管道水力学原理应用

分析恒定有压管流的基本方程是连续方程（参见水流连续方程）、伯努利方程。在计算中要考虑机械能的消耗，即水头损失，包括沿程水头损失与局部水头损失 。

对于实际管道流动的研究工作，英国学者O.雷诺首先于1883年系统地研究了圆管的水流运动，提出了划分圆管层流或紊流的判别准数，后人称之为雷诺数（Re) 。

Re<2320，为圆管层流。圆管层流的断面流速分布是以管轴为中心的旋转抛物面。沿程水头损失系数λ=64/Re，是雷诺数的函数 。

Re>2320，为圆管紊流，紊流又分为紊流光滑区、紊流过渡粗糙区和紊流粗糙区。由于紊流的动量交换作用，圆管紊流断面流速分布比层流均匀得多，呈对数或指数分布。因为紊流流动的复杂性，在实际上通常采用半经验理论和实验相结合的方法，找出经验公式用以计算紊流各流区的水头损失系数，计算公式见水头损失。在进行实际工程管道水力计算时，按沿程水头损失和局部水头损失在总水头损失中所占比重的不同将有压管道分为长管和短管两类。长管是指该管流中的能量损失以沿程水头损失为主，局部水头损失和流速水头所占比重很小，可以忽略不计的管道。短管是指局部水头损失和流速水头所占比重较大（通常大于10%），计算时不能忽略的管道。实际工程中，根据管道布置与连接情况，又可将管道分为简单管道与复杂管道两类。前者指没有分支的等直径管道，是最常见的，其水力计算方法是各种管道水力计算基础；后者指由两条以上管道组成的管道系统。复杂管道又可分串联、并联管道和枝状、环状管网等 。

由于有压管流中液体压强一般都不等于大气压强，为了了解管道各处压强能否满足工作需要，并避免因出现过大的负压而发生空 化、空蚀现象，所以必须计算管道中液体压强的沿程分布 。

如果液体充满整个管道断面，没有自由液面，称为有压管道，相应的液流称为有压管流。如果管内存在自由液面，则称为无压管道，相应的液流称为无压管流。无压管流的水力计算类似于明槽水流（参见明渠水力学〕，所以管道水力学主要是研究有压管流，简称管流。如城镇供水系统、农田灌排泵站有压管道系统、水工有压隧洞、压力钢管内的液流都属于有压管流。有压管流中运动要素若干随时间变化，称为恒定管流（参见管道恒定流),否则称为非恒定管流（参见管道非恒定流) 。

将水力学的基本原理用于解决各个生产部门的实际问题， 根据各个领域的液流运动特点， 水力学又形成了很多各具特色的学科分支。传统的水力学主要随着水利(包括防洪、灌溉、水电、水运和海港等)工程的发展而发展起来的，其中主要有下列几个学科分支：管道水力学、河渠水力学、水工建筑物水力学、水力机械水力学、河口海岸动力学、地下水水力学等。实际上这也就是传统上水力学所研究的主要内容。主要研究领域已从传统的水利工程扩展为水资源的开发和管理及其对环境的影响， 并且日益遍及到各个生产部门， 还崛起了一批新兴的水力学分支 (例如水资源水力学、环境水力学等)。水力学的研究已从水量扩展到水质; 单相流动扩展到多相流动; 等温流动扩展到变温流动。

现代水力学和过去相比， 其研究方法也有显著的进步与变化。不仅是实验技术的现代化， 而且将更多地研究水流运动的内部机理， 更多地应用数理分析与概率统计的方法。而计算机技术的飞跃发展、计算水力学的建立为水力学的研究开辟了新的途径， 对于水力学的发展将会产生深远的影响。

内容介绍

《水力学》：高等学校建筑工程专业系列教材丛书。《水力学》主要内容：工程数学、机电常识计算、流体力学基本计算、热工学基本计算、水暖管道计算、管道工艺计算、管道工程预算等内容。2100433B

《水力学》共分9章。前四章主要介绍水力学的基本原理，包括水力学基础知识、水静力学、水动力学基本原理、水流型态与水头损失；后五章主要介绍水力学的工程应用及原流场分析的基本原理，包括有压管道流动、恒定明渠水流、过流建筑物的水力计算、流场分析的基本原理、渗流。《水力学》各章后均附有习题，便于读者加深对知识的理解。