塔的水力学计算手册精编版
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
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
减去
T
(包括多流程的中央、偏侧、偏中央降液管的总的降液管顶部横截面积 A
D
横截面积)，也称自由面积。
(a) (b)
图塔盘布置示意图
开孔面积(hole area)， A
h
= 筛孔数塔盘上总的开孔的面积，即允许气相流体通过的面积。 A
h
目单孔面积
鼓泡面积(bubbling area，active area)，A
B
用于靠近塔盘平板上气相流动的面积，即总的塔盘横截面积A T 减去总的降液管截面积、降液管密封面积(不安装阀件、筛孔的区域)，也称活动面积。
A B = A T - A Di
阀缝隙面积(slot area)，A S
总的(所有浮阀)垂直开缝面积，即气相离开浮阀时以水平方向流经的面积，A S = Nd v h v (N 、d v 、h v 分别为阀数目、阀径、升程) 最大阀缝隙面积(open slot area)，A SO
当所有浮阀全部开启时的阀缝隙面积。
A SO = Nd v h v,max (式中N 、d v 、h v,max 为阀数目、阀径、最大升程) 开孔率(fractional hole area)，
对于浮阀塔盘：为阀缝隙面积与鼓泡面积之比，A f =A SO /A B 对于筛孔塔盘：为开孔面积与鼓泡面积之比，A f =A h /A B 气相流率(vapor flow rate)，CFS
在塔内操作条件下气体的实际体积流量。 密度(vapor density ，liquid density)，V ，L
在塔内操作条件下气体、液体单位体积的质量。 气相负荷(vapor load)，V load
V load = CFS(V /(L -V ))1/2
表观气相流速(superficial vapor velocity)，s
s = V load /A (式中A 为A B 或A N )
液相负荷(liquid load)，Q
L
Q
L = GPM/L
weir
式中GPM为每分钟流过的加仑，即液相流率；L
weir
为堰的长度，以英寸表示
液相流经塔盘的通量，单位长度出口堰上的液体体积流率(gal/min/in)。
降液管液相负荷(downcomer liquid load)，Q
D
Q
D = GPM/A
D
在降液管顶部入口处，单位截面积上的清液流率(gal/min/ft2)。
液泛(flooding)
在塔内部液相超限地积累。
喷雾挟带液泛(spray entrainment flooding)
液相流率很小，塔盘操作在喷雾状态，即塔盘上大部分液体呈液滴形式。当气相流速上升时，这些液滴大都被挟带到上一层塔盘，积累在上一层塔盘而不是流到下一层塔盘。
雾沫挟带液泛(froth entrainment flooding)
液相流率很大，液相以泡沫形式分散在塔盘上，当气相流速上升时，泡沫高度增加。当塔盘间距较小时，气液两相的泡沫趋近于上一层塔盘，随着这一表层接近上一层塔盘，挟带则迅速增加，引起在上一层塔盘液相积累。
降液管返混液泛(downcomer backup flooding)
由于塔盘压降、塔盘上泡沫层高度、降液管入口处摩擦阻力等原因，充气的液体返回流进降液管内。当液相流率增大时，所有这些因素也随着加强，当气相流率增大时，塔盘压降也随着增大。当充气液体返流回降液管内超过塔盘间距时，液相就会积累在上一层塔盘，引起降液管返混液泛。
降液管阻塞液泛(downcomer choke flooding)
当液相流率增大时，降液管中充气液体的流速也增大。超过一定极限后，降液管里和入口处的摩擦阻力就变得过大，混合的泡沫液相不能由此输送到下一层塔盘，则在上一层塔盘引起液相的积累。
径比(diameter ratio)
塔径与填料直径之比。
填料类型(packing type)
填料可以分为乱堆填料、规整填料和高效填料，其中每种填料里又依据其形状不同，而分为各种型式填料，详见表－1，－2，－3。
最小润湿率(minimum wetted rate)
当填料充分润湿所需的最小喷淋量时，单位填料体积的表面积上液体流量。
持液量(liquid holdup)
