管道过流计算方法
第四章 有压管道恒定流
第一节 概述
前面我们讨论了水流运动的基本原理,介绍了水流运动的三大方程,水流形态和水头损失,从第五章开始,我们进入实用水利学的学习,本章研究有压管道的恒定流.
一. 管流的概念
1.管流是指液体质点完全充满输水管道横断面的流动，没有自由水面存在。
2.管流的特点.①断面周界就是湿周，过水断面面积等于横断面面积；②断面上各点的压强一般不等于大气压强，因此，常称为有压管道。③一般在压力作用而流动.
1.根据出流情况分自由出流和淹没出流
管道出口水流流入大气，水股四周都受大气压强作用，称为自由出流管道。 管道出口淹没在水面以下，则称为淹没出流。
2.根据局部水头损失占沿程水头损失比重的大小，可将管道分为长管和短管。
在管道系统中，如果管道的水头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（占沿程水头损失的5%～10%以下），在计算中可以忽略，这样的管道称为长管。否则，称为短管。必须注意，长管和短管不是简单地从管道长度来区分的，而是按局部水头损失和流速水头所占比重大小来划分的。实际计算中，水泵装置、水轮机装置、虹吸管、倒虹吸管、坝内泄水管等均应按短管计算；一般的复杂管道可以按长管计算。
3. 根据管道的平面布置情况，可将管道系统分为简单管道和复杂管道两大类。
简单管道是指管径不变且无分支的管道。水泵的吸水管、虹吸管等都是简单管道的例子。由两根以上管道组成的管道系统称为复杂管道。各种不同直径管道组成的串联管道、并联管道、枝状和环状管网等都是复杂管道的例子。
工
程实践中为了输送流体，常常要设置各种有压管道。例如，水电站的压力引水隧洞和压力钢管，水库的有压泄洪洞和泄洪管，供给城镇工业和居民生活用水的各种输水管网系统，灌溉工程中的喷灌、滴灌管道系统，供热、供气及通风工程中输送流体的管道等都是有压管道。研究有压管道的问题具有重要的工程实际意义。
有压管道水力计算的主要内容包括：①确定管道的输水能力；②确定管道直径；③确定管道系统所需的总水头；④计算沿管线各断面的压强。
第二节 简单管路的水力计算
以通过出口断面中心线的水平面为基准面，在离开管道进口一定距离处选定1—1过水断面(该断面符合渐变流条件)，管道出口断面为2—2过水断面，1—1与2—2过水断面对基准面建立能量方程，即可解决简单管道的水力计算问题，并可建立一般计算公式。 简单管道自由出流水力计算公式 02gH A Q c μ=
式中，c μ
称为管道系统的流量系数，它反映了沿程水头损失和局部水头损失对过流能力的影响。计算公式为
?λμ∑++=
d l c 11 当行近流速水头很小时，可以忽略不计，上述流量公式将简化为
gH A Q c 2μ=
二. 二
三.
四. 淹没出流水力计算公式 gz A Q c 2μ=
式中，c μ称为管道系统的流量系数
?λ
μ∑+=
d l c 1
比较自由出流和淹没出流公式可以看出，淹没出流时的有效水头是上下游水位差z ；而自由出流时的作用水头则是出口断面中心至上游水面的距离。此外，两种情况下的流量系数表达式虽然不同，但当管道布置形式及管径一致时，其流量系数的数值却是相等的（为什么？）。
上述简单管道水力计算基本公式中同时考虑了管道的沿程水头损失和局部水头损失，显然是按短管计算的。
若管道为长管，则计算过程将大大简化，具体如下。
长管自由出流 f h H =
长管淹没出流 f h
z =
注意，简单管道水力计算的基本依据是连续方程和能量方程，其中水头损失的计算尤为重要，既不能遗漏，又不能多算。关于沿程水头损失的计算，常用的有两个公式：达西——魏斯巴赫公式和谢才公式。这两个公式可通过关系式
28C g =
λ或
λg C 8=联系起来。 由谢才公式可得 l Q S l K Q R C A l Q R C l v h f 2022
22222====
或 J K l h K Q f ==
式中，J 为水力坡度；K 称为流量模数，表示水力坡度1=J 时通过的流量，K 与流
量Q 具有相同的单位。
201K S =，称为比阻，表示单位管长在单位流量时的水头损失，其单位为62/m s 。
水利工程中的水流绝大多数处于紊流的阻力平方区，故谢才系数可用曼宁公式计算，此时，相应的沿程阻力系数λ、流量模数K ，比阻0S 可按下式计算
312
5
.124d n =λ
n d K 3
83117
.0= 3162029
.10d n S =
管道水力计算的主要任务之一是水头损失的确定，而水头损失又与液流型态有关，不同的流态有不同的阻力系数。计算水头损失的关键在于阻力系数的确定。一般水工输水道内的
水流绝大多数属于紊流的阻力平方区。给水工程中，给水管道的水流一般属于紊流的阻力平方区与紊流的过渡粗糙区。对于水电站厂房内的油管，因油管内的流速较小，液流一般为层流。输送粘稠液体的管道，因液体的粘滞系数很大，也往往属于层流。因此，进行水头损失计算时，首先应按前面介绍的方法进行流态、流区判别，然后选用合适的阻力系数计算公式进行计算。
工程实际中广泛采用钢管、铸铁管、混凝土和钢筋混凝土管、石棉水泥管、塑料管输送流体。对这类自然粗糙的工程实用管道，各个工程领域往往针对其常用的某些管材进行专门的试验研究，得出其沿程水头损失系数计算的经验公式或图表，并为工程实际计算所采用。这样做的好处是避免了对每种实用工程管道当量粗糙度选择的任意性和困难性。更详细的资料可参考水力计算手册（或专业水力计算手册）。对重要的水工建筑物或特殊的局部损失，有时需要进行专门的实验来确定其系数。
三、简单管道水力计算的基本类型
恒定管流水力计算的基本类型有以下几类。
1 计算输水能力
当管道布置形式、管长、管径、作用水头已知时，可按简单管道水力计算公式计算流量。
2 计算作用水头
当管道布置形式、管长、管径、流量已知时，可按简单管道水力计算公式计算作用水头。
3 确定管径
（1）当管道布置形式、管长、流量、作用水头均已知时，管径是一个确定的数值，完全由水力学条件确定。
对长管
l h
Q
K = 求出流量模数之后，可直接求得管径。
对短管
24gH Q
d c πμ=
因c μ又与管径d 有关，此时不能直接求解，需试算确定管径。
（2）当管道布置形式、管长、流量、已知时，要求确定管径和作用水头两者。
这种情况下，管径d 则由技术经济条件确定，即需要从技术经济两方面综合考虑确定管径。
①从管道使用的技术要求考虑，流量一定时，管径的大小与流速有关。若管内流速过大，会由于水击作用而使管道遭到破坏；对水流中挟带泥沙的管道，管道流速又不能过小，流速太小往往造成管道淤积。一般要求水电站引水管道m/s )6~5(≤v ，一般给水管道
m/s )0.3~5.2(≤v ，同时要求m/s 25.0>v 。②从管道的经济效益考虑，选择的管径较小，管道造价较低，但管内流速大，水头损失增大，年运行费高；反过来，选择的管径较大，管道造价较高，但管内流速小，水头损失小，年运行费低。针对这种情况，提出了经济流速e v
的概念。经济流速是指管道投资与年运行费总和最小时的流速，相应的管径称为经济管径。即采用经济流速来确定管径。根据经验，水电站压力隧洞的经济流速约为m/s )5.3~5.2(，压力钢管m/s )6~3(。一般的给水管道，mm 200~100=d ，m/s 0.1~6.0=e
v ；mm 400~200=d ，m/s 4.1~0.1=e v 。
经济流速涉及的因素较多，比较复杂。选择时应注意因时因地而异。重要的工程应选择几个方案进行技术经济比较。选定经济流速之后，经济管径可按下式计算
v Q d e π4=
求出e d 并进行规格化处理之后，验证管道流速，要求这个流速值必须满足管道使用上对流速的技术要求。
当确定出管径之后，作用水头的计算按上述第二种类型计算即可。
4 确定断面压强的大小
已知管线布置、管长、管径、流量及作用水头，求某一断面压强的大小。
