工業(yè)管道設(shè)計基礎(chǔ)

管道尺寸

工程管徑對照表（常用）1英寸二25.4毫米=8英分1/2是四

分（4英分）DN153/4是六分（6英分）DN202分管DN84分管

DN156分管DN201'DN251.2'DN32L5'DN402'DN502.5'

DN653'DN804'DN1005'DN1256zDN1508'DN20010zDN250

12，DN300GB/T50106-20012.4管徑2.4.1管徑應(yīng)以mm為單位。

2.4.2管徑的表達方式應(yīng)符合下列規(guī)定：1水煤氣輸送鋼管（鍍鋅

或非鍍鋅）、鑄鐵管等管材，管徑直以公稱直徑DN表示；2無縫鋼

管、焊接鋼管（直縫或螺旋縫）、銅管、不銹鋼管等管材，管徑直以

外徑義壁厚表示；3鋼筋混凝土（或混凝土）管、陶土管、耐酸陶

瓷管、缸瓦管等管材，管徑宜以內(nèi)徑d表示；4塑料管材，管徑宜

按產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的方法表示；5當(dāng)設(shè)計均用公稱直徑DN表示管徑時，

應(yīng)有公稱直徑DN與相應(yīng)產(chǎn)品規(guī)格對照表。建筑排水用硬聚氯乙烯

管材規(guī)格用de（公稱外徑）（公稱壁厚）（GB5836.1-92）Xe

表示給水用聚丙烯（PP）管材規(guī)格用deXe表示（公稱外徑義壁厚）.

附表：DN15（4分管）、DN20（6分管）、DN25（1寸管）、DN32（1寸

2管）、DN40（1寸半管）、DN50（2寸管）、DN65（2寸半管）、DN80

（3寸管）、DN100（4寸管）、DN125（5寸管）、DN150（6寸管）、

DN200（8寸管）、DN250（10寸管）等。

水管025X1/2的意思它的外徑是25。實際對應(yīng)的公稱直徑是

DN20（也就是人們常說的6分管）.你可以去買6分的水龍頭。也

可以去買4分的水龍頭（只要在管子和水龍頭之間加一個變徑就可

以了）。家庭用水龍頭的款式和材質(zhì)是千變?nèi)f化，但是其和管子連

接的絲扣部分都是按照4分、分、61寸等大小來分的。不必擔(dān)

心買錯。通常說的4分管是按英寸來說的，因此4分管就是1/2

英寸（4/8=1/2）而一英寸二25.4mm,,所以4分管的內(nèi)徑就是

25.4/2=12.7mm,而這就是通常所說的DN15水管的內(nèi)徑。因此4分

管就指的是DN15水管。水管4分是直徑2厘米的3分管就是公

稱通徑為DN10的管子4分管就是公稱通徑為DN15的管子6分

管就是公稱通徑為DN20的管子比較專業(yè)的回答是：4分是英制管

道直徑長度的叫法，即1/2英寸.等于公制的15mm.1英寸等于8

分.合公制的25.4mm.6分=3/4英寸=20mm.4分=1/2英寸=

15mm.另外記住管道都是以內(nèi)徑計算的.不過管道的絲扣螺紋都是

以中徑來計算的.用通徑DN表示.螺紋分公制M和英制G,管道螺

紋一般用英制，螺紋角度為55度.公制是60度..水管直徑4分

是多少厘米？是如何換算的？通常說的4分管是按英寸來說的，因

此4分管就是1/2英寸（4/8=1/2）,而一英寸=25.4mm,所以4分

管的內(nèi)徑就是25.4/2=12.7mm,而這就是通常所說的DN15水管的內(nèi)

