水力学实训设计计算书
指导老师：柴华
前言
水力学是一门重要的技术基础课，它以水为主要对象研究流体运动的规律以及流体与边界的相互作用，是高等学校许多理工科专业的必修课。
在自然界中，与流体运动关联的力学问题是很普遍的，所以水力学和流体力学在许多工程领域有着广泛的应用。水利工程、土建工程、机械工程、环境工程、热能工程、化学工程、港口、船舶与海洋工程等专业都将水力学或流体力学作为必修课之一。
水力学课程的理论性强，同时又有明确的工程应用背景。它是连接前期基础课程和后续专业课程的桥梁。课程教学的主要任务是使学生掌握水力学的基本概念、基本理论和解决水力学问题的基本方法，具备一定的实验技能，为后续课程的学习打好基础，培养分析和解决工程实际中有关水力学问题的能力。水是与我们关系最密切的物质，人类的繁衍生息、社会的进化发展都是与水“唇齿相依、休戚相关”的。综观所有人类文
明，几乎都是伴着河、海而生的
通过学习和实训，应用水力学知识，为以后的生活做下完美的铺垫。
任务二：分析溢洪道水平段和陡坡段的水面曲线形式，考虑高速水流掺气所增加的水深，算出陡坡段边墙高。边墙高按设计洪水流量校核；绘制陡坡纵剖面上的水面线。
任务三：绘制正常水位到汛前限制水位~相对开度~下泄流量的关系曲线；绘制汛前限制水位以上的水库水位~下泄流量的关系曲线。
任务四：溢洪道消力池深、池长计算：或挑距长度、冲刷坑深度和后坡校核计算
任务二：分析溢洪道水平段和陡坡段的水面曲线形式，考虑高速水流掺气所增加的水深，算出陡坡段边墙高。边墙高按设计洪水流量校核；绘制陡坡纵剖面上的水面线。
1.根据100年一遇洪水设计，已知驼峰堰上游水位25.20，堰顶高程18.70，堰底高程为17.45，
计算下游收缩断面水深h C，
P=18.70-17.45=1.25m H=25.20-18.70=6.5m
P/H=1.25÷6.5=0.19<0.8 为自由出流
m=0.32+0.171(P/H)^0.657
=0.442
设H0=H，由资料可知溢洪道共两孔，每孔净宽10米，闸墩头为圆形，敦厚2米，边墩围半圆形，混凝土糙率为0.014.故查表可得：
ζ0=0.45 ζk=0.7
ε=1-0.2（ζk+（n-1）ζ0）×H0/nb=0.92
H0=（q/（εm（2g）^0.5））^2/3=6.77m
E0=P+H0=6.77+1.25=8.02m
查表的：流速系数ψ=0.94
根据公式E 0=h c +q 2/2g φ2hc 2，可求出h c =3.63m q=Q/B=633.8÷22=31.69m 3/s 则其共轭水深：h c ”= h c ((1+8q 2/g h c 3)1/2-1)=5.92m
水跃发生位置Lj=6.9(h c ”- h c )=6.9×(5.92-3.29)=18.15m>5m,故不发生水跃。
2.临界水深h k 计算：根据矩形断面渠道临界水深h k 的计算，其水面宽度与底宽相等，即B=b ，M=bh,
3
33
2
23k
K k K
b h A aQ b h g
B b
=
=
=
令Q q b
=
，则k h =
q 为单宽流量，a 为动能修正系数。所以：
h k=4.68m
平坡段水面曲线计算
（1） 判断水面曲线的型式
该段为平坡,收缩断面hc=3.63,hk=4.68，属于C 区的水面曲线为C0型壅水曲线。 （2） 水面曲线计算
以闸后断面为控制断面向下游推算。将渠道分为4段，已知1-1断面水深h1=3.63米，假定h2=3.634米、h3=3.648、h4=3.642、h5=3.6455米，根据已知渠道全长（即L=5m ）。将上述成果绘于图上联起来就得到水面曲线。具体计算结果如下： 取1-1和2-2为例计算，上游断面1-1 h 1=3.63米 A 1=bh 1=3.63×20=72.6m 2
v 1=Q/A 1=633.8/72.68=8.73 (α=1)
Es 1=h1+v 12/2g=3.63+8.732/（2×9.8）=7.518m 同理，可算出h 2=3.634m ，A 2=72.68m2，v 2=8.72m 2/s ，Es 2=7.514 ΔEs=-0.0046 计算平均水力坡降
121/2*()J J J =+ 2
2V
J C R
=
计算 1
6
222
1
27.268,2.665,*
2.6650.013
R C χ==
= 同理：J 1=0.003489 J =1/2(J 1+J 2)=0.0348 L △= 0.00460.00348
S i J
-=
--△E =1.31
5L m ≈∑△ 。
其他断面如表所示
以图可知5-5断面水深可得为3.646m
依据断面数据，画出水面曲线图，如图所示
陡坡段水面曲线计算（1：10）
1. （1）试算法和图表法求正常水深
① 试算法。假设一系列的正常水深h 0值，代入天然河道公式Q=AC
，计算出相应的流量
Q 值。根据水深和流量值绘出h 0~Q 关系曲线，然后根据已知流量Q ，在曲线上查出需求解得天然河道水深h 0.
求h0，hk,判别水面线类型。设h0=2.49，2.485，2.475，2.465，2.45.，分别计算出相应的面积A ，湿周X ，水利半径R ，谢才公式C 及流量Q 值，见表。
水深试算1
h 0(m) A(m 2) χ(m) R(m) C(m 1/2/s) Q=√Ri(m 3/s) 2.49 54.78 26.98 2.030393 26.03068 642.5361239 2.485 54.67 26.97 2.027067 25.98804 639.6710004 2.475 54.45 26.95 2.020408 25.90267 633.9601409 2.465 54.23 26.93 2.013739 25.81717 628.2751439 2.45
53.9
26.9 2.003717
25.68869
619.7961729
由表数据绘出h 0~Q 曲线，如图所示。根据设计流量Q=633.8m 3
/s ，在曲线上差的渠道正常水深h 0=2.474m
临界水深令Q q b
=
，则k h =
q 为单宽流量，a 为动能修正系数。所以：h k =(q 2/g)1/3
=4.39m 。
（3） 判断水面曲线的型式
h k > h>h 0, 渠道为陡坡,故水曲线为B 2型降水曲线 （4） 水面曲线计算
断面为控制断面向下游推算。将渠道分为4段，已知1-1断面水深h1=3.646米，假定h2=3.21米、h3=2.966、h4=2.775、h5=3.633米，根据已知渠道全长（即L=20.1）。将上述成果绘于图上联起来就得到水面曲线。具体计算结果如下： 取1-1和2-2为例计算，上游断面1-1 h 1=3.646米
A 1=bh 1=3.63×20=80.201m 2 v 1=Q/A 1=633.8/80.201=7.9026(α=1) Es 1=h1+v 12/2g=3.646+7.92/（2×9.8）=6.831m
同理，可算出h 2=3.21m ，A 2=70.62m2，v 2=8.97m 2/s ，Es 2=7.319 ΔEs=0.4877 计算平均水力坡降
121/2*()J J J =+ 2
2V
J C R
=
计算 22228.42,2.4849,
89.52
R C χ=== 同理：J 1= 0.002755 J =1/2(J 1+J 2)=0.0034 L △=
0.4870.0966
S i J
=
-△E = 5.04
20.12L m ≈∑△ 。其他断面如表所示
以图可知5-5断面水深可得为2.633m 依据断面数据，画出水面曲线图，如图所示
边墙高计算：
已知各断面水深h 、流速v 、水利半径R ，查表可知掺气水深系数k=0.005可求出个断面边坡高墙
1-1断面高强计算：已知h 1=3.646m 、v 1=7.902m 2/s 、R 1=2.738m β=
2
11v
k
gR
+=0.89764
h a =
h
β
=3.646÷0.89764=4.54364
陡坡段边墙高度要求比掺气水深超高2m 故边坡墙高度为：6.5m
陡坡段水面曲线计算（1：3.02）
1. （1）试算法和图表法求正常水深
② 试算法。假设一系列的正常水深h 0值，代入天然河道公式Q=AC
，计算出相应的流量
Q 值。根据水深和流量值绘出h 0~Q 关系曲线，然后根据已知流量Q ，在曲线上查出需求解得天然河道水深h 0.