管道中的水流除局部管段以外，大部分是渐变流或均匀流。任一断面i 处的压强可由下式计算
i i i i i
h g v z H p ----=0202?αγ
从上式可以看到，总水头0H 一定时， i v 、i z 、i h -0?越大，则该断面的压强越低。如果 i v 、i h -0?相同，则i 断面的压强大小就取决于该断面的位置高度i z
。因此，实用上可通过调整管线布置来改变管道内部的压强分布。对于布置形式一定的管道，只要绘出测压管水头线，便可以方便地知道沿管线各断面的压强变化。将各断面的测压管水头连线按一定比例绘制在管道布置图中即为测压管水头线，将各断面的总水头连线按一定比例绘制在管道布置图中即为总水头线。测压管水头线和总水头线可以直观地反映位能、压能、动能及总能量的沿程变化情况。管道中心线与测压管水头线之间的间距反映压强水头的大小，当测压管水头线在管道中心线之下时，管道中即出现了真空。
有时，只需粗略地绘出水头线，而不必进行上述定量计算。在这种情况下，只需按照水头线的特点，定性绘出水头线即可。根据能量守恒及转化规律，总水头线和测压管水头线具有如下特点：
( 1 ）总水头线比测压管水头线高出一个流速水头，当流量一定时，管径越大，总水头线与测压管水头线的间距（即流速水头）越小；管径不变，则总水头线与测压管水头线平行。
( 2 ）总水头线总是沿程下降的，当有沿程水头损失时，总水头线沿程逐渐下降，当有局部水头损失时，假定局部水头损失集中发生在局部变化断而，总水头线铅直下降。
( 3 ）测压管水头线可能沿程上升（如突然扩大管段），也可能沿程下降（一般情况）。 ( 4 ）总水头线和测压管水头线的起始点和终止点由管道进出口边界条件确定。
第三节 简单管路的设计计算举例
一．虹吸管的水力计算
虹吸管是指一部分管轴线高于上游水面，而出口又低于上游水面的有压输水管道。出口可以是自由出流，也可以是淹没出流。
虹吸管的工作原理是：先将管内空气排出，使管内形成一定的真空度，由于虹吸管进口处水流的压强大于大气压强，在管内外形成了压强差，从而使水流由压强大的地方流向压强小的地方。保证在虹吸管中形成一定的真空度和一定的上下游水位差，水就可以不断地从上游经虹吸管流向下游。
虹吸管水力计算的主要任务是确定虹吸管的流量及其顶部安装高度。
流量的确定按简单管道水力计算类型一给定的方法或公式确定。
安装高度的确定可按下式计算。 g v d l p p h c c a s 2)(2?λαγ∑++--=
为保证虹吸管正常工作，工程中常常限制虹吸管中的真空度不得超过允许值（一般为6~7m 水柱）。受允许吸上真空高度值的限制，虹吸管的安装高度显然不能太大。
二、离心泵装置的水力计算
泵是能将动力机械的机械功转变为水流机械能的水力机械。离心泵是最常用的一种水泵。
吸水管、离心泵及其配套的动力机械、压水管及其管道附件组成了离心泵装置。
离心泵的抽水过程是：通过离心泵叶轮的转动，使水泵入口端形成真空，使水流在水池水面大气压强作用下沿吸水管上升至水泵进口。水流经过水泵时，获得泵加给的机械能，再经压水管进入水塔和用水地区。
离心泵管路系统水力计算的主要任务是确定水泵的安装高度和水泵扬程。离心泵安装高度是指水泵转轮轴线超出上游水池水面的几何高度。
（１）水泵安装高度的确定
水泵安装高度计算公式
g v d l p p z a s 2)(2
22
?λαγ∑++--= 式中，γ2
p p a -为断面泵进口断面的真空度。过大的真空度将引起过泵水流的空化现象，严重的空化将导致过泵流量减少和水泵叶轮的空蚀。这样，就不能保证泵的正常工作。为此，各水泵制造商对各种型号的水泵的允许真空值都有规定。应用过程中应从产品样本中查阅相应型号水泵的允许真空值，避免粗略估算。水泵的安装高度要受到允许吸上真空高度的限制。
（2）水泵扬程的确定
单位重量液体从水泵获得的能量称为水泵扬程，按下式计算。
41-+=?h z H P
式中，P H 为所需扬程；z 为出水池与进水池水位之差，称为几何扬程或地形扬程；4
1-?h
为整个管路系统的水头损失（不包括水流流经水泵的水头损失）。即水泵扬程等于几何扬程加上整个管路系统的水头损失。有了水泵扬程和流量之后，就可以选定水泵型号及相配套的电动机。
第四节 复杂管路的水力计算
复杂管路由许多不同直径,不同长度,甚至不同糙率的管路组成。
一、串联管道
由直径不同的几段管道依次连接而成的管道系统称为串联管道。
串连管道各管段通过的流量可能相同，也有因流量分出而不相同的。由于各段管径不同，所以，应分段计算其水头损失。各管段的水头损失可按谢才公式计算。
i
i i
fi l K Q h 22
=
式中，i 表示管段的号数。全管的水头损失应等于全管的作用水头，即
∑∑====n
i i
i i
n i fi l K Q h H 122
1
式中，n 为管段总数目。
流量计算可从连续原理求得：
i i i q Q Q -=+1
式中，i q 为在第i 段管道末端分出的流量。
联立上两式可解决串联管道的水力计算问题。
按长管计算忽略了局部水头损失和流速水头，因而测压管水头线和总水头线相重合。串联管道各段的水力坡度不同，全管的测压管水头线呈折线。
二、并联管道
两条或两条以上的管道在同一处分叉，后又在另一处汇合的管道称为并联管道。供热管道室内暖气片的上下两片就是一个并联管道的例子。
对并联管道而言，在分叉处，所有的管道应该有同一个测压管水头值，这就决定了并联管道并联部分的水头损失相等，即
f f f f h h h h ===321
上式表明并联管道中的水流应满足两端共同的边界条件；在断面平均意义上说，是在相等的单位势能差作用下流动。
对于每一条管道，其本身的水流又必须符合水头损失规律，即
???????????===33
3
32
2
221
1
11l h K Q l h K Q l
h K Q f f f
因为各管的长度、直径、粗糙系数可能不同，因此通过各管的流量也不会相等，但并联各管的流量应等于分叉前干管上的总流量，即要满足连续方程。
Q Q Q Q =++321
已知总流量Q 及各并联管段的直径、长度、粗糙系数等，即可由上式计算出各管的流量1Q 、2Q 、3Q 及f h 四个值。
因为流量不同，尽管各管单位重量液体的水头损失相同，但通过各管的水流所损失的机械能总量并不相等。
因为管长不同，尽管各管单位重量液体的水头损失相同，但各管段的水力坡度仍然不同。
三、分叉管道的水力计算
分叉管道是指从一点分叉而不在另一点汇合的管道。在实际工程中，经常会遇到一条主管道分成多条支管向多台水轮机供水；一台水泵向高低不同的两个蓄水池供水，这都是分叉管道的例子。
分叉管道可作为两条串联管道计算，其中一条是公用管段。
1
212
1
2211l K Q l K Q h h H f f +=+=
2
222
2
2222l K Q l K Q h h H f f +=+=
根据连续方程 21Q Q Q +=
联立上述三个方程，即可求得总流量Q 及各支管流量1Q 、2Q 。如果已知总流量，也可求解其他未知水力要素。
四、沿程均匀泄流管道的水力计算
在灌溉、卫生和其他工程方面都会遇到沿程设有很多泄水孔的管道。如灌溉工程中喷灌或滴灌支管，给水工程中的配水管和滤池冲洗管等，这些管道都是沿程连续不断地泄出流量，称为沿程均匀泄流管道。计算这种管道的水头损失时，把实际上每隔一定距离开一孔口的情况看作沿整个管道长度上连续均匀泄流，以简化分析计算。
由于流量沿管道不断变化，水流属于变流量而且是非均匀流。但可以认为在微分长度dx 流段内，流量不变，并认为水流为均匀流。于是在dx 流段内的沿程水头损失可表示为
dx
q x l Q K dh f 22])([1
-+= 将微小流段的水头损失对整个管道进行积分，即得到整个管道的沿程水头损失。
)
31(])([1
2220222l q Qql Q K l dx q x l Q K h H l f ++=-+==?