徑。因此4分管就指的是DN15水管。DN15,DN20,DN25等鋼管是

指鋼管的內(nèi)徑還是外徑？DN15,DN20,DN25是外徑。四分管和六分管

的直徑1英寸二25.4毫米=8英分1/2是四分（4英分）DN153/4

是六分（6英分）DN202分管DN84分管DN15

6分管DN201'DN251.2'DN32L5'DN402'DN502.5,

DN653'DN804fDN1005'DN1256'DN1508zDN200107DN250

12'DN300GB/T50106-20012.4管徑2.4.1管徑應(yīng)以mm為單位。

2.4.2管徑的表達方式應(yīng)符合下列規(guī)定：1水煤氣輸送鋼管（鍍鋅

或非鍍鋅）、鑄鐵管等管材，管徑宜以公稱直徑DN表示；2無縫鋼

管、焊接鋼管（直縫或螺旋縫）、銅管、不銹鋼管等管材，管徑宜以

外徑X壁厚表示；3鋼筋混凝土（或混凝土）管、陶土管、耐

酸陶瓷管、缸瓦管等管材，管徑宜以內(nèi)徑d表示；4塑料管材，

管徑宜按產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的方法表示；5當(dāng)設(shè)計均用公稱直徑DN表示管

徑時，應(yīng)有公稱直徑DN與相應(yīng)產(chǎn)品規(guī)格對照表。建筑排水用硬聚

氯乙烯管材規(guī)格用de（公稱外徑）Xe（公稱壁厚）表示（GB

5836.1-92）給水用聚丙烯（PP）管材規(guī)格用deXe表示（公稱外

徑X壁厚）一般來說，管子的直徑可分為外徑、內(nèi)徑、公稱直徑。

管材為無縫鋼管的管子的外徑用字母D來表示，其后附加外直徑的

尺寸和壁厚，例如外徑為108的無縫鋼管，壁厚為5MM,D108*5

用表示，塑料管也用外徑表示，如De63,其他如鋼筋混凝土管、鑄

鐵管、鍍鋅鋼管等采用DN

表示，在設(shè)計圖紙中一般采用公稱直徑來表示，公稱直徑是為

了設(shè)計制造和維修的方便人為地規(guī)定的一種標(biāo)準(zhǔn)，也較公稱通徑，

是管子(或者管件)的規(guī)格名稱。管子的公稱直徑和其內(nèi)徑、外徑

都不相等，例如：公稱直徑為100MM的無縫鋼管郵102*5、108*5等

好兒種，108為管子的外徑，5表示管子的壁厚，因此，該鋼管的內(nèi)

徑為(108*5-5)=98MM,但是它不完全等于鋼管外徑減兩倍壁厚之

差，也可以說，公稱直徑是接近于內(nèi)徑，但是又不等于內(nèi)徑的一種

管子直徑的規(guī)格名稱，在設(shè)計圖紙中所以要用公稱直徑，目的是為

了根據(jù)公稱直徑可以確定管子、管件、閥門、法蘭、墊片等結(jié)構(gòu)

尺寸與連接尺寸，公稱直徑采用符號DN表示，如果在設(shè)計圖紙中

采用外徑表示，也應(yīng)該作出管道規(guī)格對照表，表明某種管道的公稱直

徑，壁厚。.管子系列標(biāo)準(zhǔn)壓力管道設(shè)計及施工，首先考慮壓力

管道及其元件標(biāo)準(zhǔn)系列的選用。世界各國應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)體系雖然多，

