线fhHghf2．泵的水力特性泵性能曲线：水泵的出水流量qV分别与扬程H、效率、轴功率N的关系曲线（qV~H，qV~，qV~N曲线）。其中：水泵的qV~H关系曲线称为水泵的水力性能曲线VqVqV1qV2qOH~H图8-16离心泵水力性能曲线2H1H3．泵与管路系统的水力耦合工况M点工况为设计工况;qVm为设计流量;Hm为设计水头。•工况点M变，则服务水头Hz变；•水泵水力性能曲线越平坦则供水越稳定；•在管网设计时，必须校验并使之满足在最大流量下控制点的服务水头满足设计要求。VqVq~V1qqVmqV2Vq~HO图8-18泵与管路系统的水力耦合关系HHgH2Hghf2+h+gHf1HmH1M管路性能曲线泵性能曲线fhHg=Hz+（zt―z0）§5.2长管的水力计算管道的种类:简单管道串联管道并联管道一、简单管道管道直径和管壁粗糙度均相同的一根管子或这样的数根管子串联在一起的管道系统。计算基本公式连续方程沿程损失能量方程vAQgvdlhhfw22whgvgpzgvgpz2222222111§5.2长管的水力计算gvdlhf22415.4dQLhf75.425.075.10246.0dLQhf520826.0dLQhf877.4123.0877.10802.0dLQAhfmmmfdLQh52层流水力光滑水力粗糙混合摩擦列宾宗公式三类计算问题（1）已知qV、l、d、、Δ，求hf；（2）已知hf、l、d、、Δ，求qV；（3）已知hf、qV、l、、Δ，求d。简单管道的水力计算是其它复杂管道水力计算的基础。第一类问题的计算步骤（1）已知qV、l、d、、Δ，求hf；qV、l、d计算Re计算计算hf第二类问题的计算步骤（2）已知hf、l、d、、Δ，求qV；假设由hf计算v、Re计算New校核New=NewNY由hf计算v、qV第三类问题的计算步骤（3）已知hf、qV、l、、Δ，求d。hfqVlΔ计算与d的函数曲线计算New校核New=NewNY由hf计算v、qV二、串联管道由不同管道直径和管壁粗糙度的数段根管子连接在一起的管道。ABH21串联管道特征1.各管段的流量相等2.总损失等于各段管道中损失之和......321vvvvqqqq......321两类计算问题ABH21（1）已知串联管道的流量qV，求总水头H；（2）已知总水头H，求串联管道的流量qV。v0Q1Q2Q3q1q2l1d1l2d2l3d3hf1hf2hf3H11232121322212321222qQQqQQgdlvgdlvgdlvhhhHfff）（）（）（按长管计算上式是串联管道的基本公式，联立以上三式，可解算Q、d、H等问题。IR1UIR2IR3232121322212321222qQQqQQgdlvgdlvgdlvhhhHfff）（）（）（v0Q1Q2Q3q1q2l1d1l2d2l3d3hf1hf2hf3H11在长管的条件下，各段的测压管水头线与总水头线重合，管道水头线呈折线，因为各管段流速不同，水头线坡度也各不相同。v01l1d1v1l2d2v2l3d3v3v3H1α2v222gα1v122gα3v322g按短管计算v01l1d1v1l2d2v2l3d3v3v3H1α2v222gα1v122gα3v322g对上游断面和出口断面列能量方程，则2222i0()2222iifijiiivvvlvHhhggggd＋三、并联管道由几条简单管道或串联管道，入口端与出口端分别连接在一起的管道系统。并联管道特征1.总流量是各分管段流量之和。2.并联管道的损失等于各分管道的损失。......321vvvvqqqq......321AQQ1d1hw1Q2d2hw2Q3d3hw3BQ特点：一般按长管进行水力计算两类计算问题（1）已知A点和B点的静水头线高度（即z+p/g)，求总流量qV；AQQ1d1hw1Q2d2hw2Q3d3hw3BQ假设由hf计算v、Re由Re、查莫迪图得New校核New=NewNY由hf计算v、qV求解方法相当于简单管道的第二类计算问题。（2）已知总流量qV，求各分管道中的流量及能量损失。假设管1的q’V1由q’V1计算管1的h’f1由h’f1求q’V2和q’V3h’f1=h’f2=h’f3q’V1=qV1N结束计算按q’V1、q’V2和q’V3的比例计算qV1、qV2和qV3计算h’f1、h’f2和h’f3YAQQ1d1hw1Q2d2hw2Q3d3hw3BQQhfQHABhfAhf1=hf2=hf3=hfl1d1Q1l3d3Q3l2d2Q2HBHA设各管径、流量为di、Qi，i=1，3，考虑能量方程，则ffffhhhh321QhfQHABhfAhf1=hf2=hf3=hfl1d1Q1l3d3S3Q3l2d2K2Q2HBHAgdlvhf22各支的流量与总流流量之间应满足连续方程，即niiQQQQQ1321各支水头损失，按长管计算，则各支的流量与总流流量之间应满足连续方程，即niiQQQQQ1321设各管径、流量分别为di、Qi，i=1，3。考虑每一支的能量方程，则ffffhhhh321gdlvhf22hf求出后，再求出各支管的流量若总流的流量及各并联支管的直径、长度、和粗糙度已知时，可求出总流量、支流量以及水头损失；四、分枝管路分支管道特征流入汇合点的流量等于自汇合点流出的流量。