上式可近似写为 l K Q ql Q K l H r
22
22)55.0(=+=
式中，ql Q Q r 55.0+=称为折算流量。引入折算流量之后，就可以把沿程均匀泄流管道按一般的只有贯通流量的管道计算，对于分析较复杂的组合管道系统就比较方便。
如果管道末端泄出流量0=Q ，则上式将简化为
l K ql H 22
)(31=
上式表明，当流量全部沿管道均匀泄出时，其水头损失只相当于全部流量集中在管道末端泄出时水头损失的三分之一。这是因为沿程均匀泄流时流速不断减小，故水头损失亦不断减小。在沿程均匀泄流情况下，因流速的沿程变化，水力坡度也沿程变化。
单箱涵过流水力学计算
E-mail:kenya@https://www.wendangku.net/doc/ea14108992.html,; cjickenya@https://www.wendangku.net/doc/ea14108992.html, Fax：00254-20-2667177 ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ MURUNYDAM 单箱涵过流水力学计算 [断面简图 ] [基本参数] 渠道类型: 清水渠道 水流运动状态:均匀流 计算目标: 计算流量 断面类型: 矩形断面 渠道的等值粗糙高度:1.800(mm) 水的运动粘滞系数: 1.011×10^-6(m2/s) 计算谢才系数公式采用manning公式 不验算不冲不淤流速: 渠道底坡： 0.0117 [几何参数] 渠道底宽b: 2.500(m)
E-mail:kenya@https://www.wendangku.net/doc/ea14108992.html,; cjickenya@https://www.wendangku.net/doc/ea14108992.html, Fax：00254-20-2667177 ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------渠道深度H: 2.250(m) 渠道中水深h0: 2.250(m) [糙率参数] 粗糙的砼面糙率n: 0.01700 [ 计算过程 ] 一、假定水流处于:水力粗糙区。 渠道的过水断面面积：5.625(m2) 渠道断面的湿周：7.000(m) 渠道断面的水力半径：0.804(m) 渠道断面的水面宽：2.500(m) 二、计算流量。 1、计算当量粗糙系数。 当量粗糙系数为： 0.01700 2、计算谢才系数。 采用的计算公式为：manning公式 谢才系数为：56.71811 3、计算渠道流量。 渠道流量为:30.935(m3/s) 三、验算假定的水流区是否正确。 1、计算渠道流速。 渠道流速为：5.500(m/s) 2、计算雷诺数。 雷诺数为：17484783.079 所以，Re*K/(4R)等于：9791.479 假定的水流状态正确。
管道流量计算方式
管道流量计算方式 DN15、DN25、DN50管径的截面积分别为： DN15：152*3.14/4=176.625平方毫米，合0.0177平方分米。 DN25：252*3.14/4=490.625平方毫米，合0.0491平方分米。 DN50：502*3.14/4=1962.5平方毫米，合0.1963平方分米。 设管道流速为V=4米/秒，即V=40分米/秒，且1升=1立方分米，则管道的流量分别为（截面积乘以流速）： DN15管道：流量Q=0.0177*40=0.708升/秒， 合2.55立方米/小时。 DN25管道：流量Q=0.0491*40=1.964升/秒， 合7.07立方米/小时。 DN50管道：流量Q=0.1963*40=7.852升/秒， 合28.27立方米/小时。 注：必须给定流速才能计算流量，上述是按照4米/秒计算的。 电缆载流量 电缆载流量： 电缆载流量是指一条电缆线路在输送电能时所通过的电流量,在热稳定条件下,当电缆导体达到长期允许工作温度时的电缆载流量称为电缆长期允许载流量。 电缆载流量口决 估算口诀 二点五下乘以九，往上减一顺号走。 三十五乘三点五，双双成组减点五。 条件有变加折算，高温九折铜升级。
穿管根数二三四，八七六折满载流。 说明 (1)本节口诀对各种绝缘线(橡皮和塑料绝缘线)的载流量(安全电流)不是直接指出，而是”截面乘上一定的倍数”来表示，通过心算而得。由表5 3可以看出：倍数随截面的增大而减小。 “二点五下乘以九，往上减一顺号走”说的是2．5mm’及以下的各种截面铝芯绝缘线，其载流量约为截面数的9倍。如2．5mm’导线，载流量为 2．5×9＝22．5(A)。从4mm’及以上导线的载流量和截面数的倍数关系是顺着线号往上排，倍数逐次减l，即4×8、6×7、10×6、16×5、25×4。 “三十五乘三点五，双双成组减点五”，说的是35mm”的导线载流量为截面数的3．5倍，即35×3．5＝122．5(A)。从50mm’及以上的导线，其载流量与截面数之间的倍数关系变为两个两个线号成一组，倍数依次减0．5。即50、70mm’导线的载流量为截面数的3倍；95、120mm”导线载流量是其截面积数的2．5倍，依次类推。 “条件有变加折算，高温九折铜升级”。上述口诀是铝芯绝缘线、明敷在环境温度25℃的条件下而定的。若铝芯绝缘线明敷在环境温度长期高于25℃的地区，导线载流量可按上述口诀计算方法算出，然后再打九折即可；当使用的不是铝线而是铜芯绝缘线，它的载流量要比同规格铝线略大一些，可按上述口诀方法算出比铝线加大一个线号的载流量。如16mm’铜线的载流量，可按25mm2铝线计算。 计算电缆载流量选择电缆 （根据电流选择电缆） 导线的载流量与导线截面有关，也与导线的材料、型号、敷设方法以及环境温度等有关，影响的因素较多，计算也较复杂。各种导线的载流量通常可以从手册中查找。但利用口诀再配合一些简单的心算，便可直接算出，不必查表。 1. 口诀铝芯绝缘线载流量与截面的倍数关系 10下五，100上二， 25、35，四、三界，. 70、95，两倍半。 穿管、温度，八、九折。 裸线加一半。 铜线升级算。 说明口诀对各种截面的载流量（安）不是直接指出的，而是用截面乘上一定的倍数来表示。为此将我国常用导线标称截面（平方毫米）排列如下： 1、1.5、 2.5、 4、 6、 10、 16、 25、 35、 50、 70、 95、 120、 150、185……
管道流量计算汇总