大體可分成兩大類。壓力管道標(biāo)準(zhǔn)見表3。法蘭標(biāo)準(zhǔn)見表4。表3壓

力管道標(biāo)準(zhǔn)分類大外徑系列小外徑系列規(guī)格DN-公稱直徑中

一夕卜徑DN15-d)22mm,DN20-627mmDN25-e34mm,DN32-巾42mm

DN40-d)48mm,DN50-e60mmDN65-4)76(73)mm,DN80-4)89mm

DN100-*114mm,DN125-*140mmDN150-4)168mm,DN200-4219mm

DN250-4)273mm,DN300-324mmDN350-d)360mm,DN400-4)406mm

DN450-cb457mm,DN500-6508mmDN600~d)610mm,

DN15-4)18mm,DN20-e25nlmDN25-(l)32mm,DN32-d)38mm

DN40-(1)45mlli,DN50-657mmDN65-4)73mm,DN80-4)89mm

DN100-4)108mm,DN125-4)133mmDN150-(I)159mm,DN200-4)219mm

DN250-4)273mm,DN300-4)325mmDN350-4)377mm,DN400-4)426mm

DN450-4)480mm,DN500-(b530mmDN600-(b630mm,塑料管一般標(biāo)外

徑，用De表示，如DellO鍍鋅鋼管這樣的,一般用公稱直徑DN表

示不銹鋼管之類的，用DXX+壁厚表示.DN是鋼管的直徑DE是

塑料管的直徑

管道連接方法

摘要：HDPE管道以其可靠的連接性、長久的使用壽命、較好的

耐沖擊性、良好的可撓性、較小的流體阻力及卓越的耐腐蝕性能，

在給水系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、污水排放、化工管道、通訊管道、非開挖

穿線管和深水網(wǎng)箱等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。特別是HDPE管道系統(tǒng)靈

活多樣的連接方法提供了各種環(huán)境情況下的解決方法。關(guān)鍵詞：

HDPE高密度聚乙烯管道連接HDPE管道以其可靠的連接性、長久的

使用壽命、較好的耐沖擊性、良好的可撓性、較小的流體阻力及卓

越的耐腐蝕性能，在給水系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、污水排放、化工管道、通

訊管道、非開挖穿線管和深水網(wǎng)箱等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。特別是

HDPE管道系統(tǒng)靈活多樣的連接方法提供了各種環(huán)境情況下的解決

方法。常用的HDPE管道連接方法有：對焊連接、電焊管箍連接接

件連接、帶密封圈的承插式套管連接、絲扣連接法、線性伸縮承插

管連接、法蘭連接法。這些連接方法各有各的性能特點，使用場合、

安裝也不盡相同。

一.對焊連接對焊連接適用所有管徑從4）32-315mm的管件。

該連接方法的性能特點是：剛性連接、不可拆裝、抗拉力。對焊連

接是一種最簡單的管件連接方法，它為整個系統(tǒng)的預(yù)制安裝提供了

許多方便有利的前提條件，且不需其它部件。因而，無論預(yù)制安裝

是在現(xiàn)場或是在車間都可以用對焊連接。對焊的焊接斷面很小，焊

接邊緣不會干擾管道，管道內(nèi)部截面也沒有任何變化。對焊接面容許

的厚度近乎與管壁厚度一樣，所以也不浪費管材。通過對焊連接法，

管子長度和彎頭連接處都能得到充分利用。管徑<675mm時可采用

手動焊接法；采用電焊機焊接，管徑范圍一般為（l）40-315mmo

圖2.手動焊接法.二.電焊管箍連接件連接法電焊管箍連接

件連接法適用于管徑從4>40-315mm的管件連接。其性能特點：剛性

連接、不可拆裝、抗拉力。電焊管箍連接件連接法由于易于使用、

連接可靠、簡單、快捷，通常用于現(xiàn)場焊接、改裝、加補安裝和修

補。如管路系統(tǒng)需改裝或作一些早期的修改工作，電焊管箍就能通

過取下中間的止動圈而滑動起來。

圖3.系統(tǒng)管路的改裝.電焊管箍的加熱區(qū)和熔化區(qū)是分開的，

因而管箍中央不存在電阻，所以使用起來十分安全電焊管箍的加熱

區(qū)和熔化區(qū)是分開的所以使用起來十分安全。在完成焊接工作后，

電阻線圈就被包上PE（聚乙烯）材料，所以也不會被腐蝕電阻線圈

就被包上所以也不會被腐蝕。焊接時所需的壓力值是通過加熱時管

箍的收縮作用而產(chǎn)生。焊接時所需的壓力值是通過加熱時管箍的收

縮作用而產(chǎn)生加熱時，壓力均勻的分布在焊接面上，且收縮作用

引起管徑尺寸也在容許的范圍內(nèi)變化且收縮作用引起管徑尺寸也在

容許的范圍內(nèi)變化。二.帶密封圈的承插短管連接法帶密封圈的承

插短管連接法帶密封圈的承插短管連接法適用于管徑從

4）32-160mm的管件連接。其性能特點其性能特點：非剛性連接、

可拆裝、抗拉力。帶密封圈的承插短管連接件常用于各種簡單的預(yù)