求h0，hk,判别水面线类型。设h0=2，1.9，1.897，1.85，1.8，分别计算出相应的面积A ，湿周X ，水利半径R ，谢才公式C 及流量Q 值，见表。
由表数据绘出h 0~Q 曲线，如图所示。根据设计流量Q=633.8m 3/s ，在曲线上差的渠道正常水深h 0=1.896m
临界水深h k =(q 2/g)1/3
=4.39m
。
（5） 判断水面曲线的型式
因为渠道为陡坡，且h k > h>h 0,故水曲线为c 0型降水曲线 （6） 水面曲线计算
断面为控制断面向下游推算。将渠道分为4段，已知1-1断面水深h1=2.633米，假定h2=2.3米、h3=2、h4=1.8、h5=1.62米，根据已知渠道全长（即L=28.97m ）。将上述成果绘于图上联起来就得到水面曲线。具体计算结果如下：
取1-1和2-2为例计算，上游断面1-1 h 1=2.633米 A 1=bh 1=2.633×22=57.926m 2
v 1=Q/A 1=633.8/57.926=10.94 (α=1)
Es 1=h1+v 12/2g=3.63+8.732/（2×9.8）=7.518m
同理，可算出h 2=2.3m ，A 2=50.6m2，v 2=12.5m 2/s ，Es 2=10.3 ΔEs=1.56 计算平均水力坡降
121/2*()J J J =+ 2
2V
J C R
=
计算 22226.6,1.9,
85.6
R C χ=== 同理：J 1=0.0074 J =1/2(J 1+J 2)=0.093 L △= 1.560.3
S i J
=
-△E =4.8528.97L m ≈∑△ 。其他
断面如表所示
以图可知5-5断面水深可得为1.62m
依据断面数据，画出水面曲线图，如图所示
边墙高计算：
已知各断面水深h 、流速v 、水利半径R ，查表可知掺气水深系数k=0.005可求出个断面边坡高墙
1-1断面高强计算：已知h 1=2.633m 、v 1=10.9m 2
/s 、R 1=2.1m β=
2
11v
k
gR
+=0.77
h a =
h
β
=3.646÷0.77=3.4
陡坡段边墙高度要求比掺气水深超高2m
故边坡墙高度为：5.4m
综上所述：两陡坡相接及平坡与陡坡相接各断面墙高分别为6.5m，5.4m及下游墙高4.1m,按千年一遇洪水流量校核，可得陡坡各断面曲线图如下：（方法与百年计算相同）
一陡坡
二陡坡段
一陡坡渗气水深
依表可知，千年一遇渗气水深均低于其相对应边墙高度如：
一陡坡：h1渗=4.5m 任务三：绘制正常水位到汛前限制水位~相对开度~下泄流量的关系曲线；绘制汛前限制 水位以上的水库水位~下泄流量的关系曲线。 1、闸孔出流计算已知断面正常水位为24m，汛前限制水位为22.9m，现假设e/H=0.1、0. 2、0. 3、0. 4、 0.5、0.6，当e/H=0.1，Z=24时，H=24-18.7=5.3m故e=e/H*H=0.53mμ 0=0.685-0.19*e/H=0.685-0.19*0.1=0.666Q=μ0be ×20×0.53=71.95253m3/s同 理可算出水位23.8、23.5、23.2及22.9m时的下泄流量如表：” 2、绘制汛前限制水位以上水库水位~下泄流量的关系曲线 已知汛前限制水位为22.9m ，水库水位为26.3m ， 当Z=22.9时，H 0=22.9-18.7=4.2m ≈H P=18.7－17.45=1.25m 故P/H=1.25/4.2=0.298>0.24 m 0=0.414（P/H ）-0.0652=0.414×(0.298) -0.0652=0.45 当P/H<0.24时， m 0=0.385+0.171×（P/H ）0.657 ε=1－0.2[ξk +（n-1） ξ0]H/nb=1－0.2×[0.7+(2－1)×0.45]×4.2÷2÷10=0.952 因为下游水位比堰顶低的多，应为自由出流，故 δs =1.0 Q=δs εm 0B 3/2=1.0×0.952×0.45×20 4.23/2=326.5m 3/s 同理可求出当Z=23.5、24.5、25.5、26.3m 时的下泄流量，如表： 任务四：溢洪道消力池深、池长计算：或挑距长度、冲刷坑深度和后坡校核计算 h=h c =1.62m q=Q/B=633.8÷22=28.89m 3/s hc ″=1.62÷2× )=9.48m>4.56 为远离式消能，建挑流式消力池。 基本数据： Q=633.8m 3/s S1=25.39-6.6=18.79 z=26.3-4.56=20.83m a=6.6m sin 22?=0.375 c o s 22?=0.927 s i n 222??=0.695 流能比： ÷18.791.5 =0.124 流速系数φ = 入水角β c o s β = cos θ=0.875 β=28.9° tan β=0.552 （1）空中挑距 L 0 =2 11sin 2[1S θ?+（2） 冲刷坑深度 因基岩软弱破碎，裂隙发育，故取K s =1.6 T=Ksq 0.5Z 0.25-4.56=1.6×28.890.5×15.290.25-4.56=14.68m （3） 水下挑距 L 1= tan t T h β +=14.68 4.560.552 +=34.86m （4）总挑距 L=L 0+L 1=28.49+34.86=62.45m 冲刷坑后坡 i= T L = 14.6862.45 =0.235 1、明渠均匀流计算公式： Q=Aν=AC Ri 1 n y R （一般计算公式）C= 1 n R 1 6 C= （称曼宁公式）2、渡槽进口尺寸(明渠均匀流) Q＝bh 2gZ 0 z：渡槽进口的水位降（进出口水位差） ε：渡槽进口侧向收缩系数，一般ε＝0.8～0.9 b：渡槽的宽度（米） h：渡槽的过水深度（米） φ：流速系数φ＝0.8～0.95 3、倒虹吸计算公式： Q=mA2gz (m 3/秒） 4、跌水计算公式： 跌水水力计算公式：Q＝εmB 3/2 2gH ， 式中：ε—侧收缩系数，矩形进口ε＝0.85～0.95；， B—进口宽度（米）；m—流量系数 5、流量计算公式： Q=Aν 式中Q——通过某一断面的流量，m 3／s； ν——通过该断面的流速，m／h 2 A——过水断面的面积，m 。 6、溢洪道计算 1）进口不设闸门的正流式开敞溢洪道 3 （1）淹没出流：Q＝εσMBH2 3 ＝侧向收缩系数×淹没系数×流量系数×溢洪道堰顶泄流长度×溢洪水深2 3 （2）实用堰出流：Q=εMBH 2 1 3 =侧向收缩系数×流量系数×溢洪道堰顶泄流长度×溢洪水深2 2）进口装有闸门控制的溢洪道 （1）开敞式溢洪道。 