请教：已知管道直径D，管道压力P，能否求管道中流体的流速和流量？怎么求 已知管道直径D，管道压力P，还不能求管道中流体的流速和流量。你设想管道末端有一阀门，并关闭的管有压力P，可管流量为零。管流量不是由管压力决定，而是由管沿途压力下降坡度决定的。所以一定要说明管道的长度和管道两端的压力差是多少才能求管道的流速和流量。 对于有压管流，计算步骤如下： 1、计算管道的比阻S，如果是旧铸铁管或旧钢管，可用舍维列夫公式计算管道比阻s=0.001736/d^5.3 或用s=10.3n2/d^5.33计算，或查有关表格； 2、确定管道两端的作用水头差H=P/(ρg)，)，H 以m为单位；P为管道两端的压强差(不是某一断面的压强），P以Pa为单位； 3、计算流量Q：Q = (H/sL)^(1/2) 4、流速V=4Q/(3.1416d^2) 式中：Q――流量，以m^3/s为单位；H――管道起端与末端的水头差，以m^为单位；L――管道起端至末端的长度，以m为单位。 管道中流量与压力的关系 管道中流速、流量与压力的关系 流速:V=C√(RJ)=C√[PR/(ρgL)] 流量：Q=CA√(RJ)=√[P/(ρgSL)] 式中：C――管道的谢才系数；L――管道长度；P――管道两端的压力差；R――管道的水力半径；ρ――液体密度；g――重力加速度；S――管道的摩阻。 管道的径和压力流量的关系 似呼题目表达的意思是：压力损失与管道径、流量之间的关系，如果是这个问题，则正确的答案应该是：压力损失与流量的平方成正比，与径5.33方成反比，即流量越大压力损失越大，管径越大压力损失越小，其定量关系可用下式表示： 压力损失（水头损失）公式（阻力平方区） h=10.3*n^2 * L* Q^2/d^5.33 上式严格说是水头损失公式，水头损失乘以流体重度后才是压力损失。式中n――管壁粗糙度；L――管长；Q――流量；d――管径 在已知水管:管道压力0.3Mp、管道长度330、管道口径200、怎么算出流速与每小时流量？ 管道压力0.3Mp、如把阀门关了，水流速与流量均为零。（应提允许压力降） 管道长度330、管道口径200、缺小单位，管道长度330米？管道径200为毫米？其中有无阀门与弯头，包括其形状与形式。 水管道是钢是铸铁等其他材料，其壁光滑程度不一样。 所以无法计算。 如果是工程上大概数，则工程中水平均流速大约在0.5－－1米/秒左右，则每小时的流量为：0.2×0.2×0.785×1（米/秒，设定值）×3600＝113（立方/小时） 管道每米的压力降可按下式计算：
管道应力分析基础知识
管道应力分析基础知识 2009-04-09 13:55 1. 进行应力分析的目的是 1) 使管道应力在规范的许用范围内； 2) 使设备管口载荷符合制造商的要求或公认的标准； 3) 计算出作用在管道支吊架上的荷载； 4) 解决管道动力学问题； 5) 帮助配管优化设计。 2. 管道应力分析主要包括哪些内容？各种分析的目的是什么？ 答：管道应力分析分为静力分析和动力分析。 1) 静力分析包括： (l)压力荷载和持续荷载作用下的一次应力计算――防止塑性变形破坏； (2)管道热胀冷缩以及端点附加位移等位移荷载作用下的二次应力计算――防止疲劳破坏； (3)管道对设备作用力的计算――防止作用力太大，保证设备正常运行； (4)管道支吊架的受力计算――为支吊架设计提供依据； (5)管道上法兰的受力计算――防止法兰泄漏； (6)管系位移计算――防止管道碰撞和支吊点位移过大。 2) 动力分析包括： (l)管道自振频率分析――防止管道系统共振； (2)管道强迫振动响应分析――控制管道振动及应力； (3)往复压缩机气柱频率分析――防止气柱共振； (4)往复压缩机压力脉动分析――控制压力脉动值。 3. 管道应力分析的方法 管道应力分析的方法有：目测法、图表法、公式法、和计算机分析方法。选用什
么分析方法，应根据管道输送的介质、管道操作温度、操作压力、公称直径和所连接的设备类型等设计条件确定。 4. 对管系进行分析计算 1) 建立计算模型（编节点号），进行计算机应力分析时，管道轴测图上需要提供给计算机软件数据的部位和需要计算机软件输出数据的部位称作节点： (1)管道端点 (2)管道约束点、支撑点、给定位移点 (3)管道方向改变点、分支点 (4)管径、壁厚改变点 (5)存在条件变化点（温度、压力变化处） (6)定义边界条件（约束和附加位移） (7)管道材料改变处（包括刚度改变处，如刚性元件） (8)定义节点的荷载条件（保温材料重量、附加力、风载、雪载等） (9)需了解分析结果处(如跨距较长的跨中心点) (10) 动力分析需增设点 2) 初步计算（输入数据符合要求即可进行计算） (1) 利用计算机推荐工况（用CASWARII计算，集中荷载、均布荷载特别加入） (2) 弹簧可由程序自动选取 (3) 计算结果分析 (4) 查看一次应力、二次应力的核算结果 (5) 查看冷态、热态位移 (6) 查看机器设备受力 (7) 查看支吊架受力（垂直荷载、水平荷载） (8) 查看弹簧表
水闸过流能力及稳定计算
水闸过流能力及结构计算计算说明书 审查 校核 计算 ***市水利电力勘测设计院 2011 年 08 月 29日
1、水闸过流能力复核计算 水闸的过流能力计算对于平底闸，当为堰流时，根据《水闸设计规范》（SL265-2001）附录A.0.1规定的水力计算公式： 23 02H g b m Q s εσ= 22 '02?g bh Q h H c c ? ?? ? ??+= 40 01171.01s s b b b b ???? ? ? - -=ε 式中：B 0—— 闸孔总净宽，（m ）； Q ——过闸流量，（m 3/s ）； H 0——计入行进流速水头的堰上水深，（m ）； h s ——由堰顶算起的下游水深，（m ）； g ——重力加速度，采用9.81，（m/s 2）； m ——堰流流量系数，采用0.385； ε——堰流侧收缩系数； b 0——闸孔净宽，（m ）； b s ——上游河道一半水深处的深度，（m ）； b ——箱涵过水断面的宽度，m ； h c 进口断面处的水深，m ； s σ——淹没系数，按自由出流考虑，采用1.0； ?——流速系数，采用0.95； 已知过闸流量Q=5.2（m 3/s ）先假设箱涵过流断面净宽确定箱涵过流断面高度，经试算得： 综上，过流断面尺寸为2.5m ×2.0m （宽×高），设计下泄流量Q 为5.2m 3/s ，过流能力满足要求。
2、结构计算 **堤防洪闸均为钢筋砼箱涵结构，对防洪闸进行抗滑稳定、抗倾覆稳定和墙基应力计算。 （1）抗滑稳定计 1）计算工况及荷载组合 工况一：施工完建期，荷载组合为自重+土压力 工况二：外河设计洪水位，荷载组合为自重+土压力+扬压力+相应的闸前闸后静水压力+风浪压力 2）荷载计算 计算中砼强度等级为C20，钢筋采用Ⅰ、Ⅱ级，保护层厚度梁25mm、板20mm，符号规定：力向下为正，向上为负，力矩逆时针为正，顺时针为负。 闸门重 2.352×9.81=23.07 KN； 闸底板重25×4.0×0.7×4.1=287 KN； 闸墩重25×0.8×4×2*2=320 KN； 平台板，梁25×（0.25×0.45×2+1.05×0.15）×2.5=23.91 KN； 柱25×2.82×0.4×0.4×4=45.12 KN； 启闭力-100 KN； 启闭机重0.56×9.81=5.49 KN； 启闭梁25×（0.3×0.5+0.25×0.4+1.35×0.12）×2×3.5=72.1 KN； 工作桥25×（5.9×0.12+0.2×0.25×3）×2.0=42.9 KN； 25×（6.28×0.13×2×0.13+1.2×0.15×5×0.15）×2=34.73 KN； 启闭房砖墙22×0.864×4.1×4=311.73 KN； ∑自重=23.07+287+320+23.91+45.12-100+5.49+72.1+38.815+340 =1016.98KN； 水重10×2.0×2.0×2.5=100 KN；
管道水流量计算公式