制安裝管件間的裝配，帶密封圈的承插短管連接件常用于各種簡單

的預(yù)制安裝管件間的裝配在裝配時可以采取水平式或垂直式安裝。

當(dāng)安裝空間受限制時這種變通的小尺寸連接法就具有一定的優(yōu)勢。

該當(dāng)安裝空間受限制時;這種變通的小尺寸連接法就具有一定的優(yōu)

勢連接件還附帶一個黃色保護帽，可防止在裝配未完成階段垃圾的

進入。連接件還附帶一個黃色保護帽在安裝時還要注意，應(yīng)先把管

件末端倒角成應(yīng)先把管件末端倒角成15°,然后用軟（鉀）皂、硅

酮或凡士林潤滑表硅酮或凡士林潤滑表面。嚴禁用礦物油或油脂潤

滑以免破壞橡皮密封圈嚴禁用礦物油或油脂潤滑以免破壞橡皮密封

圈°止匕外，承插口不是用作擴張器的承插口不是用作擴張器的，所

以管件必須完全插入承插口。。四.絲扣連接法絲扣連接法適用

于管徑從6324）32-110mm的管件連接。其性能特點:非剛性連接

非剛性連接、可拆裝、抗拉力。絲扣連接法通常用于那些需要簡單

就能拆卸連接件的各種預(yù)制安裝場合，以及與下水存水絲扣連接法

通常用于那些需要簡單就能拆卸連接件的各種預(yù)制安裝場合以及與

下水存水彎、淋浴盆的連接。在安裝時在安裝時，絲扣件必須用密

封圈壓緊，這樣只有極小的密封圈表面積與這樣只有極小的密封圈

表面積與水接觸，從而達到更好連接效果從而達到更好連接效果。

圖4.絲扣連接件.五.承插式伸縮短管連接法承插式伸縮短

管連接法承插式伸縮短管連接法適用于管徑從*32-315mm的管件

連接。其性能特點其性能特點：非剛性連接、可拆裝、抗拉力。安

裝承插式伸縮短管連接件，安裝承插式伸縮短管連接件必須使用錨

固管卡進行固定，以防止在熱脹冷縮中承插管位置

的移動。在樓板與樓板間的垂直立管上、長距離的收集管網(wǎng)上

以及埋地管道必須至少安裝一個承插式伸縮短管。這是因為承插式

伸縮短管不僅能消除由于排水過程溫度變化引起的熱脹冷縮，而且

有助于與各個樓面支管的連接，使得管道安裝更為簡單。六.法蘭

連接法法蘭連接適用于管徑從4）50-315mm的管件連接。其性能特

點：非剛性連接、可拆裝、抗拉力。法蘭連接法通常作為低壓輸送

管線（工廠、水泵、儲液罐、游泳池）上可拆卸的連接件。另外，法

蘭連接法也是與鑄鐵管及鋼管之間最簡單的連接方法。而法蘭盲板

則可用于檢查口的開口上。七.HDPE管防伸縮套管防伸縮套管適

用于管徑從*50-315mm的管件連接。連接方法的性能特點：剛性連

接，不可拆裝；抗拉力。對于不平整、不規(guī)則、特殊管材的連接采

用防伸縮套管是一種較方便的方法。通常此方法也可用于在HDPE

管與各種不同的陶瓷設(shè)備的連接，例如，實驗室洗滌槽。

圖5.HDPE管與陶瓷設(shè)備的連接.在安裝時，首先把專用橡皮

圈套在管端安裝處的，要保證橡皮圈正好放在套管長度一半處。然

后把管道插入套管內(nèi)，用力推入。不斷地移動噴燈或柔和光燈，用低

溫（大約125C）使套管周圍均勻受熱。經(jīng)以上處理后，套管會收

縮，從而使連接件更牢為固、密封。最后用錨固管卡固定防伸縮套

管。綜上所述，通過介紹了HDPE管道的各種連接方法，以及它們

的適用場合、性能特點和安裝的要點等，使我們了解到HDPE管道

連接的可靠性，從而為實際工程HDPE管道連接方法的選擇提供參

考。

管路計算

管件與附件（管接頭，彎頭等）組成管路。管內(nèi)的能量損失有兩

種，即沿程損失部損失

Eh

li

和局

rh；

j

O局部損失與沿程損失相比較而可以忽略不計時，稱長管，否則

稱短管。如供