3 Q＝εσMBH2 3 ＝侧向收缩系数×淹没系数×流量系数×溢洪道堰顶泄流长度×溢洪水深2 （2）孔口自由出流计算公式为 Q=MωH =堰顶闸门自由式孔流的流量系数×闸孔过水断面面积×H 其中：ω=be 7、放水涵管(洞)出流计算 1）、无压管流 Q=μA2gH =流量系数×放水孔口断面面积×2gH 2）、有压管流 目录 绪论：1 第一章：水静力学1 第二章：液体运动的流束理论3 第三章：液流形态及水头损失3 第四章：有压管中的恒定流5 第五章：明渠恒定均匀流5 第六章：明渠恒定非均匀流6 第七章：水跃7 第八章：堰流及闸空出流8 第九章：泄水建筑物下游的水流衔接与消能9第十一章：明渠非恒定流10 第十二章：液体运动的流场理论10 第十三章：边界层理论11 第十四章：恒定平面势流11 第十五章：渗流12 第十六章：河渠挟沙水流理论基础12 第十七章：高速水流12 绪论： 1 水力学定义：水力学是研究液体处于平衡状态和机械运动状态下的力学规律，并探讨利用这些规律解决工程实际问题的一门学科。b5E2RGbCAP 2 理想液体：易流动的，绝对不可压缩，不能膨胀，没有粘滞性，也没有表面张力特性的连续介质。 3 粘滞性：当液体处在运动状态时，若液体质点之间存在着相对运动，则质点见要产生内摩擦力抵抗其相对运动，这种性质称为液体的粘滞性。可视为液体抗剪切变形的特性。<没有考虑粘滞性是理想液体和实际液体的最主要差别）p1EanqFDPw 4 动力粘度：简称粘度，面积为1m2并相距1m的两层流体，以1m/s做相对运动所产生的内摩擦力。 5 连续介质：假设液体是一种连续充满其所占空间毫无空隙的连续体。 6 研究水力学的三种基本方法：理论分析，科学实验，数值计算。第一章：水静力学 要点：<1）静水压强、压强的量测及表示方法；<2）等压面的应用；<3）压力体及曲面上静水总压力的计算方法。DXDiTa9E3d 7 静水压强的两个特性：1）静水压强的方向与受压面垂直并指向受压面2）任一点静水压强的大小和受压面方向无关，或者说作用于同一点上各方向的静水压强大小相等。RTCrpUDGiT 8 等压面：1）在平衡液体中等压面即是等势面2）等压面与质量力正交3）等压面不能相交4）绝对静止等压面是水平面5）两种互不 给水处理厂课程设计计算书 12．高程布置 为了配合平面布置，我们首先应根据下表估计各构筑物之间连接管渠的大小及长度大致水头损失。然后在平面布置确定后，按水力学公式逐步计算各构筑物之间的水 构筑物 沉淀池~滤池0.3~0.5 快滤池内 2.0~3.0 虹吸、无阀滤池 1.5~2.0 滤池到清水池0.3~0.5 1.3.4高程布置设计计算 1.3.4.1水处理构筑物的高程布置设计计算 1.水头损失计算 在处理工艺流程中，各构筑物之间水流应为重力流。两构筑物之间水面高差即为流程中的水头损失，包括构筑物本身、连接管道、计量设备等水头损失在内。水头损失应通过计算确定，并留有 余地. （1）处理构筑物水头损失 处理构筑物中的水头损失与构筑物的型式和构造有关，具体根据设计手册第3册表15-13 g ——重力加速度，2/m s 。 ① 配水井至絮凝池连接管线水头损失 a ）沿程水头损失 配水井至絮凝池连接管采用800DN 钢管，管长15l m =。 考虑浑水的因素0.015n =，按0.013n =查设计手册第1册水力计算表得 1.8i =‰，换算成相当 于0.015n =时的i ： 浑水管长15m 算得沿程损失为： b）局部水头损失 管路中，进口1个，局部阻力系数 10.50 ξ=；急转弯管1个， 20.90 ξ=；闸阀1个， 30.06 ξ=； 90o弯头1个， 41.05 ξ= ；出口1个，局部阻力系数 5 0.04 ξ=，则局部阻力系数总计为： 管内流速 1.11/ v m s =，则管路局部水头损失为： c）总水头损失 ②絮凝池至沉淀池 絮凝池与沉淀池合建，其损失取0.1m。 ③沉淀池至V a）沿程水头损失 沉淀池至V型滤池连接管采用900 DN钢管，管长l= 21.052 2.1 ξ=?＝； 闸阀2 43.0 ξ=；出口1个，V，按0.013 n=查设计手册第1册水力计算表得 2.4 i=‰，则V型滤池至清水池连接管沿程损失为： b）局部水头损失 管路中，进口1个，局部阻力系数 10.50 ξ=；90?弯头3个，局部阻力系数 21.053 3.15 ξ=?＝； 闸阀1个， 30.06 ξ=；出口1个，局部阻力系数 41.00 ξ=，则局部阻力系数总计为：管内流速 1.0/ v m s =，则管路局部水头损失为： c）总水头损失 塔的水力学计算手册 1.目的与适用范围 (1) 2.塔设备特性 (1) 3.名词术语和定义 (1) 4.浮阀/筛孔板式塔盘的设计 (1) 5.填料塔的设计 (1) 1.目的与适用范围 为提高工艺工程师的设计质量,推广计算机应用而编写本手册。 本手册是针对气液传质塔设备中的普遍性问题而编写。对于某些具体塔设备的数据(比如:某生产流程中针对某塔设备的板效率而采用的计算关联式,或者对于某吸收填料塔的传质单元高度或等板高度而采用的具体计算公式)则未予收入。本设计手册以应用为主，主要是指导性的计算方法和步骤，并配合相应的计算程序，具体公式及理论推阐可参考有关文献。 2.塔设备特性 作为气(汽)、液两相传质用的塔设备，首先必须能使气(汽)、液两相得到充分的接触，以得到较高的传质分离效率。 此外，塔设备还应具有以下一些特点： (1)当气(汽)、液处理量过大(超过设计值)时，仍不致于发生大量的雾 沫挟带或液泛等影响正常操作的现象。 (2)当操作波动(设计值的50％～120％)较大时，仍能维持在较高的传 质效率下稳定操作，并具有长期连续操作所必须具备的可靠性。 (3)塔压力降尽量小。 (4)结构简单、耗材少、制造和安装容易。 (5)耐腐蚀、不易堵塞。 (6)塔内的滞留液量要小。 3.名词术语和定义 3.1 塔径(tower diameter)，D T 塔筒体内壁直径，见图3.1-(a)。 3.2 板间距(tray spacing)，H T 塔内相邻两层塔盘间的距离，见图3.1-(a)。 3.3 降液管(downcomer)，DC 各层塔盘之间专供液相流体通过的组件，单溢流型塔盘为侧降液管，双溢流型塔盘有侧降液管和中央降液管，三或多溢流型塔盘有侧降液管、偏侧降液管、偏中央降液管及中央降液管。 3.4 降液管顶部宽度(DC top width)，Wd 弓形降液管面积的弦高。掠堰另有算法，见图3.1-(a),-(b)。 3.5 降液管底间隙(DC clearance)，ho 降液管底部边缘至塔盘(或受液盘)之间的距离，见图3.1-(a)。 3.6 溢流堰高度(weir height)，hw 降液管顶部边缘高出塔板的距离，见图3.1-(a)。 