管道水流量计算公式 A.已知管的内径12mm，外径14mm，公差直径13mm，求盘管的水流量。压力为城市供水的压力。 计算公式1：1/4∏×管径的平方（毫米单位换算成米单位）×经济流速（DN300以下管选1.2m/s、DN300以上管选1.5m/s） 计算公式2：一般取水的流速1--3米/秒，按1.5米/秒算时： DN=SQRT（4000q/u/3.14) 流量q，流速u，管径DN。开平方SQRT。 其实两个公式是一样的，只是表述不同而已。另外，水流量跟水压也有很大的关系，但是现在我们至少可以计算出大体的水流量来了。 备注：1.DN为Nomial Diameter 公称直径(nominal diameter)，又称平均外径(mean outside diameter)。 这是缘自金属管的管璧很薄，管外径与管内径相差无几，所以取管的外径与管的内径之平均值当作管径称呼。 因为单位有公制(mm)及英制(inch)的区分，所以有下列的称呼方法。 1. 以公制(mm)为基准，称 DN (metric unit) 2. 以英制(inch)为基准，称NB(inch unit) 3. DN (nominal diameter) NB (nominal bore) OD (outside diameter) 4. 【例】 镀锌钢管DN50，sch 20 镀锌钢管NB2”，sch 20 5. 外径与DN，NB的关系如下： ------DN(mm)--------NB(inch)-------OD(mm) 15-------------- 1/2--------------21.3 20--------------3/4 --------------26.7 25-------------- 1 ----------------33.4 32-------------- 1 1/4 -----------42.2 40-------------- 1 1/2 -----------48.3 50-------------- 2 -----------60.3 65-------------- 2 1/2 -----------73.0 80-------------- 3 -----------88.9 100-------------- 4 ------------114.3 125-------------- 5 ------------139.8 B.常用给水管材如下：
管道过流计算方法
管道过流计算方法标准化管理处编码[BBX968T-XBB8968-NNJ668-MM9N]
第四章有压管道恒定流 第一节概述 前面我们讨论了水流运动的基本原理,介绍了水流运动的三大方程,水流形态和水头损失,从第五章开始,我们进入实用水利学的学习,本章研究有压管道的恒定流. 一.管流的概念 1.管流是指液体质点完全充满输水管道横断面的流动，没有自由水面存在。 2.管流的特点.①断面周界就是湿周，过水断面面积等于横断面面积；②断面上各点的压强一般不等于大气压强，因此，常称为有压管道。③一般在压力作用而流动. 1.根据出流情况分自由出流和淹没出流 管道出口水流流入大气，水股四周都受大气压强作用，称为自由出流管道。 管道出口淹没在水面以下，则称为淹没出流。 2.根据局部水头损失占沿程水头损失比重的大小，可将管道分为长管和短管。 在管道系统中，如果管道的水头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（占沿程水头损失的5%～10%以下），在计算中可以忽略，这样的管道称为长管。否则，称为短管。必须注意，长管和短管不是简单地从管道长度来区分的，而是按局部水头损失和流速水头所占比重大小来划分的。实际计算中，水泵装置、水轮机装置、虹吸管、倒虹吸管、坝内泄水管等均应按短管计算；一般的复杂管道可以按长管计算。 3.根据管道的平面布置情况，可将管道系统分为简单管道和复杂管道两大类。
简单管道是指管径不变且无分支的管道。水泵的吸水管、虹吸管等都是简单管道的例子。由两根以上管道组成的管道系统称为复杂管道。各种不同直径管道组成的串联管道、并联管道、枝状和环状管网等都是复杂管道的例子。 工 程实践中为了输送流体，常常要设置各种有压管道。例如，水电站的压力引水隧洞和压力钢管，水库的有压泄洪洞和泄洪管，供给城镇工业和居民生活用水的各种输水管网系统，灌溉工程中的喷灌、滴灌管道系统，供热、供气及通风工程中输送流体的管道等都是有压管道。研究有压管道的问题具有重要的工程实际意义。 有压管道水力计算的主要内容包括：①确定管道的输水能力；②确定管道直径；③确定管道系统所需的总水头；④计算沿管线各断面的压强。 第二节 简单管路的水力计算 以通过出口断面中心线的水平面为基准面，在离开管道进口一定距离处选定1—1过水断面(该断面符合渐变流条件)，管道出口断面为2—2过水断面，1—1与2—2过水断面对基准面建立能量方程，即可解决简单管道的水力计算问题，并可建立一般计算公式。 简单管道自由出流水力计算公式 02gH A Q c μ= 式中，c μ称为管道系统的流量系数，它反映了沿程水头损失和局部水头损失对过流能力的影响。计算公式为 当行近流速水头很小时，可以忽略不计，上述流量公式将简化为 二.二
流量与管径压力流速之间关系计算公式
流量与管径、压力、流速的一般关系一般工程上计算时，水管路，压力常见为0.1--0.6MPa，水在水管中流速在1--3米/秒，常取1.5米/秒。 流量=管截面积X流速=0.002827X管内径的平方X流速(立方米/小时)。 其中，管内径单位：mm ，流速单位：米/秒，饱和蒸汽的公式与水相同，只是流速一般取20--40米/秒。 水头损失计算Chezy 公式 这里： Q???——断面水流量（m3/s） C???——Chezy糙率系数（m1/2/s） A???——断面面积（m2） R???——水力半径（m） S???——水力坡度（m/m） 根据需要也可以变换为其它表示方法:
Darcy-Weisbach公式 由于 这里： h f??——沿程水头损失（mm3/s） f ???——Darcy-Weisbach水头损失系数（无量纲） l????——管道长度（m） d????——管道内径（mm） v ????——管道流速（m/s） g ????——重力加速度（m/s2） 水力计算是输配水管道设计的核心，其实质就是在保证用户水量、水压安全的条件下，通过水力计算优化设计方案，选择合适的管材和确经济管径。输配水管道水力计算包含沿程水头损失和局部水头损失，而局部水头损失一般仅为沿程水头损失的5~10%，因此本文主要研究、探讨管道沿程水头损失的计算方法。 1.1 管道常用沿程水头损失计算公式及适用条件
管道沿程水头损失是水流摩阻做功消耗的能量，不同的水流流态，遵循不同的规律，计算方法也不一样。输配水管道水流流态都处在紊流区，紊流区水流的阻力是水的粘滞力及水流速度与压强脉动的结果。紊流又根据阻力特征划分为水力光滑区、过渡区、粗糙区。管道沿程水头损失计算公式都有适用范围和条件，一般都以水流阻力特征区划分。 水流阻力特征区的判别方法，工程设计宜采用数值做为判别式，目前国内管道经常采用的沿程水头损失水力计算公式及相应的摩阻力系数，按照水流阻力特征区划分如表1。 沿程水头损失水力计算公式和摩阻系数表1 阻力特征 区 适用条件水力公式、摩阻系数符号意义 水力光滑 区>10 雷诺数 h：管道沿程水头损 失 v：平均流速 紊流过渡 区10<<500 （1） （2）
管道荷载计算方法
