管道水力學(xué)成因

如果液體充滿整個(gè)管道斷面，沒有自由液面，稱為有壓管道，相應(yīng)的液流稱為有壓管流。如果管內(nèi)存在自由液面，則稱為無壓管道，相應(yīng)的液流稱為無壓管流。無壓管流的水力計(jì)算類似于明槽水流（參見明渠水力學(xué)〕，所以管道水力學(xué)主要是研究有壓管流，簡(jiǎn)稱管流。如城鎮(zhèn)供水系統(tǒng)、農(nóng)田灌排泵站有壓管道系統(tǒng)、水工有壓隧洞、壓力鋼管內(nèi)的液流都屬于有壓管流。有壓管流中運(yùn)動(dòng)要素若干隨時(shí)間變化，稱為恒定管流（參見管道恒定流),否則稱為非恒定管流（參見管道非恒定流) 。

分析恒定有壓管流的基本方程是連續(xù)方程（參見水流連續(xù)方程）、伯努利方程。在計(jì)算中要考慮機(jī)械能的消耗，即水頭損失，包括沿程水頭損失與局部水頭損失 。

對(duì)于實(shí)際管道流動(dòng)的研究工作，英國(guó)學(xué)者O.雷諾首先于1883年系統(tǒng)地研究了圓管的水流運(yùn)動(dòng)，提出了劃分圓管層流或紊流的判別準(zhǔn)數(shù)，后人稱之為雷諾數(shù)（Re) 。

Re<2320，為圓管層流。圓管層流的斷面流速分布是以管軸為中心的旋轉(zhuǎn)拋物面。沿程水頭損失系數(shù)λ=64/Re，是雷諾數(shù)的函數(shù) 。

Re>2320，為圓管紊流，紊流又分為紊流光滑區(qū)、紊流過渡粗糙區(qū)和紊流粗糙區(qū)。由于紊流的動(dòng)量交換作用，圓管紊流斷面流速分布比層流均勻得多，呈對(duì)數(shù)或指數(shù)分布。因?yàn)槲闪髁鲃?dòng)的復(fù)雜性，在實(shí)際上通常采用半經(jīng)驗(yàn)理論和實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法，找出經(jīng)驗(yàn)公式用以計(jì)算紊流各流區(qū)的水頭損失系數(shù)，計(jì)算公式見水頭損失。在進(jìn)行實(shí)際工程管道水力計(jì)算時(shí)，按沿程水頭損失和局部水頭損失在總水頭損失中所占比重的不同將有壓管道分為長(zhǎng)管和短管兩類。長(zhǎng)管是指該管流中的能量損失以沿程水頭損失為主，局部水頭損失和流速水頭所占比重很小，可以忽略不計(jì)的管道。短管是指局部水頭損失和流速水頭所占比重較大（通常大于10%），計(jì)算時(shí)不能忽略的管道。實(shí)際工程中，根據(jù)管道布置與連接情況，又可將管道分為簡(jiǎn)單管道與復(fù)雜管道兩類。前者指沒有分支的等直徑管道，是最常見的，其水力計(jì)算方法是各種管道水力計(jì)算基礎(chǔ)；后者指由兩條以上管道組成的管道系統(tǒng)。復(fù)雜管道又可分串聯(lián)、并聯(lián)管道和枝狀、環(huán)狀管網(wǎng)等 。

由于有壓管流中液體壓強(qiáng)一般都不等于大氣壓強(qiáng)，為了了解管道各處壓強(qiáng)能否滿足工作需要，并避免因出現(xiàn)過大的負(fù)壓而發(fā)生空 化、空蝕現(xiàn)象，所以必須計(jì)算管道中液體壓強(qiáng)的沿程分布 。

將水力學(xué)的基本原理用于解決各個(gè)生產(chǎn)部門的實(shí)際問題， 根據(jù)各個(gè)領(lǐng)域的液流運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)， 水力學(xué)又形成了很多各具特色的學(xué)科分支。傳統(tǒng)的水力學(xué)主要隨著水利(包括防洪、灌溉、水電、水運(yùn)和海港等)工程的發(fā)展而發(fā)展起來的，其中主要有下列幾個(gè)學(xué)科分支：管道水力學(xué)、河渠水力學(xué)、水工建筑物水力學(xué)、水力機(jī)械水力學(xué)、河口海岸動(dòng)力學(xué)、地下水水力學(xué)等。實(shí)際上這也就是傳統(tǒng)上水力學(xué)所研究的主要內(nèi)容。主要研究領(lǐng)域已從傳統(tǒng)的水利工程擴(kuò)展為水資源的開發(fā)和管理及其對(duì)環(huán)境的影響， 并且日益遍及到各個(gè)生產(chǎn)部門， 還崛起了一批新興的水力學(xué)分支 (例如水資源水力學(xué)、環(huán)境水力學(xué)等)。水力學(xué)的研究已從水量擴(kuò)展到水質(zhì); 單相流動(dòng)擴(kuò)展到多相流動(dòng); 等溫流動(dòng)擴(kuò)展到變溫流動(dòng)。

現(xiàn)代水力學(xué)和過去相比， 其研究方法也有顯著的進(jìn)步與變化。不僅是實(shí)驗(yàn)技術(shù)的現(xiàn)代化， 而且將更多地研究水流運(yùn)動(dòng)的內(nèi)部機(jī)理， 更多地應(yīng)用數(shù)理分析與概率統(tǒng)計(jì)的方法。而計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛躍發(fā)展、計(jì)算水力學(xué)的建立為水力學(xué)的研究開辟了新的途徑， 對(duì)于水力學(xué)的發(fā)展將會(huì)產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。

內(nèi)容介紹

《水力學(xué)》：高等學(xué)校建筑工程專業(yè)系列教材叢書?！端W(xué)》主要內(nèi)容：工程數(shù)學(xué)、機(jī)電常識(shí)計(jì)算、流體力學(xué)基本計(jì)算、熱工學(xué)基本計(jì)算、水暖管道計(jì)算、管道工藝計(jì)算、管道工程預(yù)算等內(nèi)容。2100433B

《水力學(xué)》共分9章。前四章主要介紹水力學(xué)的基本原理，包括水力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)、水靜力學(xué)、水動(dòng)力學(xué)基本原理、水流型態(tài)與水頭損失；后五章主要介紹水力學(xué)的工程應(yīng)用及原流場(chǎng)分析的基本原理，包括有壓管道流動(dòng)、恒定明渠水流、過流建筑物的水力計(jì)算、流場(chǎng)分析的基本原理、滲流?！端W(xué)》各章后均附有習(xí)題，便于讀者加深對(duì)知識(shí)的理解。