321vvvqqqqV2,3qV2,9qV9,10qV7,8qV5,6qV3,4qV3q''qV5'qV6'qV7'qV8'qV9'qV1013456789102V1,2图8-13树状管网计算问题－新建管道，确定管径、起点压力已知管网结构形式（地形、长度、用户位置）、用量、用户所需水头，确定管径和管网起点水压。213Jz2z1z31根据管网布置图，将管网分段编号3按照终点流量要求，确定各段流量4以经济流速确定各段管径5取标准管径后，计算流速和摩阻6按长管计算各段水头损失hw7按串联管道计算起点到控制点的总水头损失。2选定主干线，一般从起点到最远点金堂西站Φ377×7,L15.5Km7美丰化工厂新场集输站孟家站（黄许天然气管理站）10美丰阀室鸭子河阀室大弯站广汉站天然气公司青白江站¦µ219¡Á6,L8.5KmΦ325×6,L＝11Km56万福阀室2348黄许首站11文化阀室Φ273×6,L18.5KmΦ273×6,L＝16.5KmΦ325×6,L＝4.7KmΦ159×6,L＝5.5KmΦ159×6,L＝6KmΦ377×7,L＝40Km（129井站：129）清江站（金堂天然气公司、金堂北河等）调峰电站川化、成化、味之素、成桥、青上出站计量小用户弥牟镇12154井站（154、浅48）三邑站42Φ133×5,L＝14Km彭州天然气公司计量九公桩阀室Φ159×6L＝1.5KmΦ159×6L＝3.5Km1314136井站15256阀室16163阀室17166阀室18135井站19260阀室20260井站2122袁家阀室156井站23齐福站37什邡站38军乐阀室75井站3132333435161增压站132井站：13262井站：q62、q62-1、q62-2、q62-3、CX374114井站：q88、q88-152蒙阳站(166井站：166、XQ79)370井站：370、370-1、-2、-3、370-1环)260井站：260(xq75井站：XQ75-1、-2、-3)(xp16站:XP16)161增压站在此点接入输气干管此点为132井站经198阀室接入输气干管62阀室168阀室114井站于此点接入输气干管(xq81站：81、95xq52站：52、52-2、52-1、xq43站：43、35、36、51、54)石亭江阀室41455井站：455石板??站53新都站Φ219×6,L＝14Km47斑竹园阀室4950郫县站彭州站都江堰站Φ219×8,L＝18Km43丽春阀室庆兴阀室川鸭609444546丰谷站塔水站御营站永兴站Φ159×6,L30Km262524川合10030蟠龙阀室354、127、127-1、111、137、合1、合蓬1141、141-1、358、合3272829Φ159×6L＝2.2KmΦ159×6L＝0.8KmΦ159×6L=2.5KmΦ159×6,L=0.4KmΦ159×6,L=0.5KmΦ159×6L＝1KmΦ159×6L＝0.5KmΦ159×6L＝0.5KmΦ159×6L＝0.4KmΦ159×6L＝0.4KmΦ273×6,L=7.2KmΦ159×6,L19.5KmΦ159×6,L34KmΦ325×6,L＝37.5KmΦ159×6,L＝19KmΦ159*6L＝10KmΦ325*6L＝24KmΦ159×6,L＝2KmΦ159×6,L＝1KmΦ159×6,L＝2.5KmΦ159×6L＝0.8KmΦ159×6L＝5KmΦ159×6L＝1KmΦ159×6L＝6.5KmΦ159×6,L＝22KmΦ219×8,L＝13Km安县罗浮山温泉秀水绵阳天能绵阳天能（天然气公司）罗江镇同辉公司141阀室金蓬7井站：金蓬7小用户48新都氮肥阀室新都华川新都公司玖源丽春镇龙虎镇都江堰天然气公司宏达40什邡天然气双盛洛水39绵竹天然气公司Φ159×6,L＝2KmΦ159×6L＝1.2KmΦ159×6L＝0.3KmΦ159×6,L＝8KmΦ159×6L＝6KmΦ159×6L＝12.5KmΦ159×6,L＝6.5KmΦ219×8,L＝11KmΦ219×8,L＝13KmΦ108×6,L5KmΦ108×6,L＝1KmΦ377×7,L4.5Km54159井站159、240来气管道上开口气井不详92川西燃气公司用气9394162井站：162、162AB此为129井站直接接入集气干管大联合来气9168井站：168、168-1、168-2373井站：373、373-1249井站：q80170井站：170、170-1、170-2龙蟒集团军乐镇彭州天然气公司成都煤气公司驾虹阀室斑竹园方向85川金608井站：川金608金蓬2井站：金蓬2、金蓬6、619云秀阀室51城区管网：dp2、dp6、dp5、dp8、416、61055XP2井站：xp2、XQ83、XQ56163井站：163165井站：165、Q25、Q25-1、165-1Q22井站：155A、Q82164井站：164、Q47256井站：Q73-1、Q73-2、XP7井站：Q48135井站：13