3.7 总的塔盘横截面积(total tower cross-section area)，A T 第3章给水排水管网水力学基础 3.1 基本概念 3.2 管渠水头损失计算 3.3 非满流管渠水力计算 3.4 管道的水力等效简化 3.1基本概念 3.1.1管道内水流特征 Re=ρvd/μ 3.1基本概念 3.1.2有压流与无压流 有压流：水体沿流程整个周界与固体壁面接触，而无自由液面（压力流、管流） 无压流：水体沿流程一部分周界与固体壁面接触，其余与空气接触，具有自由液面（重力流、明渠流） 3.1基本概念 3.1.3恒定流与非恒定流 恒定流：水体在运动过程中，其各点的流速与压力不随时间而变化，而与空间位置有关的流动称为恒定流非恒定流：水体在运动过程中，其流速与压力不与空间位 置有关，还随时间的而变化的流动称为非恒定流3.1基本概念 3.1.4均匀流与非均匀流 均匀流：水体在运动过程中，其各点的流速与方向沿流程不变的流动称为均匀流 非均匀流：水体在运动过程中，其各点的流速与方向沿流程变化的流动称为非均匀流 3.1基本概念 3.1.5水流的水头与水头损失 水头：指的是单位质量的流体所具有的能量除以重力加速度，一般用h或H表示，常用单位为米（m） 3.1基本概念 3.1.5水流的水头与水头损失 水头损失：流体克服阻力所消耗的机械能 3.2管渠水头损失计算 3.2.1沿程水头损失计算 管渠的沿程水头损失常用谢才公式计算 对于圆管满流，沿程水头损失可用达西公式计算 沿程阻力系数 λλ228 (m) 2C g g v D l h f == R 为过水断面的里半径，及过水断面面积除以湿周，圆管满 流时R=0.25D 流体在非圆形直管内流动时，其阻力损失也可按照上述公式计算，但应将D 以当量直径de 来代替 3.2管渠水头损失计算 (m) l R C v il h 22 f ==Ri C v = 水力学实训设计计算书 指导老师：柴华 前言 水力学是一门重要的技术基础课，它以水为主要对象研究流体运动的规律以及流体与边界的相互作用，是高等学校许多理工科专业的必修课。 在自然界中，与流体运动关联的力学问题是很普遍的，所以水力学和流体力学在许多工程领域有着广泛的应用。水利工程、土建工程、机械工程、环境工程、热能工程、化学工程、港口、船舶与海洋工程等专业都将水力学或流体力学作为必修课之一。 水力学课程的理论性强，同时又有明确的工程应用背景。它是连接前期基础课程和后续专业课程的桥梁。课程教学的主要任务是使学生掌握水力学的基本概念、基本理论和解决水力学问题的基本方法，具备一定的实验技能，为后续课程的学习打好基础，培养分析和解决工程实际中有关水力学问题的能力。水是与我们关系最密切的物质，人类的繁衍生息、社会的进化发展都是与水“唇齿相依、休戚相关”的。综观所有人类文 明，几乎都是伴着河、海而生的 通过学习和实训，应用水力学知识，为以后的生活做下完美的铺垫。 任务二：分析溢洪道水平段和陡坡段的水面曲线形式，考虑高速水流掺气所增加的水深，算出陡坡段边墙高。边墙高按设计洪水流量校核；绘制陡坡纵剖面上的水面线。 任务三：绘制正常水位到汛前限制水位~相对开度~下泄流量的关系曲线；绘制汛前限制水位以上的水库水位~下泄流量的关系曲线。 任务四：溢洪道消力池深、池长计算：或挑距长度、冲刷坑深度和后坡校核计算 任务二：分析溢洪道水平段和陡坡段的水面曲线形式，考虑高速水流掺气所增加的水深，算出陡坡段边墙高。边墙高按设计洪水流量校核；绘制陡坡纵剖面上的水面线。 1.根据100年一遇洪水设计，已知驼峰堰上游水位25.20，堰顶高程18.70，堰底高程为17.45， 计算下游收缩断面水深h C， P=18.70-17.45=1.25m H=25.20-18.70=6.5m P/H=1.25÷6.5=0.19<0.8 为自由出流 m=0.32+0.171(P/H)^0.657 =0.442 设H =H，由资料可知溢洪道共两孔，每孔净宽10米，闸墩头为圆形，敦厚2米，边墩围半圆形，混凝土糙率为0.014.故查表可得： ζ 0=0.45 ζ k =0.7 ε=1-0.2（ζk+（n-1）ζ0）×H0/nb=0.92 H =（q/（εm（2g）^0.5））^2/3=6.77m E0=P+H0=6.77+1.25=8.02m 查表的：流速系数ψ=0.94 第一章 功能概述 理正工程水力学计算软件包含有五个计算内容：倒虹吸水力学计算、渠道水力学计算、水闸水力学计算、隧洞水力学计算和消能工水力学计算。 倒虹吸水力学计算模块可计算倒虹吸的过水能力、设计倒虹吸管径； 渠道水力学计算模块含有清水渠道均匀流的水力计算、清水渠道非均匀流的水力计算和挟沙水流渠道的水力计算； 水闸水力学计算模块适用于无坎宽顶堰、有坎宽顶堰、WES实用堰上的平板和弧形闸门，可计算水闸的泄流能力、设计闸孔宽度和确定闸门的开启度； 水工隧洞水力学计算模块适用于矩形、圆形、拱形断面隧洞的水力设计，对无压隧洞可计算洞的过流能力和设计断面尺寸，半有压隧洞可校核隧洞的过流能力，对于有压隧洞可计算隧洞在不同水位、不同闸门开度下的泄流量，并可在已知过流量条件下校核上游水位，还可绘制出总水头线和压坡线，形象的显示洞身各点有无负压； 消能工水力学计算模块适用于底流式消能工和挑流式消能工的水力设计。底流式消能工中包括下挖式消力池、突槛式消力池（消力墙）和综合式消力池三种基本型式，可进行消力池尺寸设计计算和校核消能能力。挑流式消能工可进行连续式挑流鼻坎的水力计算。 五个计算模块最后都给出计算的图形结果、文字结果及图文并茂的计算书。 第二章 快速操作指南 2.1 操作流程 理正工程水力学计算软件的操作流程如图2.1-1，每一步骤都有相对应的菜单操作。 图2.1-1 操作流程 2.2 快速操作指南 2.2.1 选择工作路径 设置工作路径，既可以调入已有的工作目录，也可在输入框中键入新的工作目录，后面操作中生成的所有文件（包括工程数据及计算书等）均保存在设置的工作目录下。 图2.2-1 指定工作路径 注意：此处指定的工作路径是所有岩土模块的工作路径。进入某单个计算模块后，还可以通过按钮【选工程】重新指定此模块的工作路径。 2.2.2 增加计算项目 工程水力学计算软件包含有五个计算内容：倒虹吸水力学计算、渠道水力学计算、水闸水力学计算、隧洞水力学计算和消能工水力学计算。用户可根据需要选择。 图2.2-2 当选好一个计算项目后，点击【工程操作】菜单中的“增加项目”或“增”按钮来新增一个计算项目（以水闸水力学计算为例）。 水力学常用计算公式精 选文档 TTMS system office room 【TTMS16H-TTMS2A-TTMS8Q8- 1、明渠均匀流计算公式： Q=A ν=AC Ri C=n 1R y （一般计算公式）C=n 1 R 61 （称曼宁公式） 2、渡槽进口尺寸(明渠均匀流) z ：渡槽进口的水位降（进出口水位差） ε：渡槽进口侧向收缩系数，一般ε＝～ b ：渡槽的宽度（米） h ：渡槽的过水深度（米） φ：流速系数φ＝～ 3、倒虹吸计算公式： Q=mA z g 2(m 3/秒） 4、跌水计算公式： 5、流量计算公式： Q=A ν 式中Q ——通过某一断面的流量，m 3／s ； ν——通过该断面的流速，m ／h A ——过水断面的面积，m 2。 6、溢洪道计算 1）进口不设闸门的正流式开敞溢洪道 （1）淹没出流：Q ＝εσMBH 2 3 ＝侧向收缩系数×淹没系数×流量系数×溢洪道堰顶泄流长度×溢洪水深2 3 （2）实用堰出流：Q=εMBH 2 3 gZ 2bh Q ＝跌水水力计算公式：Q ＝εmB 2 /30g 2H ， 式中：ε—侧收缩系数，矩形进口ε＝0.85～0.95；， B —进口宽度（米）；m —流量系数 =侧向收缩系数×流量系数×溢洪道堰顶泄流长度×溢洪水深2 3 2）进口装有闸门控制的溢洪道 （1）开敞式溢洪道。 