水和輸油管路為長管（Longpipe），液壓技術(shù)中的管路為短管

（Shortpipe）o對于長管，主要計算沿程損失；對于短管即要考

慮沿程損失，又要考慮局部損失，長管多屬于紊流，而短管多屬于

層流。流體充滿管道的流動稱有壓流動，而具有自由表面的流動稱

無壓流動，前者如供水管路，液壓管路，后者如河流和槽渠的流動。

除液壓傳動管路外，有壓管路中的流動多為紊流，本章研究有壓管

路計算問題。

根據(jù)管路的構(gòu)成方式，管路可分為簡單（串聯(lián)）管路和并聯(lián)管路,

本章簡介有關(guān)計算。7.1簡單（串聯(lián)）管路簡單（串聯(lián)）1、簡單

管路計算的基本理論、由于管路是串聯(lián)的，故每段管路中傳輸?shù)牧?/p>

量不變，即

QI=Q2=K=Qn=Q

;由于管徑

不同和每段管路長短不同，管路的總損失為沿程損失和局部損失

之和U

2uj1uh=Shli+入iii+E；jdi

2g2g（7.1-1）2

式中i一每一段管路長度。

1

入i—第i短管路的阻力系數(shù)（查表）O

ui

一第i短管路的流速，

ui=Q/Ai

；j

uj

一第j個局部阻力系數(shù)。

U=Q/Aj—第j個局部后的流速，j,i不一定等于j)

(O

￡€

對于長管，局部損失

2

uj

J

2

2g可不計，則有

liuililiQ2Q2=E入i=￡入ih=￡hli=E入iAi

2di2gdiAi2X2gdi2Alg(7.1-2)

式中

Ai無因次面積(面積比值)Ai=AlAio—

對于直徑不變的單一管路，式(7.1T)可簡化為

El1u2u2h=(EXi+E，)=(￡入i+￡€)id

j2gj2gdi(7.1-3)

對于直徑不變的單一長管，

￡\

J

二0

,則有

h二E

ElX

d

i

u21u2IQ22=X=B1Q=2=H2gd2gK(7.1-4)

式中H一凈水頭損失（作用水頭）。

L一管路總長，1二X1i,,1i為分段長度。K一流量

系數(shù)m3/s,可以從有關(guān)手冊中查出。

BK2=1,B=

3；入(m)?2,d25sgndd為管內(nèi)徑，B可從有關(guān)

手冊中查出。

B一系數(shù)，

式(7.1-4)為計算長管流的基本公式，該式略去了入的繁瑣

分析和計算，可根據(jù)管徑大小、新舊和光滑程度，從有關(guān)手冊中查

出K或B的值，在工程上這種計算方法比較方便。2、簡單串聯(lián)管

路計算實例、例7-1作用水頭H=30m,流量Q=250L/s,管

路長L=2500m,試確定管徑。解：確定長管B值

B二

H30==0.1922LQ2500X(0.25)2

根據(jù)有關(guān)資料可查出d=350mm,Bl=0.33；d=400mm,B2=0.16,

可選擇d=400mm的鑄鐵管。檢查：H=BLQ=0.16X2500X

0.25=25m<30m,滿足要求。這時的流量Q為

22

Q二

H=BL

302500X0.16m3/s^275L/s>250L/s

例7-2簡單管路1二3000m,輸送水頭II=15m,要求輸送

流量Q=200L/s,求組成管道的直徑和長度。解：計算B值

B=

H15==0.1252LQ3000X(0.2)2

查有關(guān)資料dl=400mm,Bl=0.16；d2=450mm,B2=0.088,選擇d

1的管路為xlm,則d2管路為(3000?xl)m,則有

H=Q2(Blxl+B2(3000?xl))