填料塔操作时在填料空隙中及填料表面上所积存的液体总量。
表－1 乱堆填料(random packing)：以乱堆的方式进行装填。
表－2 规整填料(structured packing)：排列整齐。
表－3 高效填料(effective packing)：有较大的比表面积和自由空间。
干填料因子(packing factor)
表征填料流体力学特性的数群，a/3。
其中a为填料的比表面积，以m2/m3表示；为湿填料的空隙率，以％表示。载点(loading point)
在逆流操作的填料塔内，压降随着气相流速的上升而显着变化，表明塔内持液量不断增大的过程转折点。有时这一变化规律在局部上看不到一个点，而是一个曲率渐变的曲线。其压降～气相流速变化曲线，由二次幂的关系渐变为三次幂的关系。
泛点(flooding point)
在逆流操作的填料塔内，压降突然直线上升，表明塔内已发生液泛现象的过程转折点，或在不影响精馏效率前提下的最大操作负荷。
漏液(泪)点(weeping point)
上升气速增大到使液体不从筛孔泄漏的操作点。
单位制
本手册在未加特意注明的情况下，各参数以SI单位制为基准。
参考文献
Glitsch,Inc,Ballast Tray Design Manual,Bulletin ,3rd Ed. Fractionation Research Inc."SIEVE TRAY DESIGN"
Ernest E. Ludwig, "Applied Process Design for Chemical and Petrochemical Plants"
兰州石油机械研究所“现代塔器技术”，(1984)
化学工业出版社“化学工程手册－气液传质设备”,(1979)
中国石化出版社“现代填料塔技术指南”,(1998)
4.浮阀/筛孔板式塔盘的设计
设计原则
为满足塔盘水力学性能要求，设计计算时可参考以下几何参数：
出口堰长度应大于塔径的一半。
堰上的液流高度应大于6mm，小于100mm。
堰高一般为25～100mm，或为板间距的15％，Glitsch取50mm。
对粘度大的液体取25～75mm；对要求压降小的真空减压塔，堰高可降低到12mm;对要求液体在塔盘上有较长停留时间的反应塔，可高达150mm。
降液管下端至受液盘间的距离(降液管底间隙)应大于堰上液流高度的倍。一般情况下，液流通过该间隙时流速不大于降液管内流速，通常间隙不小于20～25mm。
降液管面积应大于塔截面积的10％。
，浮阀间距可参考筛孔正三角形排列计算，开孔率筛孔中心距为～5)d
一般在4～15%。
塔盘上气液接触单元的布置区域(发泡区)与堰之间需要有安定过渡区域：
系统因数(system factor)表征物系的发泡趋势，取值～。不同模型、计算程序中的选值范围不尽相同，略有出入。
根据机械安装/检修的要求，板间距通常大于460mm。但随塔径变化也可取不同值。
该值且随着塔盘处理能力增大而增加，一直取到极限值：
气相密度小于32kg/m3(2 lb/ft3)时，极限值为1224mm(48in)；
气相密度很高时，极限值<1224mm(48in)；
= 8 kg/m3 lb/ft3)时，板间距大于300mm的负荷系数当气相密度
V
为。
降液管内澄清液层高度(downcomer backup)应小于板间距的一半。
干板压降一般小于50mm水柱，假如降液管内清液柱高度小于板间距的一半,则可取至85mm水柱。
塔盘上液相流动形式(flow paths)取决于液相负荷的范围，单流型(SXF)是最常用的；当塔径较大，或液相负荷较大时，宜采用双流型(DXF)，甚至三、四流型 (TXF、QXF)或阶梯型(Cascade)；在液气比很小时才采用U 形流型。
液相负荷(m3/h)与板型的关系：
降液管下端出口处液流速度(velocity under DC)一般小于～米/秒，降液管内液流速度根据物系发泡趋势在～sec 之间选取，发泡严重物系取小者(降液管内液流速度 = 液相负荷/降液管横截面积)。
液流在降液管内的停留时间(DC residence time)通常大于4秒，通常 对于低发泡及中等发泡物系， > 3～4 秒 对于较高发泡及严重发泡物系， > 5～7 秒
塔盘上液面梯度(堰上溢流强度)取90m 3/mhr ，一般在50～130m 3/mhr 之间。
当液量过小时，可采用齿型堰(notched weir)；