Q ＝εσMBH 2 3 ＝侧向收缩系数×淹没系数×流量系数×溢洪道堰顶泄流长度×溢洪水深2 3 （2）孔口自由出流计算公式为 Q=M ωH =堰顶闸门自由式孔流的流量系数×闸孔过水断面面积×H 其中：ω=be 7、放水涵管(洞)出流计算 1）、无压管流 Q=μA 02gH =流量系数×放水孔口断面面积×02gH 2）、有压管流 Q ＝μA 02gH =流量系数×放水孔口断面面积×02gH 8、测流堰的流量计算——薄壁堰测流的计算 1）三角形薄壁测流堰，其中θ＝90°，即 自由出流：Q ＝2 5或Q ＝（2-15） 淹没出流：Q ＝（25 ）σ（2-16） 淹没系数：σ=2)13.0( 756.0--H h n +（2-17） 2）梯形薄壁测流堰，其中θ应满足tan θ=4 1 ，以及b ＞3H ，即 自由出流：Q ＝g 22 3＝2 3（2-18） 1 塔器设计概述 1.1 石油化工装置中塔器占有很大的比重。几乎每种工艺流程都存在蒸馏或吸收等分离单元过程，因此塔器设计至关重要。往往塔器设计的优劣，决定着装置的先进性和经济性，必须给予重视。 1.2 塔器设计与工艺流程设计有着非常密切的关系，亦即塔器的选型和水力学计算与工艺流程的设计计算是结合在一起的。有时塔器设计影响着分离流程和操作条件的选择。例如减小蒸馏塔的回流比，能降低能耗，但塔板数增加，对塔器讲就是减小塔径和增加塔高，其中必有一个最经济条件的选择。又如真空塔或对釜温有要求的蒸馏塔均对压降要求较严，需要选择压降低的板式塔或填料塔，在塔器水力学计算后，压降数据要返回工艺作釜温核算。 1.3 一般工艺流程基本确定后，进行塔器的选型、设计等工作。塔器设计涉及到工艺、化学工程、设备、仪表、配管等专业。化学工程专业的任务及与各专业间关系另有说明。见化学工程专业工作手册H-P0101-96、H-P0301-96。 1.4 随着石油化工和科技的迅猛发展，蒸馏塔从一般的一股进料、二股产品的常规塔发展为多股进料、多侧线，有中间换热的复杂塔。要求塔的生产能力大、效率高、塔板数多，即大塔径、多程数、高效、低压降等，对塔器设计提出了更高的要求，并推动了塔器设计工作的发展。 1.5 近年来电子计算机的普及和发展，为工艺与塔器设计提供了有力的工具。我们可应用PROCESS或PRO/Ⅱ等工艺流程模拟软件进行计算，得到塔的最大和最小汽液负荷、密度等数据，以便进行分段的塔的水力学计算，使工艺和塔的水力学计算能同步进行，并作多方案比较，求得最佳设计。 1.6 设计中主要考虑的问题 1.6.1 确定工艺流程（尤其是分离流程） 通过工艺流程模拟电算，选定最佳切割方案，其中包括多股进料、侧线采出、进料状态和位置等方面的选择。 1.6.2 塔压的设定 水银 题1图 高程为9.14m 时压力表G 的读数。 题型一：曲面上静水总压力的计算问题（注：千万注意方向，绘出压力体） 1、AB 曲面为一圆柱形的四分之一，半径R=0.2m ，宽度（垂直纸面）B=0.8m ，水深H=1.2m ，液体密度3 /850m kg =ρ，AB 曲面左侧受到液体压力。求作用在AB 曲面上的水平分力和铅直分力。（10分） 解：（1）水平分力： RB R H g A h P z c x ?- ==)2 (ργ…….(3分) N 1.14668.02.0)2 2 .02.1(8.9850=??- ??=，方向向右（2分）。 （2）铅直分力：绘如图所示的压力体，则 B R R R H g V P z ??? ? ????+-==4)(2πργ……….（3分） 1.15428.04 2.014.32.0)2.02.1(8.98502=???? ? ?????+?-??=，方向向下（2分） 。 l d Q h G B A 空 气 石 油 甘 油 7.623.66 1.52 9.14m 1 1 2．有一圆滚门，长度l=10m ，直径D=4.2m ，上游水深H1=4.2m ，下游水深H2=2.1m ，求作用于圆滚门上的水平和铅直分压力。 解题思路：（1）水平分力： l H H p p p x )(2 12 22121-=-=γ 方向水平向右。 （2）作压力体，如图，则 l D Al V p z 4 432 πγγγ? === 方向垂直向上。 3.如图示，一半球形闸门，已知球门的半径m R 1= ，上下游水位差m H 1= ，试求闸门受到的水平分力和竖直分力的 大小和方向。 解： (1)水平分力： ()2R R H A h P c πγγ?+===左,2R R A h P c πγγ?='=右 右左P P P x -= kN R H 79.30114.31807.92=???=?=πγ， 方向水平向右。 （２）垂直分力： V P z γ=，由于左、右两侧液体对曲面所形成的压力体均为半球面，且两侧方向相反，因而垂直方向总的压力为0。 4、密闭盛水容器，已知h 1=60cm,h 2=100cm ，水银测压计读值cm h 25=?。试求半径R=0.5m 的半球盖AB 所受总压力的水平分力和铅垂分力。 水力学中常用的基本计算方法 水力学中经常会遇到一些高次方程，微分方程的求解问题。多年来，求解复杂高次方程的基本方法便是试算法，或查图表法，对于简单的微分方程尚可以用积分求解，而边界条件较为复杂的微分方程的求解就存在着较大的困难，但随着计算数学的发展及计算机的广泛使用，一门新的水力学分支《计 算水力学》应运而生，但用计算机解决水力学问题，还需 要了解一些一般的计算方法。在水力学课程中常用的有以下 几种，现分述于后。 一、高次方程式的求解方法： （一）二分法 1、二分法的基本内容：在区间[X1，X2]上有一单调连续函 数F（x）=0，则可绘出F（x）～Ｘ关系曲线。如果在两端点处函数值异号即F（x１）·F（x2）＜0，（见图（一）），则方 程F（x）=0，在区间[X1，X2]之间有实根存在，其根的范围 大致如下：取 22 1 3x x x + = 1°若F（x2）·F（x3）＞0， 则解ξ∈[X1，X3] 2°若F（x2）·F（x3）＜0， 则解ξ∈[X3，X2] 3°若F（x2）·F（x3）=0， 则解ξ=X3 对情况1°，可以令x2=x3，重复计算。 对情况2°，可以令x1=x3，重复计算。 当规定误差ε之后，只要|x 1-x 2|≤ε，则x 1(或x 2)就 是方程F(x)=0的根。 显然，二分法的理论依据就是高等数学中的连续函数介 值定理。 它的优点是思路清晰，计算简单，其收敛速度与公比为 的等比级数相同；它的局限性在于只能求实根，而不能求 2 1 重根。 2、二分法的程序框图(以求解明渠均匀流正常水深为 例) 最后必须说明，二分法要求x 2值必须足够大，要保证 F 1·F 2＜0，否则计算得不到正确结果。为了避免x 2值不够大， 产生计算错误，在程序中加入了判别条件F 1·F 2＞0。也可以给 定x J 及步长△x ，让计算机选择x 2(x 2=x 1+△x)。 (二)牛顿法， 1、牛顿法的基本内容：设有连续函数F(x)=0，则可以绘 出F(x)～x 关系曲线，选取初值x o ，过点（x o ·F(x o )）作一切 线，其斜率为辅F ＇（x o ），切线与x 轴的交点是x 1， 则有： ) ()('1o o o x F x F x x - =再过(x 1，F(x 1)作切线，如此类推得到牛顿法的一个迭代序列： x n+l =x n -F(x n )/F ＇(x n )，令x n =x n +1，重复计算，直至满足给定 的精度要求，即|x n+1-x n |≤，从而得到方程F(x)=0的根。 牛顿法具有平方收敛速度，比较快，但计算工作量大，每 次运算除计算函数值外，还要计算微商值。对于牛顿法来讲， 1、明渠均匀流计算公式: Q=Aν=AC Ri C=n 1Ｒy （一般计算公式）Ｃ=n 1 R 61 （称曼宁公式） 2、渡槽进口尺寸（明渠均匀流） gZ 2bh Q ＝ z ：渡槽进口的水位降（进出口水位差） ε：渡槽进口侧向收缩系数，一般ε＝0。8～０。9 b:渡槽的宽度（米） h ：渡槽的过水深度(米) φ：流速系数φ=０。８~0．９5 3、倒虹吸计算公式： Q ＝mA z g 2（m 3/秒) 4、跌水计算公式： 跌水水力计算公式：Q ＝εmB 2 /30g 2H ， 式中：ε—侧收缩系数，矩形进口ε＝0.85～0.95；， B —进口宽度（米）；m —流量系数 5、流量计算公式: Ｑ=Aν 式中Q —-通过某一断面的流量，m ３/ｓ； ν——通过该断面的流速，ｍ/ｈ A —-过水断面的面积，ｍ2。 6、溢洪道计算 １)进口不设闸门的正流式开敞溢洪道 （1）淹没出流：Ｑ=εσＭBH 2 3 ＝侧向收缩系数×淹没系数×流量系数×溢洪道堰顶泄流长度×溢洪水深2 3 （２）实用堰出流：Q=εＭBH 2 3 =侧向收缩系数×流量系数×溢洪道堰顶泄流长度×溢洪水深2 3 2）进口装有闸门控制的溢洪道 (1）开敞式溢洪道。 Q ＝εσMＢH 2 3 ＝侧向收缩系数×淹没系数×流量系数×溢洪道堰顶泄流长度×溢洪水深2 3 （2)孔口自由出流计算公式为 Ｑ=ＭωH =堰顶闸门自由式孔流的流量系数×闸孔过水断面面积×H 其中：ω=be 7、放水涵管（洞)出流计算 １）、无压管流 Q ＝μＡ02gH =流量系数×放水孔口断面面积×02gH 2)、有压管流 Q ＝μA 02gH =流量系数×放水孔口断面面积×02gH 8、测流堰的流量计算—-薄壁堰测流的计算 １）三角形薄壁测流堰,其中θ＝90°，即 自由出流：Q ＝1。4H 2 5或Ｑ＝1.34３H 2.47（2—15) 淹没出流:Ｑ＝（1。4H 25)σ（2-16） 淹没系数:σ=2)13.0( 756.0--H h n +0.145(2-１7) 2）梯形薄壁测流堰,其中θ应满足t ａnθ= 4 1 ，以及b ＞３H,即 自由出流：Q ＝０．42b g 2H 2 3＝1.８6bH 2 3（２—１8） 水 水银 题1图 1 2 3 题型一：曲面上静水总压力的计算问题（注：千万注意方向，绘出压力体） 1、AB 曲面为一圆柱形的四分之一，半径R=0.2m ，宽度（垂直纸面）B=0.8m ，水深H=1.2m ，液体密度3 /850m kg =ρ，AB 曲面左侧受到液体压力。求作用在AB 曲面上的水平分力和铅直分力。（10分） 解：（1）水平分力： RB R H g A h P z c x ?-==)2 (ργ…….(3分) N 1.14668.02.0)2 2 .02.1(8.9850=??- ??=，方向向右（2分） 。 （2）铅直分力：绘如图所示的压力体，则 B R R R H g V P z ??? ? ????+-==4)(2πργ……….（3分） 1.1542 8.042.014.32.0)2.02.1(8.98502=???? ? ?????+?-??=，方向向下（2分）。 2．有一圆滚门，长度l=10m ，直径D=4.2m ，上游水深H1=4.2m ，下游水深H2=2.1m ，求作用于圆滚门上的水平和铅直分压力。 解题思路：（1）水平分力： l H H p p p x )(2 1 222121-= -=γ 方向水平向右。 （2）作压力体，如图，则 l D Al V p z 4 432 πγγγ? === 方向垂直向上。 3.如图示，一半球形闸门，已知球门的半径m R 1= ，上下游水位差m H 1= ，试求闸门受到的水平分力和竖直分力的 大小和方向。 解： (1)水平分力： ()2R R H A h P c πγγ?+===左,2R R A h P c πγγ?=' =右 右左P P P x -= kN R H 79.30114.31807.92=???=?=πγ， 方向水平向右。 （２）垂直分力： V P z γ=，由于左、右两侧液体对曲面所形成的压力体均为半球面，且两侧方向相反，因而垂直方向总的压力为0。 4、密闭盛水容器，已知h 1=60cm,h 2=100cm ，水银测压计读值cm h 25=?。试求半径R=0.5m 的半球盖AB 所受总压力的水平分力和铅垂分力。 水力学课后计算题及答案 第一章 绪论 1-1．20℃的水2.5m 3，当温度升至80℃时，其体积增加多少？ [解] 温度变化前后质量守恒，即2211V V ρρ= 又20℃时，水的密度3 1/23.998m kg =ρ 80℃时，水的密度32/83.971m kg =ρ 32 1 125679.2m V V == ∴ρρ 则增加的体积为3 120679.0m V V V =-=? 1-2．当空气温度从0℃增加至20℃时，运动粘度ν增加15%，重度γ减少10%，问此时动力粘度μ增加多少（百分数）？ [解] 原原ρννρμ)1.01()15.01(-+== 原原原μρν035.1035.1== 035.0035.1=-=-原 原 原原原μμμμμμ 此时动力粘度μ增加了3.5% 1-3．有一矩形断面的宽渠道，其水流速度分布为μρ/)5.0(002.02 y hy g u -=，式中ρ、 μ分别为水的密度和动力粘度，h 为水深。试求m h 5.0=时渠底（y =0）处的切应力。 [解] μρ/)(002.0y h g dy du -= )(002.0y h g dy du -==∴ρμ τ 当h =0.5m ，y =0时 )05.0(807.91000002.0-??=τ Pa 807.9= 1-4．一底面积为45×50cm 2，高为1cm 的木块，质量为5kg ，沿涂有润滑油的斜面向下作等速运动，木块运动速度u=1m/s ，油层厚1cm ，斜坡角22.620 （见图示），求油的粘度。 [解] 木块重量沿斜坡分力F 与切力T 平衡时，等速下滑 y u A T mg d d sin μθ== 001 .0145.04.062 .22sin 8.95sin ????= = δθμu A mg s Pa 1047.0?=μ 1-5．已知液体中流速沿y 方向分布如图示三种情况，试根据牛顿内摩擦定律y u d d μ τ=，定性绘出切应力沿y 方向的分布图。 