代入H=15m,Bl=0.16,B2=0.088,Q=0.2計算得

xl=1550m

則管路由d1=400mm,xl=1550mm,d2=450mm,x2

=1450m的兩段管路組成。

1=14m,14=3m,例7-3在越壩虹吸輸水管路中，已知

數(shù)據(jù)如下：11=6m,12=3nb3

0管徑相等d=150mm,管徑粗糙度e=1.5mm,45彎頭

二個，阻力系數(shù)？1=0.15,閘閥

二1,出口損失系數(shù)？4二1。虹吸管到進水液面一個阻力系

數(shù)？2二0.2,進口損失系數(shù)3

距離H1=2m,到出水液面的距離H2=4.5mo試確定虹

吸管流量和虹吸管內(nèi)的最低壓強。

圖7-1虹吸管路解：虹吸管路工作原理是，啟動真空泵形成負

壓，大氣壓力使H1處液面的液體充入管內(nèi)。液體越過最高處時即

可自流，抽氣設(shè)備可關(guān)閉,以最高軸線為基準(zhǔn)，對液面（1T）和（2-2）

列Bernoulli方程

H1+

由于

P1

Y

+

ul2pu2=?H2+2+2+Shl+Zh?2gY2g

pl=p2=pa（大氣壓力），液面（1-1）和（2-2）速度ul

=0,u2=0o由于管徑相同，

u2Lliu2Ehl=XEh€=（L?i）d2g,另外

局部損失2g,則有X相同，流程損失u2Eliu2?H=H2?

H1=X+（E?i）d2g2g

由相關(guān)手冊或資料中查知￡=1.5m,d=150mm時入=

0.038,將有關(guān)數(shù)據(jù)代入，則有

2.5=0.038（

6+3+14+3u2u2）+（1+3X0.15+0.2+1）0.15

2g2g

可求管內(nèi)流速

19.6=2.3049.23m/s

故管中流量Q為

Q二

4

d如

4

X0.152X2.304=0.04069

m3/s=40.69L/s=146.5m3/h

以真空泵處水管軸線為基準(zhǔn)，再列(-1)與斷面(3-3)間的

Bernulli方程

u2+Ehl+Xh?2g

則真空度為

pv=pa?p=Y(Hl+￡hL+Eh?+

又

u2)2g

Ehl=0.038(

6+3u2u2u2)h°=(1+2X0.15)=1.3S0.152g,

2g2g

取P=1000kg/m3,=9.8P則有

pV=9.8X1000[2+(2.28+1.3+1)

2.3042119.6=31700Pa=31.7kPa

即虹吸管內(nèi)最低壓強(真空度)為31.7kPao7.2復(fù)雜管路計

算并聯(lián)管路即帶有分支的管路，即復(fù)雜管路，可分為支管閉合的并

聯(lián)管路(Pipesinparallel)和支管不閉合的分支管路(Branching

pipe)o前者又稱環(huán)形管路，復(fù)雜管路多按長管計算。1.閉合并聯(lián)

管路.

d1,11d2,12

d3,13

圖7-2閉合并聯(lián)管路閉合并聯(lián)管路如圖7-2所示，液流自A

點3支分流到B點又三支并流。管路1,2,3的損失水頭是相同

的，即AB間的損失水頭

hl=hll=hl2=hl3

或者

2hl=B111Q12=B212Q2=B313Q32

(7.2-1)

按流量連續(xù)定理

Q=QI+Q2+Q3=

hl+Bill

hl+B212

hlB313

(7.2-2)