管道荷载计算方法 注意 （1）此设计规定应按照以下说明： 管道设计工作应按照规定执行。 （2）此规定指出工程设计专业必须为管道设计的需要来执行。 在规定基础上管道设计者可以作适当的修改。 2．荷载和外力的设计 2.1通则 当设计下列结构时，应考虑荷载。 各种荷载的联合作用在计算中的应用见2.14条。 2.2结构本体 应计算结构本体和防火材料的重量。 2.3动设备 对于泵、压缩机、马达等设备重量，要尽可能快地从制造商处获取相关数据，其中应包括控制、辅助设备、配管等重量。在对设备直接设在支架上的情况进行计算时，应尽可能快地提交相关动力影响因素。 2.4起重机荷载 起重机的荷重应根据制造商的数据来确定。 2.5容器、塔等 除容器和塔外，还包括过滤器、沉降槽、换热器、冷凝器及其配管。 根据该类设备各种荷载的综合情况，在计算中应包括以下重量/荷载。 （1）空重 这是容器、塔等的静止重量，包括衬里材料、保温、防火、阀门等，应根据制造商提供的数据推导出来。 （2）操作重 操作重是容器、塔等的空重，几在该单元操作过程中最大容量的重量之和。 （3）水压实验荷载 在现场需要对设备进行水压实验时，设计支架结构时应考虑该设备完全充满水的重量。当一个支撑支一台以上的容器时，该支撑应根据以下基础进行设计：在同一时刻，一台容器进行水压实验，而其他容器为空设备或仍处于操作状态中。 2.6活动荷载 （1）活动荷载应根据以下平台或通道的用途分为几个等级 （a）A级 主要用作人行通道，除了人可搬动的物品外，没有其他东西。例如台阶、楼梯平台、管架上人行道、仪表监测平台及阀门操作平台。 （b）B级 用于较轻的阀门、换热器、法兰、类似部件的检修工作，放置拆卸这些部件的工具，若在梁或桁架上放置重物须加小心。 （c）C级 承受特殊荷载。要根据特殊需要进行设计。 （2）活动荷载见表1
水流量计算公式
水管网流量简单算法如下： 自来水供水压力为市政压力大概平均为0.28mpa。 如果计算流量大概可以按照以下公式进行推算，仅作为推算公式， 管径面积×经济流速（DN300以下管选1.2m/s、DN300以上管选1.5m/s）=流量如果需要准确数据应按照下文进行计算。 水力学教学辅导 第五章有压管道恒定流 【教学基本要求】 1、了解有压管流的基本特点，掌握管流分为长管流动和短管流动的条件。 2、掌握简单管道的水力计算和测压管水头线、总水头线的绘制，并能确定管道的压强分布。 3、了解复杂管道的特点和计算方法。 【容提要和学习指导】 前面几章我们讨论了液体运动的基本理论，从这一章开始将进入工程水力学部分，就是运用水力学的基本方程（恒定总流的连续性方程、能量方程和动量方程）和水头损失的计算公式，来解决实际工程中的水力学问题。本章理论部分容不多，主要掌握方程的简化和解题的方法，重点掌握简单管道的水力计算。 有压管流水力计算的主要任务是：确定管路过的流量Q；设计管道通过的流量Q所需的作用水头H和管径d；通过绘制沿管线的测压管水头线，确定压强p沿管线的分布。 5.1 有压管道流动的基本概念 （1）简单管道和复杂管道 根据管道的组成情况我们把它分为简单管道和复杂管道。直径单一没有分支而且糙率不变的管道称为简单管道；复杂管道是指由两根以上管道组成管道系统。复杂管道又可以分
为串联管道、并联管道、分叉管道、沿程泄流管和管网。 （2） 短管和长管 在有压管道水力计算中，为了简化计算，常将压力管道分为短管和长管： 短管是指管路中水流的流速水头和局部水头损失都不能忽略不计的管道； 长管是指流速水头与局部水头损失之和远小于沿程水头损失，在计算中可以忽略的管 道为，一般认为（ ）＜（5~10）h f %可以按长管计算。 需要注意的是：长管和长管不是完全按管道的长短来区分的。将有压管道按长管计算，可以简化计算过程。但在不能判断流速水头与局部水头损失之和远小于沿程水头损失之前，按短管计算不会产生较大的误差。 5.2简单管道短管的水力计算 （1）短管自由出流计算公式 （5—1） 式中：H 0是作用总水头，当行近流速较小时，可以近似取H 0 = H 。 μ称为短管自由出流的流量系数。 （5—2） （2）短管淹没出流计算公式 （5—3） 式中：z 为上下游水位差，μc 为短管淹没出流的流量系数 （5—4） 请特别注意：短管自由出流和淹没出流的计算关键在于正确计算流量系数。我们比较短管自由出流和淹没出流的流量系数（5—2）和（5—4）式，可以看到（5—2）式比（5—4）式在分母中多一项“1”，但是计算淹没出流的流量系数μc 时，局部水头损失系数中比自由出流多一项管道出口突然扩大的局部水头损失系数“1”，在计算中不要遗忘。 （3）简单管道短管水力计算的类型 简单管道短管水力计算主要有下列几种类型： 1）求输水能力Q:可以直接用公式（5—1）和（5—3）计算。 2）已知管道尺寸和管线布置，求保证输水流量Q 的作用水头H 。 这类问题实际是求通过流量Q 时管道的水头损失，可以用公式直接计算，但需要计算管流速，以判别管是否属于紊流阻力平方区，否则需要进行修正。 3）已知管线布置、输水流量Q 和作用水头H ，求输水管的直径 d 。 j h g v ∑+22 02gH A c Q μ=ζλμ∑++= d l 11 z g A c Q 2μ=ζλμ∑+=d l c 1
车辆载荷对管道作用的计算方法
车辆载荷对管道作用的计算方法 1 地面车辆载荷对管道的作用，包括地面行驶的各种车辆，其载重等级、规格形式应根据地面运行要求确定。 .2 地面车辆载荷传递到埋地管道顶部的竖向压力标准值，可按下列方法确定： 2.1 单个轮压传递到管道顶部的竖向压力标准值可按下式计算(图 C.0.2-1)： （2.1-1） 式中q vk—轮压传递到管顶处的竖向压力标准值(kN/m)； Q vi，k—车辆的i个车轮承担的单个轮压标准值(kN)； a i—i个车轮的着地分布长度(m)； b i—i个车轮的着地分布宽度(m)； H—自车行地面自管顶的深度(m)； μd—动力系数，可按表(C.0.2)采用。
图C.0.2-1 单个轮压的传递分布图 (a) 顺轮胎着地宽度的分布；(b)顺轮胎着地长度的分布 图C.0.2-2 两个以上单排轮压综合影响的传递分布图 (a)顺轮胎着地宽度的分布；(b)顺轮胎着地长度的分布 2.2 两个以上单排轮压综合影响传递到管道顶部的竖向压力标准值，可按下式计算(图C.0.2-2)： （2.2-1）
式中：n—车轮的总数量； d bj—沿车轮着地分布宽度方向，相邻两个车轮间的净距(m)。 表C.0.2 动力系数μd 0.250.300.400.500.600.70地面在管 顶(m) 动力系数 1.30 1.25 1.20 1.15 1.05 1.00 μd 2.3 多排轮压综合影响传递到管道顶部的竖向压力标准值，可按下式计算： (2.3-2) 式中m a—沿车轮着地分布宽度方向的车轮排数； m b—沿车轮着地分布长度方向的车轮排数； d aj—沿车轮着地分布长度方向，相邻两个车轮间的净距(m)； 3 当刚性管为整体式结构时，地面车辆荷载的影响应考虑结构的整体作 ： 用，此时作用在管道上的竖向压力标准值可按下式计算(图C.0.3)
管道流量计算公式