当堰上溢流强度大于8～10 GPM/L weir 时，则应使用凹形受液盘(inlet pot)；
当堰上溢流强度大于15 GPM/L weir 时，则宜增加溢流程数(Number of flow paths or pass)或增加堰长(weir lenght)或改为后掠式堰(swept-back weir)。
阀孔气速太低会导致漏液，塔盘操作下限即漏液气速。最低阀孔动能因子(阀孔气速(气相密度)1/2)应大于5～6米/秒。
Glitsch 规定阀孔气速必须大于 C 1/(V /(L -V ))1/2
对于V-1型浮阀C 1 = ；V-4型浮阀C 1 = ;
当堰高为25mm时， V-1型浮阀C
1 = ；V-4型浮阀C
1
=
对于新塔设计，建议按设计负荷不大于泛点负荷的82%来设计塔径。若要求塔盘能够在设计负荷的110%下操作，就要以 = 的液泛系数(flood factor)做为最大值来设计塔径。减压真空塔的液泛系数一般小于，雾沫挟带量不大于10%。较高的液泛系数可以计算出较小的塔，但会造成过多的雾沫挟带(e = 气相中液滴雾沫量/总的液相量)，对于实际操作，塔径偏小。对于塔径小于900mm的塔盘，液泛系数取～。
设计步骤
塔径初估
(1) Smith法归纳了工业塔数据的简化关联，可做为初步估算塔径之用。由Smith初估塔径图中查得C值(表面张力为20dyn/cm时的经验系数)，经过系统表面张力修正后,算出塔盘上允许的有效空塔速度及塔径。
(2) 有效截面积法的基本出发点是分别估算气相通道及液相通道的横截面积；按总的塔盘横截面积减去总的降液管截面积计算有效空塔速度，根据液相负荷及分界粘度计算允许液流最大速度。塔截面积为这两部分截面积之和，以此初估塔径。
塔盘布置
(1) 根据塔径及流体负荷量而确定流动形式(溢流程数)。
(2) 根据塔径、气液相负荷而确定降液管型式，液流在降液管内的停留时间(经计算得出)也是塔盘设计中重要指标之一。
(3) 溢流堰起着维持塔盘上液位、使液体均匀分布的作用。
a. 单溢流型塔盘的堰长可取塔径的～倍，对于双溢流型的塔盘，堰长可取塔径的～倍，并尽量使中央降液管面积等于两侧降液管面积之和；
b. 为保证堰上溢流强度不致过大，堰的高度可适当降低；
c. 当堰的上边缘各点水平度偏差过大或堰上溢流强度过小时，可采用齿型堰；
d. 为保证上一层塔盘的液相经过降液管流入的液体能在塔盘上均匀分布，并减少降液管底部出口处的水平冲击，可设置内堰，堰高必须保证液封；
e. 当液相流量很大时，设置凹形受液盘应避免压降过大。
(4) 设置塔盘上其它非鼓泡区域是为了消除泡沫挟带
a. 外堰前安定区宽度取70～100mm，内堰前安定区宽度取50～100mm，小塔径中的安定区域酌减；
b. 为支撑塔盘及内件，塔壁边缘区宽度一般取50mm，大塔径边缘区宽度一般取60mm以上；
计算塔盘的操作能力的准则
(1) 气相负荷泛点率＝最小鼓泡面积/鼓泡面积。
(2) 以可以允许的气速为判据设计塔盘。
(3) 恒定气液比情况下的泛点率。
(4) 以漏液点做为气相负荷下限。
(5) 以雾沫挟带量e < 液体/kg气体做为气相负荷上限。
(6) 以堰上最小溢流强度做为液相负荷下限。
(7) 以板上最高清液层做为液相负荷上限。
计算降液管的操作能力的准则
气体穿过塔盘的总压降 = 干板压降＋穿过液层的压降
设计范例
格里奇(Glitsch)重盘式浮阀(Ballast tray)设计范例：
设计一个双溢流型塔盘，板间距(H
T
)为20英寸。主要数据如下，实际板数为75块，V-1阀型。
气相负荷为271500磅/小时，密度
V
为磅/英尺3
液相负荷为259100磅/小时，密度
L
为磅/英尺3
按最大负荷设计相应的降液管截面积，用户规定在小于70%泛点率(FF)的要求下做塔盘设计，即液泛系数FF = 。本系统物系为不发泡，系统发泡因数取。
液相流率GPM = 259100 / = 8834 英尺3/小时 = 1100 (美)加仑/分
选取双流型塔盘，NP = 2
气相流率CFS = 271500 /3600 = 英尺3/秒
气相负荷V
load = CFS (
V
/ (
L
-
V
) )1/2
= - )1/2 = 英尺3/秒
设计气速VD
dsg = (TS)1/2 (
L
-
V
)1/2 system factor