上兩式即為閉合并聯(lián)管路的基本方程。

例7-4在圖7-2所示的管路中，設(shè)d1=150mm,11=500m；

d2=150mm,12-350m；

d3=200

損失水頭

mm,o

13=1000

Q,Q,Qmo設(shè)總流量Q=80L/s,求分支路上的流量123及

AB間

hl

解：由于3支分路上的壓力損失相等，即

2hl=B111Q12=B212Q2=B313Q32

,故

Q2,Q3

可用

Q1表示為

Q2=QIBillB212Q3=Q1

BillB313

假設(shè)水管較舊，由相關(guān)手冊中可以查出

dl=d2=150mm,Bl=B2=41.85,d3=200mm,B3

=9.029

則有

Q2二QI

41.85X500=1.195Q141.85X35041.85X500=1.52Q1

9.029X1000

Q3=QI

因為

80=Q=QI+Q2+Q3=(1+1.195+1.52)QI=3.715Q1

所以

QI=21.53L/s,Q2=25.7L/s,Q3=32.72L/s

2.分支管路.

13,d3,Q3

1,Q

12,d2,Q211,dl,QI

z3

z2zl

圖7-3分支管路分支管路如圖7-3所示，分支點A的位置高

度為Z,壓力水頭為ho3分支管路的位置標(biāo)高依次為

zl,z2,z3

,壓力水頭依次為

hl,h2,h3

,流量依次為

QI,Q2,Q3

,則有

Q=QI+Q2+Q3?2?H?(z+h)=B1Q?2?(z+h)?

(zl+hl)=B111Q1?2?(z+h)?(z2+h2)=B212Q2?(z

+h)?(z3+h3)=B313Q32?(7.2-3)

根據(jù)式(7.2-3)可解決分支管路的各種問題。7.3連續(xù)均勻出流

管路前述章節(jié)中討論的管中流量都是固定不變的，稱為通過流量

Qt

o或者說前述章節(jié)中討論的

流動是無流體穿過管路的流動，因而一條管路中任意斷面上的

流量都是相同的。在有些工礦企業(yè)或農(nóng)業(yè)的管路系統(tǒng)中，則要求管

路有均勻的外泄量，即單位長度上外泄量q二const,即長度為L的

外泄量

QI=ql

O

圖7-4連續(xù)均勻出流

圖7-4均勻出流管路如圖7-4所示，在管路中的B點，按流

量連續(xù)方程，該處流量

Q=Qt+Q1

取B點為坐標(biāo)原點，管路中的P點坐標(biāo)為x,則該點流量Q(x)

為

Q(x)=Q?ql=(Qt+Ql)?Qt

Qlx1

(7.3-1)

式中

一管路末端或出口流量。

Q1

一管路長度為L上的總外泄流量

QI=ql

dhl

o

在P處取增量dx,則微段上損失水頭

為

dhl=BQ2(x)dx=b(Qt+Ql?

Ql2x)dx1

(7.3-2)

則長度L上的損失

1

hl

為

Ql21x)dx=B(Qt2+QtQl+Q12)101322B(Qt

+0.55Q1)1=BIQchl=Jb(Qt+Ql?

式中當(dāng)

(7.3-3)

Qc

一計算流量時，則

Qc=Qt+0.55Q1

o

Qt=0

hl

為

hl=

B21Q13

(7.3-4)

由上式可知，均勻出流管路中的壓力損失，在其他條件相同時

僅為同一固定流量損失的1/3O這是因為管路中過流斷面的流量或

流速遞減的緣故。在圖7.4中，管路的總損失H為

H=hAB+hBC=Bll(Qt+QI)2+BlQc2

當(dāng)

(7.3-5)

Qt=0

時，則有

H=B11Q12+

B21Q13

(7.3-6)