已知1小时流量为10吨水,压力为0.4 水流速为1.5 试计算钢管规格 题目分析：流量为1小时10吨，这是质量流量，应先计算出体积流量，再由体积流量计算出管径，再根据管径的大小选用合适的管材，并确定管子规格。（1）计算参数，流量为1小时10吨；压力0.4MPa（楼主没有给出单位，按常规应是MPa），水的流速为1.5米/秒（楼主没有给出单位，我认为只有单位是米/秒，这道题才有意义） （2）计算体积流量：质量流量m=10吨/小时，水按常温状态考虑则水的密度ρ=1吨/立方米=1000千克/立方米；则水的体积流量为Q=10吨/小时=10立方米/小时=2777.778立方米/秒 （3）计算管径：由流量Q=Av=（π/4）*d*dv；v=1.5m/s；得： d=4.856cm=48.56mm (4)选用钢管，以上计算，求出的管径是管子内径，现在应根据其内径，确定钢管规格。由于题目要求钢管，则： 1）选用低压流体输送用镀锌焊接钢管，查GB/T3091-2008,选择公称直径为DN50的钢管比较合适，DN50镀锌钢管，管外径为D=60.3mm，壁厚为 S=3.8mm，管子内径为d=60.3-3.8*2=52.7mm＞48.56mm，满足需求。 2）也可选用流体输送用无缝钢管D57*3.0，该管内径为51mm 就这个题目而言，因要求的压力为0.4MPa，选用DN50的镀锌钢管就足够了，我把选择无缝钢管的方法也介绍了，只是提供个思路而已。 具体问题具体分析。 1、若已知有压管流的断面平均流速V和过流断面面积A，则流量Q=VA 2、若已知有压流水力坡度J、断面面积A、水力半径R、谢才系数C，则流量Q=CA(RJ)^(1/2),式中J=(H1-H2)/L,H1、H2分别为管道首端、末端的水头，L 为管道的长度。 3、若已知有压管道的比阻s、长度L、作用水头H，则流量为 Q=[H/(sL)]^(1/2) 4、既有沿程水头损失又有局部水头损失的有压管道流量： Q=VA=A√(2gH)/√(1+ζ+λL/d) 式中：A——管道的断面面积；H——管道的作用水头；ζ——管道的局部阻力系数；λ——管道的沿程阻力系数；L——管道长度；d——管道内径。 5、对于建筑给水管道，流量q不但与管内径d有关，还与单位长度管道的水头损失（水力坡度）i有关.具体关系式可以推导如下： 管道的水力坡度可用舍维列夫公式计算i=0.00107V^2/d^1.3 管道的流量q=(πd^2/4)V 上二式消去流速V得： q = 24d^2.65√i ( i 单位为m/m )， 或q = 7.59d^2.65√i ( i 单位为kPa/m )
管道过流计算方法
第四章有压管道恒定流 第一节概述 前面我们讨论了水流运动的基本原理,介绍了水流运动的三大方程,水流形态和水头损失,从第五章开始,我们进入实用水利学的学习,本章研究有压管道的恒定流. 一.管流的概念 1.管流是指液体质点完全充满输水管道横断面的流动，没有自由水面存在。 2.管流的特点.①断面周界就是湿周，过水断面面积等于横断面面积；②断面上各点的压强一般不等于大气压强，因此，常称为有压管道。③一般在压力作用而流动. 1.根据出流情况分自由出流和淹没出流 管道出口水流流入大气，水股四周都受大气压强作用，称为自由出流管道。 管道出口淹没在水面以下，则称为淹没出流。 2.根据局部水头损失占沿程水头损失比重的大小，可将管道分为长管和短管。 在管道系统中，如果管道的水头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（占沿程水头损失的5%～10%以下），在计算中可以忽略，这样的管道称为长管。否则，称为短管。必须注意，长管和短管不是简单地从管道长度来区分的，而是按局部水头损失和流速水头所占比重大小来划分的。实际计算中，水泵装置、水轮机装置、虹吸管、倒虹吸管、坝内泄水管等均应按短管计算；一般的复杂管道可以按长管计算。 3. 根据管道的平面布置情况，可将管道系统分为简单管道和复杂管道两大类。 简单管道是指管径不变且无分支的管道。水泵的吸水管、虹吸管等都是简单管道的例子。由两根以上管道组成的管道系统称为复杂管道。各种不同直径管道组成的串联管道、并联管道、枝状和环状管网等都是复杂管道的例子。 工 程实践中为了输送流体，常常要设置各种有压管道。例如，水电站的压力引水隧洞和压力钢管，水库的有压泄洪洞和泄洪管，供给城镇工业和居民生活用水的各种输水管网系统，灌溉工程中的喷灌、滴灌管道系统，供热、供气及通风工程中输送流体的管道等都是有压管道。研究有压管道的问题具有重要的工程实际意义。 有压管道水力计算的主要内容包括：①确定管道的输水能力；②确定管道直径；③确定管道系统所需的总水头；④计算沿管线各断面的压强。
管道应力分析和计算
管道应力分析和计算
目次 1 概述 1.1 管道应力计算的主要工作 1.2 管道应力计算常用的规范、标准1.3 管道应力分析方法 1.4 管道荷载 1.5 变形与应力 1.6 强度指标与塑性指标 1.7 强度理论 1.8 蠕变与应力松弛 1.9 应力分类 1.10 应力分析 2管道的柔性分析与计算 2.1管道的柔性 2.2管道的热膨胀补偿 2.3管道柔性分析与计算的主要工作2.4 管道柔性分析与计算的基本假定2.5 补偿值的计算 2.6 冷紧 2.7 柔性系数与应力增加系数 2.8 作用力和力矩计算的基本方法2.9 管道对设备的推力和力矩的计算
3 管道的应力验算 3.1管道的设计参数 3.2钢材的许用应力 3.3管道在内压下的应力验算 3.4 管道在持续荷载下的应力验算 3.5管道在有偶然荷载作用时的应力验算3.6 管系热胀应力范围的验算 3.7力矩和截面抗弯矩的计算 3.8 应力增加系数 3.9 应力分析和计算软件
1 概述 1.1 管道应力计算的主要工作 火力发电厂管道（以下简称管道）应力计算的主要工作是验算管道在内压、自重和其他外载作用下所产生的一次应力和在热胀、冷缩及位移受约束时所产生的二次应力；判断计算管道的安全性、经济性、合理性，以及管道对设备产生的推力和力矩应在设备所能安全承受的范围内。 管道的热胀应力应按冷、热态的应力范围验算。管道对设备的推力和力矩应按冷状态下和工作状态下可能出现的最大值分别进行验算。 1.2 管道应力计算常用的规范、标准 （1）DL/T 5366－2006火力发电厂汽水管道应力计算技术规程（2）ASME B 31.1－2004动力管道 在一般情况下，对国内工程采用DL/T 5366进行管道应力验算。对涉外工程或顾客有要求时，采用B 31.1进行管道应力验算。 1.3 管道应力分析方法 管道应力分析方法分为静力分析和动力分析。 对于静荷载，例如：管道内压、自重和其他外载以及热胀、冷缩和其他位移荷载作用的应力计算，采用静力分析法。DL/T 5366和B31.1规定的应力验算属于静力分析法。同时，它们也用简化方法计及了地震作用的影响，适用于火力发电厂管道和一般动力管道。 对于动载荷，例如：往复脉冲载荷、强迫振动载荷、流动瞬态冲击载荷和地震载荷作用的应力计算采用动力分析法。核电站管道和地震烈度在９度及以上地区的火力发电厂管道应力计算采用动力分析法。 1.4 管道荷载
PCB走线和过孔的过流能力
PCB板铜箔宽度和过电流大小关系 在表层，1OZ铜厚，1MM线宽可以通过1A电流。在内层，1OZ铜厚，1MM 线宽可以通过0.5A电流。例如：60mil相当于1.5MM，若是1OZ铜厚的话，在表层可以走1.5A电流，在内层可以走0.75A电流oz(盎司)是重量单位，在PCB 设计中常用oz来表示覆铜厚度，含义是在1平方英尺上覆盖1oz重量的铜对应的厚度。oz与公制长度的对应关系参见下表： 基铜厚度 (oz/Ft2) 公制(μm) 5 175 4 140 3 105 2 70 1 35 0.5 18 计算方法如下：先计算Track的截面积，大部分PCB的铜箔厚度为35um（不确定的话可以问PCB厂家）它乘上线宽就是截面积，注意换算成平方毫米。有一个电流密度经验值，为15~25安培/平方毫米。把它称上截面积就得到通流容量。 计算方法二： PCB走线的载流能力与以下因素有关：线宽、线厚（铜箔厚度）、容许温升。PCB走线越宽，载流能力越大。 近似计算公式： K为修正系数，一般覆铜线在内层时取0.024，在外层时取0.048；T为最大温升，单位为摄氏度(铜的熔点是1060℃) ；A为覆铜截面积，单位为平方MIL；I为容许的最大电流，单位为安培(A)。大部分PCB的铜箔厚度为35um，乘上线宽就是截面积。（10摄氏度10mil=0.010inch=0.254差不多过流1A，表面走线计算结果，与最上面的方法计算结果，同样的电流线宽明显不同）