= (20)1/2 = 170加仑/分/英尺2
由附图5a查得 CAF
O
= 英尺/秒
负荷因子CAF = CAF
O
system factor = = 英尺/秒
由附图6查得塔径D
T
(初估值) = 7英尺5英寸(基于24英寸板间距
和80%泛点率)
流程长度FPL(初估值) = 9 D
T
(初估值) / NP = 92 = 英寸
最小鼓泡区面积AAM = (V
load
+ GPM FPL / 13000) / (CAF FF)
= +110013000)/=英尺2
最小降液管截面积ADM = GPM / (VD
dsg
FF) = 1100/(170 = 英尺2
最小塔截面积A
TMIN = A
BMIN
+ 2 A
DMIN
= +2 = 61英尺2
塔径D
T = (A
TMIN
/ ( / 4))1/2 = (61/1/2 = 英尺 (取9英尺或108英
寸)
塔截面积A
T = r2 = D
T
2/4 = 92 = 英尺2
总的降液管截面积A
D = A
T
A
DMIN
/ A
TMIN
= 61 = 英尺2
降液管截面积大于塔截面积10%(A
D >10%A
T
)，符合设计原则。
中央降液管宽度H
3 = WF A
D
/ D
T
= 129 = 英寸其中由下表查得WF= 12
侧降液管截面积A
D1
= 2 = 英尺2
A D1/A
T
= = ，继而由附表4查得H
1
/D
T
=
侧降液管宽度H
1 = D
T
= 108 = 英寸
流程长度FPL 模数 = (WF D T - (2H 1 + H 3 + 2H 5 + 2H 7))/NP = (129-(2+)/2=英寸
其中NP=2，所以H 5 = 0；H 7 = 0。 经计算FPL 模数为或34英寸，取英寸。 取整后，H 1=英寸；H 3=14英寸。
侧降液管(弓形)截面积A D1 = 扇形面积 - 三角形面积 扇形面积 = / 360 r 2 = / 360 D T 2/4
其中弧心角 = 2 cos -1((r - H 1)/r) = 2 cos -1(1 - H 1/D T ) 三角形面积 = (r - H 1)(r 2 - (r - H 1)2)1/2
= (D T /2 - H 1)(D T 2/4 - (D T /2 - H 1)2)1/2
计算得A D1 = 英尺2；2 A D1=英尺2。
中央降液管(双圆缺形)截面积A D3 = 矩形面积 + 2 弓形面积 矩形面积 = 2 ( r 2 - (H 3/2)2)1/2 H 3 = 2 (D T 2/4 - (H 3/2)2)1/2 H 3 弓形面积 = 扇形面积 - 三角形面积
扇形面积 = / 360 r 2 = / 360 D T 2/4 其中弧心角 = 2 sin -1((H 3/2)/r) = 2 sin -1(H 3/D T ) 三角形面积 = (H 3/4) (D T 2 - H 32)1/2
当 2H 3/D T 很小时， A D3 = 矩形面积 = D T H 3 = 英尺2 平均降液管面积 A D = (2A D1 + A D3) / 2 = 英尺2 鼓泡区面积 A B = A T - (2A D1 + A D3 + 2A D5 + 2A D7) 或 A B = A T - 2A D = = 英尺2
其中NP=2，为双流型塔盘，AD 5 = 0；AD 7 = 0。
上计算水力学课的心得
上计算水力学课的心得 水利水电学院水力学及河流动力学 胥慧1030201016 摘要：首先通过计算水力学这门课程的学习，联想到不规则的平面图形面积的求解；还简要说明了从中学到的内容，着重说明了离散的有关问题；最后阐述了自己对这门课程的几点意见。 关键词：面积，区域离散，控制方程离散，意见 1、不规则图形面积求解 上计算水力学这门课程时，我突然想起小时候学过对于一个边界形状不规则的平面图形面积问题的求解方法。当时是先把那个不规则的平面图形誊画在一个透明的玻璃板上，再把一张事先做好的1cm×1cm方格纸铺在玻璃板下边，先记录一下不规则图形里显示完整的小方格数目，对于不完整的小方格，正好满半个格算的两个算一个格，大于半个格计一个格，不满半个格的舍去，这样相加在一起就是这个不规则的几何图形的近似面积。同样的办法，再分别用0.5cm×0.5cm 的方格纸和0.1cm×0.1cm的方格纸对不规则图形面积进行计算。