7.4壓力管路中的水擊現(xiàn)象圖7-5為壓力輸水管路(也可是輸

油管路)。在長度為L的A,B兩點之間，流體在一定的壓差水頭

H下穩(wěn)定傳輸，管中各點流速均為

uO

,A點壓力為pA,B點壓力為pBo若將安裝

在A處的閥門突然關(guān)閉，則A點處的流速由

uO

突然變?yōu)榱?，動能轉(zhuǎn)為壓力能，引起壓力急

劇升高，這種現(xiàn)象稱水擊(Waterhammer)現(xiàn)象，亦稱水錘現(xiàn)象。

如果流體是油液則稱油擊(錘)現(xiàn)象。這是非恒定流的一個特殊狀

態(tài)。

H

BL

A

圖7-5水擊現(xiàn)象1.水擊現(xiàn)象的傳播過程.現(xiàn)將水擊現(xiàn)象的

傳播過程說明如下：(1)全線流動依次靜止和壓力依次升高過程

uu二uB二uOp=p01在t=0時，圖7-5中各點流速均

為0,即A,A和B的壓力為A,pB=p02

Uo當(dāng)突然關(guān)閉閥門時，t=0,靠近A點的薄層流動的速度

由0降為零，壓力升

+

這一過程依次以一定的速度從A向B傳播，當(dāng)高？p；

4-

t=

L=T+C時，點的狀態(tài)即t=0時B

A點的狀態(tài)。因而當(dāng)0<t<T時，是全線由A到B的依

次停止流動和升壓過程。這一過程在t二T時完成。（2）全線反

向流動的壓力恢復(fù)過程

p=p02+?pp當(dāng)t二T時，點的速度uB=0,BBo

由于pB高于大容器B左側(cè)的壓力02,

+u=?u0u故當(dāng)t=T時，B處的流體反向流動。這一速度

為B（流體以0沖入容器），同時

壓力由

p02+?p

恢復(fù)到

p02

P+?PP,當(dāng)t=2T時，A點處的壓力由01恢復(fù)到01,A

點流速

uA=?u0

u0。在t=2T瞬間，液流以反向流動，各點壓力與t=0時

相等。？u0

到零的降壓過程

（3）全線流速由

+

當(dāng)t=2T瞬間，A處的液體開始向B方向流動，使A處形成

真空趨勢，但壓力下降而抑制

+p=p01??p,這一過程依次向B點傳播，了液體的反向

流動，故t=2T瞬間uA=0,A

當(dāng)t二3T時完成這一過程。在t=3T瞬間，AB之間的管路

中液體速度歸零，各點壓力均下降？p,B點壓力降為

pB=p02??p

O

(4)全線流速恢復(fù)和壓力恢復(fù)過程

u在t=3T時，大容器內(nèi)的液體壓力高于B點壓力，以速度0

流過B點，使B點附近液體

壓力升高為

+

p02

,這一過程依次從B向A推進，即任意點的速度由零變?yōu)?/p>

u0

瞬間，壓力升

up??pp高？p；當(dāng)t=4T時，A點的速度為0,壓力01

升為01,如同t=0時狀態(tài)。A點

的壓力變化規(guī)律如圖7-6所示，速度變化如圖7-7所示。從理

論上講，這種變化規(guī)律將周而復(fù)始地傳播下去。

￡>0

圖7-6

A點壓力變化

圖7-7

A點速度大小和壓力變化

2、水擊壓強?p及其傳播速度、參看圖7-8,在閥門突然關(guān)

閉時，緊靠近閥門的m?n段微流體在dt時內(nèi)停止流動，m?m面

上的壓力增量dp傳遞到n?n面上，設(shè)dp傳播(移動)速度為c,

則有

dx=cdt(7.4T)

在管道的dx段液體在dt瞬間內(nèi)壓力變?yōu)?p+dp),則液

體受壓縮，密度P增加P+dp；同

時管道為彈性體，其面積

A二

JI

4

D2

變?yōu)?/p>

A+dA=

JI

D2+d(D2)44,則質(zhì)量增加量dm為

JT

dm=(P+dp)(A+dA)dx?PAdx”(PdA+AdP)dx

圖7-8微段管道內(nèi)的?p傳播根據(jù)流量連續(xù)定理，dx段內(nèi)的

質(zhì)量增加量等于管內(nèi)流體以速度管道斷面A的液面的質(zhì)量

u0在dt時間內(nèi)流過未變形

Pu0Adt,則有

(7.4-2)

(PdA+AdP)dx=PU0Adt

式中dx一微段液體的長度或?p的傳播路程，dx=cdt0

C一壓力液體?p的傳播速度，c二

dxdto

式(7.4-2)變形為(同除pAdt)

u0=c(

dP

P

+

dA)A