PCB过孔的载流能力可以近似等效成PCB表层走线的计算方法： 其中A=PI*(D+T)*T；其中D为孔内径，T为孔的沉铜厚度，T一般为20um。 0.25mm=9.8425 0.33mm=12.9921 20^0.44=3.736 0.048x3.736=0.179328 20um=0.7874015748mil A=3.14*(D+0.7874015748)*0.7874015748 小孔A=26.28 大孔A=34.069 0.75 11.6 14.1016 2.08 2.5288 二、数据: PCB载流能力的计算一直缺乏权威的技术方法、公式，经验丰富CAD工程师依靠个人经验能作出较准确的判断。但是对于CAD新手，不可谓遇上一道难题。 PCB的载流能力取决与以下因素：线宽、线厚（铜箔厚度）、容许温升。大家都知道，PCB走线越宽，载流能力越大。在此，请告诉我：假设在同等条件下，10MIL的走线能承受1A，那么50MIL的走线能承受多大电流，是5A吗？答案自然是否定的。请看以下来自国际权威机构提供的数据（号称是美国军用标准）：
荷载计算方法总结
荷载计算总结 为便于大家查阅荷载计算值，将网易土木上的荷载计算方法整理下来传至百度文库上，希望对大家有所帮助，同时对网易土木表示感谢^_^ ^_^ 1 风荷载：【荷载规范GB 50009-2001(2006版)附表D.4强条】 2 正常使用活荷载标准值（KN/m2）：【荷载规范-4.1.1强条、技术措施-荷载篇】（1）住宅、宿舍取2.0；其走廊、楼梯、门厅取2.0； （2）办公、教室取2.0；其走廊、楼梯、门厅取2.5； （3）食堂、餐厅取2.5；其走廊、楼梯、门厅取2.5； （4）一般阳台取2.5； （5）人流可能密集的走廊/楼梯/门厅/阳台、高层住宅群间连廊/平台取3.5；（6）卫生间取2.0~2.5（按荷载规范）；设浴缸、座厕的卫生间取4.0； （7）住宅厨房取2.0，中小型厨房取4.0，大型厨房取8.0（超重设备另行计算）；（8）多功能厅、阶梯教室有固定坐位取3.0；无固定坐位取3.5； （9）商店、展览厅、娱乐室取3.5；其走廊、楼梯、门厅取3.5； （10）大型餐厅、宴会厅、酒吧、舞厅、健身房、舞台取4.0； （11）礼堂、剧场、影院、有固定坐位的看台、公共洗衣房取3.0； （12）小汽车通道及停车库取4.0； （13）消防车通道：单向板取35.0；双向板楼盖、无梁楼盖取20.0； 注：消防车超过300KN时，应按结构等效原则，换算为等效均布荷载。结构荷载输入：无覆土的双向板（板跨≥2.7m）：板、次梁取28，主梁取20；覆土厚度≥0.5m的双向板（板跨≥2.7m）：板取≤28,梁参考院部《消防车等效荷载取值计算表》；其余情况需单另计算，专业负责人需复核。 （14）书库、档案库取5.0； （15）密集柜书库取12.0； （16）大型宾馆洗衣房取7.5； （17）微机房取3.0；大中型电子计算机房取≥5.0，或按实际； （18）电梯机房、通风机房取7.0；通风机平台取6（≤5号风机）或8（8号风机）； （19）制冷机房、宾馆储藏室、布草间、公共卫生间（包括填料隔墙）取8.0；（20）水泵房、变配电房、发电机房、银行金库及票据仓库取10.0； （21）管道转换层取4.0； （22）电梯井道下有人到达房间的顶板取5.0。 未列出者查荷载规范及《全国民用建筑工程设计技术措施（结构分册）》荷载篇。3屋面活荷载标准值（KN/m2）：【荷载规范-4.3.1强条、技术措施-荷载篇】（1）上人屋面取2.0； （2）不上人屋面取0.5； （3）屋顶花园取3.0（不包括花圃土石材料）； 注：施工或维修荷载较大时，屋面活荷载应按实际情况采用；因排水不畅、堵塞等，应加强构造措施或按积水深度采用。 （4）地下室顶板施工荷载一般取10.0，塔楼内顶板一般不少于5.0；高低层相邻的屋面，低屋面应考虑施工荷载不少于4.0；其分项系数取1.0。 注：当利用顶板上的覆土层荷重代替施工荷载时，必须在图上注明覆土层须待上部主体结构施工完成后方可进行回填。
导线过流能力
一、一般铜导线载流量导线的安全载流量是根据所允许的线芯最高温度、冷却条件、敷设条件来确定的。 一般铜导线的安全载流量为5~8A/mm2，铝导线的安全载流量为3~5A/mm2。<关键点> 一般铜导线的安全载流量为5~8A/mm2，铝导线的安全载流量为3~5A/mm2。如：2.5mm2BVV铜导线安全载流量的推荐值 2.5×8A/mm2=20A4mm2BVV铜导线安全载流量的推荐值4×8A/mm2=32A 二、计算铜导线截面积利用铜导线的安全载流量的推荐值5~8A/mm2，计算出所选取铜导线截面积S的上下范围：S==0.125I~0.2I（mm2）S-----铜导线截面积（mm2）I-----负载电流（A） 三、功率计算一般负载（也可以成为用电器，如点灯、冰箱等等）分为两种，一种式电阻性负载，一种是电感性负载。对于电阻性负载的计算公式：P=UI 对于日光灯负载的计算公式：P=UIcosф，其中日光灯负载的功率因数cosф=0.5。 不同电感性负载功率因数不同，统一计算家庭用电器时可以将功率因数cosф取0.8。也就是说如果一个家庭所有用电器加上总功率为6000瓦，则最大电流是I=P/Ucosф=6000/220×0.8=34(A)但是，一般情况下，家里的电器不可能同时使用，所以加上一个公用系数，公用系数一般0.5。所以，上面的计算应该改写成I=P×公用系数/Ucosф=6000×0.5/220×0.8=17(A)
也就是说，这个家庭总的电流值为17A。则总闸空气开关不能使用16A，应该用大于17A的。 估算口诀： 二点五下乘以九，往上减一顺号走。三十五乘三点五，双双成组减点五。 条件有变加折算，高温九折铜升级。穿管根数二三四，八七六折满载流。 说明： (1)本节口诀对各种绝缘线(橡皮和塑料绝缘线)的载流量(安全电流)不是直接指出，而是“截面乘上一定的倍数”来表示，通过心算而得 。由表53可以看出：倍数随截面的增大而减小。 “二点五下乘以九，往上减一顺号走”说的是2．5mm’及以下的各种截面铝芯绝缘线，其载流量约为截面数的9倍。如2．5mm’导线，载流量为2．5×9＝22．5(A)。从4mm’及以上导线的载流量和截面数的倍数关系是顺着线号往上排，倍数逐次减l，即4×8、6×7、10×6、16×5、25×4。 “三十五乘三点五，双双成组减点五”，说的是35mm”的导线载流量为截面数的3．5倍，即35×3．5＝122．5(A)。从50mm’及以上的导线，其载流量与截面数之间的倍数关系变为两个两个线号成一组，倍数依次减0．5。即50、70mm’导线的载流量为截面数的3倍；95、120mm”导线载流量是其截面积数的2．5倍，依次类推。