结果不言而喻，必然是用0.1cm×0.1cm的方格纸得到的近似解更接近真实解。通过缩短方格纸的边长，来实现接近真实解的方法。用类比的方法学习了计算水力学这门课。2、学到的内容 在以前的学习中我了解到，描述流体流动及传热等物理问题的基本方程为偏微分方程，想要得它们的解析解或者近似解析解，在绝大多数情况下都是非常困难的，甚至是不可能的，就拿我们熟知的Navier-Stokes方程来说，现在能得到的解析的特解也就70个左右。通过学习计算水力学这么课程，我知道对这些问题进行研究，可以借助于现在已经相当成熟的代数方程组求解方法，对于这种方法简单来说就是将连续的偏微分方程组及其定解条件按照某种方法遵循特定的规则在计算区域的离散网格上转化为代数方程组，以得到连续系统的离散数值逼
调节池设计(终版)
调节池设计 假定：在水一方餐厅每天用水量为15m3左右，用水高峰期分别为10:00am—14:00pm和17：00pm—21:00pm两个时间段。平均每个时间段进水量为7.5 m3。其他时间段没有进水。 则其24小时平均流速为0.625 m3/h。（所以最优的出水量是控制在0.62 m3/h。） 据此绘制污水流量变化曲线见下图，见红色线表示。蓝色线表示平均污水流量。 当进水量大于出水量时，余量在调节池中贮存，当进水量小于出水量时，需取用调节池中的存水。由此可见，调节池所需容积等于上图中面积A、B或C中最大者，即调节池的理论调节容积为0.62*13=8.1 m3。 设计中采用的调节池容积，一般宜考虑增加理论调节池容积的10%-20%，故本例中调节池容积按V=8.1*1.2=9.7 m3，约等于10 m3
来计算。 调节池池子高度取2m ，其中有效水深1.7m ，超高0.3m 。则池面积为 A=V/h=10/1.7=5.9m 。 将调节池长设为3m, 宽设为2m ，所以调节池的实际尺寸为L*B*H=3*2*1.7=10.2 m 3。 水力学的计算公式 流量与流速的关系： 式中：Q ——流量，m3/s ； A ——过水断面面积，m2； v ——流速，m/s ； 谢才公式计算流速： R ——水力半径（过水断面积与湿周的比值），m ； v A Q ?=I R C v ??=
I ——水力坡度（即水面坡度，等于管底坡度）； C ——流速系数，或谢才系数。 C 值一般按曼宁公式计算，即 n ——管壁粗糙系数 由上可推导出： 充满度 水流断面及水力半径计算见下图 61 1R n C ?=
高程布置参考—给水处理厂课程设计计算手册
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
(参考)水力学计算说明书
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
天然河道水面曲线计算问题
W h g V Z g V Z ++=+222 112 22αα推求法计算天然河道水面曲线的局限性 和解决办法 ---暴雨洪水的水力学模型及其应用程序 张校正 （新疆水利厅 新疆乌鲁木齐 830000） 【摘 要】 天然河道水面曲线计算的‘推求法’使用中是有很多限制的，很多情况下不便应用，应该与‘比降法’配合使用，解决天然河道水面曲线计算问题。 【关键词】 天然河道 水面曲线 推求法 比降法 水力学模型 应用程序 2012年，暴雨洪水给我国很多地方造成了生命财产的重大损失，引起了防洪部门的重视，纷纷加大了防洪工程的投入。因而防洪工程的水力学计算，尤显重要。 怎样计算天然河道的水面曲线？应该不是问题，但一些设计单位确实出现过这个问题，问题是从使用推求法计算天然河道水面曲线时产生的。 在我国的有关防洪工程的规范中，大量的篇幅，是有关工程措施的规定，水力学计算部分内容很少，没有具体的公式。虽然规范没有详细的公式，但是在旧版的《水工设计手册》以及水力学教科书中，却有‘天然河道水面曲线’的详细论述和方法讲解。大家都是按照这些常规算法，解决天然河道水面曲线计算问题。新版的《水工设计手册》也有‘天然河道水面曲线的计算’的章节。武汉大学水利水电学院出版的《水力计算手册》中也有“河道恒定流水面曲线计算”章节。对于天然河道的各种水力要素的计算，有着详尽的规定。 上面所说的这些书中的方法是暴雨洪水的一种水力学模型，是一种一维静态的水力学模型，它就是所谓‘推求法’，是从已知水位推求未知水位的计算方法。