塔的水力学计算手册精 选文档 TTMS system office room 【TTMS16H-TTMS2A-TTMS8Q8- 塔的水力学计算手册 1.目的与适用范围 为提高工艺工程师的设计质量,推广计算机应用而编写本手册。 本手册是针对气液传质塔设备中的普遍性问题而编写。对于某些具体塔设备的数据(比如:某生产流程中针对某塔设备的板效率而采用的计算关联式,或者对于某吸收填料塔的传质单元高度或等板高度而采用的具体计算公式)则未予收入。本设计手册以应用为主，主要是指导性的计算方法和步骤，并配合相应的计算程序，具体公式及理论推阐可参考有关文献。 2.塔设备特性 作为气(汽)、液两相传质用的塔设备，首先必须能使气(汽)、液两相得到充分的接触，以得到较高的传质分离效率。 此外，塔设备还应具有以下一些特点： (1)当气(汽)、液处理量过大(超过设计值)时，仍不致于发生大量的雾 沫挟带或液泛等影响正常操作的现象。 (2)当操作波动(设计值的50％～120％)较大时，仍能维持在较高的传 质效率下稳定操作，并具有长期连续操作所必须具备的可靠性。 (3)塔压力降尽量小。 (4)结构简单、耗材少、制造和安装容易。 (5)耐腐蚀、不易堵塞。 (6)塔内的滞留液量要小。 3.名词术语和定义 塔径(tower diameter)，D T 塔筒体内壁直径，见图(a)。 板间距(tray spacing)，H T 塔内相邻两层塔盘间的距离，见图(a)。 降液管(downcomer)，DC 各层塔盘之间专供液相流体通过的组件，单溢流型塔盘为侧降液管，双溢流型塔盘有侧降液管和中央降液管，三或多溢流型塔盘有侧降液管、偏侧降液管、偏中央降液管及中央降液管。 降液管顶部宽度(DC top width)，Wd 弓形降液管面积的弦高。掠堰另有算法，见图(a),-(b)。 降液管底间隙(DC clearance)，ho 降液管底部边缘至塔盘(或受液盘)之间的距离，见图(a)。 溢流堰高度(weir height)，hw 降液管顶部边缘高出塔板的距离，见图(a)。 总的塔盘横截面积(total tower cross-section area)，A T 以塔内径计算的横截面积，A T = π(D T/2)2 降液管截面积(DC area)，A D 侧降液管、偏侧降液管、偏中央降液管及中央降液管的横截面积。其面积多为弓形，但对于小塔也有采用圆形。对于斜降液管，顶部和底部的横截面积是不同的。 净面积(net area，free area)，A N、A f 气相流体通过塔板间的最小横截面积，即总的塔盘横截面积A T减去总的降液管顶部横截面积∑A D(包括多流程的中央、偏侧、偏中央降液管的横截面积)，也称自由面积。 五、作图题(在题图上绘出正确答案) 1.定性绘出图示棱柱形明渠的水面曲线，并注明曲线名称。(各渠段均充分长，各段糙率相同) (5分) 3、定性绘出图示棱柱形明渠的水面曲线，并注明曲线名称。(各渠段均充分长，各段糙率相同,末端有一跌坎) (5分) 6、绘出图中的受压曲面AB 上水平分力的压强分布图和垂直分力的压力体图。 A B 7、定性绘出图示棱柱形明渠的水面曲线，并注明曲线名称。(各渠段均充分长，各段糙率相同) K K i < i 1 k i >i 2 k 六、根据题目要求解答下列各题 1、图示圆弧形闸门AB(1/4圆), A 点以上的水深H ＝1.2m ，闸门宽B =4m ，圆弧形闸门半径R =1m ，水面均为大气压强。确定圆弧形闸门AB 上作用的静水总压力及作用方向。 解：水平分力 P x =p c ×A x = 铅垂分力 P y =γ×V=, 静水总压力 P 2= P x 2+ P y 2, P=, tan = P y /P x = ∴ =49° 合力作用线通过圆弧形闸门的圆心。 2、图示一跨河倒虹吸圆管，管径d ＝0.8m ，长 l =50 m ，两个 30。 折角、进口和出口的局部水头损失系数分别为 ζ1=，ζ2=，ζ3=，沿程水头损失系数λ=，上下游水位差 H =3m 。若上下游流速水头忽略不计，求通过倒虹 g v R l h H w 2) 4(2 ∑+==ξλ 计算圆管道断面的水力半径和局部水头损失系数 9.10.15.022.0 , m 2.04/=++?==== ∑ξχ d A R 将参数代入上式计算，可以求解得到 /s m 091.2 , m /s 16.4 3===∴ vA Q v 即倒虹吸管内通过的流量为2.091m 3/s 。 3、某水平管路直径d 1=7.5cm ，末端连接一渐缩喷嘴通大气(如题图)，喷嘴出口直径d 2=2.0cm 。用压力 表测得管路与喷嘴接头处的压强p =49kN m 2 ，管路内流速v 1=0.706m/s 。求水流对喷嘴的水平作用力F (可取动量校正系数为1) H R O B R d 1 v 1 第六章习题及答案 一、选择 问题1：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： A.水头损失相等； B.总能量损失相等； C.水力坡度相等； D.所通过的流量相等。 问题2：如图所示，在校核虹吸管顶部最高点的真空度时应选用下列哪个断面的能量方程： 问题3：并联长管1、2，两管的直径、沿程阻力系数均相同，长度L2=3L1，则通过的流量为： A.Q1=Q2； B.Q1=1.5Q2； C.Q1=1.73Q2； D.Q1=3Q2。 问题4：两水池水位差为H，用两根等径等长、沿程阻力系数均相同的管道连接，按长管考虑，则： A.h fAB＝h fl+h f2+h f3； B.h fAB＝h fl+h f2； C.h fAB＝h f2+h f3； D.h fAB＝h fl=h f2=h f3。 选择：长管并联管道各并联管段的： A.水头损失相等； B.总能量损失相等； C.水力坡度相等； D.通过的水量相等；问题6：在环状管网的任一闭合环路中，以顺时针方向的水流所引起的水头损失____逆时针方向的水流所引起的水头损失。 A.小于； B.等于； C.大于。 二、计算 题1：用虹吸管自钻井输水至集水池。图8-5中，虹吸管长l=l AB+l BC=30+40=70m，d=200mm。钻井至集水池间的恒定水位高差H=1.60m。又已知λ=0.03，管路进口120弯头90°弯头及出口处的局部阻力系数分别为|?1=0.5，|?2=0.2，|?3=0.5，|? =1.0。 4 试求:（1）流经虹吸管的流量； （2）如虹吸管顶部B点的安装高度h B=4.5m ，校核其真空度。 水利计算综合练习计算说明书 学校：SHUI YUAN 系别：水利工程系 班级: 水工班 姓名: mao 学号： 指导老师：XXX 2013年06月22日 目录 一、水力计算资料 (3) 公式中的符号说明 (4) 二、计算任务 (5) 任务一： (5) 绘制陡坡段水面曲线 (5) ⑴.按百年一遇洪水设计 (5) 1、平坡段：(坡度i=0) (5) ①水面曲线分析 (5) ②分段求和计算Co型雍水曲线 (6) 2、第一陡坡段（坡度i=0.1） (7) ①判断水面曲线类型 (7) ②按分段求和法计算水面曲线 (8) 3、第二陡坡段（坡度i=1/3.02） (9) ①判断水面曲线类型 (9) ②按分段求和法计算水面曲线 (9) ⑵.设计陡坡段边墙 (10) ⑶．按千年一遇洪水校核 (13) 1、水平坡段（坡度i=0） (13) ①水面曲线分析 (13) ②分段求和计算Co型雍水曲线 (14) 2、第一陡坡段（坡度i=0.1） (15) ①判断水面曲线类型 (15) ②按分段求和法计算水面曲线 (15) 3、第二陡坡段（坡度i=1/3.02） (17) ①判断水面曲线类型 (17) ②按分段求和法计算水面曲线 (17) ①千年校核的掺气水深 (18) ②比较设计边墙高度与千年校核最高水深的大小 (20) ⑷.绘制水面曲线及边墙 (22) 任务二： (26) 绘制正常水位至汛前限制水位～相对开度～下泄流量的关系曲线 (26) 任务三： (28) 绘制汛前限制水位以上的水库水位～下泄流量的关系曲线 (28) 三、总结 (31) 一、水力计算资料： 某水库以灌溉为主，结合防洪、供电和发电、设带弧形闸门的驼峰堰开敞式河岸溢洪道。 1.水库设计洪水标准： 百年一遇洪水（P=1%）设计 相应设计泄洪流量Q=633.8 m^3/s 相应闸前水位为25.39 m 相应下游水位为4.56 m 千年一遇洪水（P=0.1%）校核 相应设计泄洪流量Q=752.5 m^3/s 相应闸前水位为26.3 m 相应下游水位为4.79 m 正常高水位为24.0 m,汛前限制水位22.9 m。 2.溢洪道的有关资料： 驼峰剖面选用广东省水科所1979年提出的形式（参阅武汉水院水力学教研室编的水力计算手册，P156图3-2-16a）。 堰流量系数 P/H>0.24时 mo=0.414*[(P/H)^(-0.0652)] P/H≦0.24时 mo=0.385+0.171*([(P/H)^(0.657)] 堰顶设两扇弧形闸门，转轴高程23.2 m; 溢洪道共两孔，每孔净宽10 m； 闸墩头为圆形，墩厚2 m；边墩为半圆形；混凝土糙率可取n=0.012～0.015; 堰顶高程为18.70 m;堰底高程为17.45 m。 三计算题 一、粘性 1．一平板在油面上作水平运动，如图所示。已知平板运动速度V=1.0m/s ，板与固定边界的距离δ＝1mm ，油的粘度μ＝0.09807Pa ·s 。 试求作用在平板单位面积上的切向力。 2. 一底面积为2 cm 5045?， 质量为6kg 的木块，沿涂有润滑油的斜面向下作等速运动， 木 块运动速度s m 2 .1=u ，油层厚度 mm 1=δ，斜面角C 02ο=θ（如图所示） ，求油的动 力粘度μ。 δ u θ 二静力学 1．设有一盛水的密闭容器，如图所示。已知容器内点A 的相对压强为4.9×104 Pa 。若在该点左侧壁上安装一玻璃测压管，已知水的密度ρ＝1000kg/m 3 ,试问需要多长的玻璃测压管？若在该点的右侧壁上安装一水银压差计，已知水银的密度ρHg ＝13.6×103 kg/m 3 ,h 1=0.2m,试问水银柱高度差h 2是多大？ 2．如图所示的半园AB 曲面，宽度m 1=b ，直径m 3=D ，试求曲AB 所受的静水总压力。 D /2 A B 水 水 D α O B O A H p a 3. 如下图，水从水箱经管路流出，管路上设阀门K ，已知L=6m,α=30°,H=5m, B 点位于出口断面形心点。假设不考虑能量损失，以 O-O 面为基准面，试问：阀门K 关闭时，A 点的位置水头、压强水头、测压管水头各是多少？ 4. 位于不同高度的两球形容器，分别贮有 2m kN 9.8=g A ρ的 油 和2m kN 00.10=g B ρ的盐水，差压计内工作液体为水银。 m 21=h ，m 32=h ，m 8.03=h ，若B 点压强2cm N 20=B p ，求A 点压强A p 的大小。 ? ? M M A B 汞 h h h γγA B 1 2 3 5. 球形容器由两个半球面铆接而成，有8个铆钉，球的半径m 1=R ，内盛有水， 玻璃管中液面至球顶的垂直距离2m . 1=H ，求 每个铆钉所受的拉力。 R H 6．设有一盛静水的密闭容器，如图所示。由标尺量出水银压差计左肢内水银液面距A 点的高度h 1=0.46m ，左右两侧液面高度差h 2=0.4m ， 试求容器内液体中A 点的压强，并说明是否出现了真空。已知水银的密度ρHg ＝13.6×103 kg/m 3 。 塔的水力学计算手册文件编码（008-TTIG-UTITD-GKBTT-PUUTI-WYTUI-8256） 塔的水力学计算手册 1.目的与适用范围 为提高工艺工程师的设计质量,推广计算机应用而编写本手册。 本手册是针对气液传质塔设备中的普遍性问题而编写。对于某些具体塔设备的数据(比如:某生产流程中针对某塔设备的板效率而采用的计算关联式,或者对于某吸收填料塔的传质单元高度或等板高度而采用的具体计算公式)则未予收入。本设计手册以应用为主，主要是指导性的计算方法和步骤，并配合相应的计算程序，具体公式及理论推阐可参考有关文献。 2.塔设备特性 作为气(汽)、液两相传质用的塔设备，首先必须能使气(汽)、液两相得到充分的接触，以得到较高的传质分离效率。 此外，塔设备还应具有以下一些特点： (1)当气(汽)、液处理量过大(超过设计值)时，仍不致于发生大 量的雾沫挟带或液泛等影响正常操作的现象。 (2)当操作波动(设计值的50％～120％)较大时，仍能维持在较高 的传质效率下稳定操作，并具有长期连续操作所必须具备的 可靠性。 (3)塔压力降尽量小。 (4)结构简单、耗材少、制造和安装容易。 (5)耐腐蚀、不易堵塞。 (6)塔内的滞留液量要小。 3.名词术语和定义 塔径(tower diameter)，D T 塔筒体内壁直径，见图(a)。 板间距(tray spacing)，H T 塔内相邻两层塔盘间的距离，见图(a)。 降液管(downcomer)，DC 各层塔盘之间专供液相流体通过的组件，单溢流型塔盘为侧降液管，双溢流型塔盘有侧降液管和中央降液管，三或多溢流型塔盘有侧降液管、偏侧降液管、偏中央降液管及中央降液管。 降液管顶部宽度(DC top width)，Wd 弓形降液管面积的弦高。掠堰另有算法，见图(a),-(b)。 降液管底间隙(DC clearance)，ho 降液管底部边缘至塔盘(或受液盘)之间的距离，见图(a)。 溢流堰高度(weir height)，hw 降液管顶部边缘高出塔板的距离，见图(a)。 总的塔盘横截面积(total tower cross-section area)，A T 以塔内径计算的横截面积，A T = (D T /2)2 降液管截面积(DC area)，A D 侧降液管、偏侧降液管、偏中央降液管及中央降液管的横截面积。其面积多为弓形，但对于小塔也有采用圆形。对于斜降液管，顶部和底部的横截面积是不同的。 净面积(net area，free area)，A N 、A f最新水力学常用计算公式文件.doc
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