本文从这个方法的使用过程中产生的问题，就暴雨洪水的一维静态的其它的水力学模型进行一些研讨。 《水利水电工程设计计算程序集》为天然河道的水力计算提供了两个程序，一个是“D-14A 推求法计算天然河道水面曲线程序”；一个是“D-14B 比降法计算天然河道水面曲线程序”。 一、D-14A 推求法计算天然河道水面曲线程序的使用情况 这个程序的方法，是求解下面的基本方程（过去叫做柏努立方程）： 这是一个在河道上解决非均匀流从已知水位推求未知水位的公式。 在没有计算机的年代，这是一个繁琐的计算工作，旧版的《水工设计手册》详细的列出了它的计算方法和表格。PC-1500袖珍计算机的出现，给予水利设计人员插上了翅膀，很多技术人员，都用计算机编程解决这个问题，用现在的水平要求，也都达到了现在新版《水工设计手册》的要求。本以为这是解
塔的水力学计算手册
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
工艺专业塔器水力学计算设计导则
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
理正岩土使用手册-水力学
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）。
流体力学计算题
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。
某水电站调洪演算计算书
**水电站工程 水库调洪演算计算说明书 批准: 审查: 计算: 勘察设计院
1、工程有关的文件 （1）、《**水电站工程招标文件》 （2）、《**水电站初步设计报告》（第二册） 2、设计依据及要求 2.1 设计依据 （1）、《**水电站初步设计报告》（第二册） （2）、《防洪标准》（GB50201-94） （3）、《水利水电工程枢纽等级划分标准（山区、丘陵区）》SDJ12-78及补充规定 （4）、《水利水电工程设计洪水计算规范》SL44-93 （5）、《**水电站工程招标文件》 （6）、其他国家和部颁的有关规程规范 2.2 设计要求及边界条件 （1）、假定在坝顶高程、正常蓄水位不变条件下，取消右岸原设计导流洞(本导流洞单纯是施工导流作用，原设计不参与永久泄洪）、大坝中孔、并将左岸现有导流洞改造成永久冲沙兼泄洪隧洞后，根据《**水电站初步设计报告》（第二册）所提供的“设计洪水成果表”、“水位~库容关系曲线”、“设计洪水过程线”等参考资料复核大坝表孔过流能力。 （2）、大坝表孔孔数及单孔孔口结构尺寸可适当调整（注：表孔深度不宜加大）； （3）、左岸现已完工导流洞可进行改造。 （4）、水电站厂房轴线建议由顺河向布置改为平行坝轴线方向布置。
3、原始资料 3.1 基本设计参数 坝顶高程：1561.8 m； 溢流堰坝顶高程：1553.00m 设计洪峰流量Q(P=2%)= 1710 m3/s 校核洪峰流量Q（P=0.2%）= 2570m3/s 正常蓄水位高程1561.00m,对应水库库容1660万m3； 校核洪水位高程1561.12m，对应水库库容1676万m3； 死水位高程1553.00m，对应水库库容1092万m3； 3.2 左岸导流洞结构参数 进口底板高程：1495.00m，出口底板高程1493.78m，隧洞长256.8m，底板坡降I=0.477%，结构断面如下图所示。
水力学常用计算公式
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）
计算水力学基础
计算水力学基础 李占松编著 郑州大学水利与环境学院
内容简介 本讲义是编者根据多年的教学实践，并参考《微机计算水力学》（杨景芳编著，大连理工大学出版社出版，1991年5月第1版）等类似教材，取其精华，编写而成的。目的是使读者掌握通过计算机解水力学问题的方法，为解决更复杂的实际工程问题打下牢固的计算基础。书中内容包括：数值计算基础，偏微分方程式的差分解法，有限单元法；用这些方法解有压管流、明渠流、闸孔出流、堰流、消能、地下水的渗流及平面势流等计算问题。讲义中的用FORTRAN77算法语言编写的计算程序，几乎包括了全部水力学的主要计算问题。另外，结合讲授对象的实际情况，也提供了用VB算法语言编写的计算程序。 VB程序编程人员的话 为了更好地促进水利水电工程建筑专业的同学学好《微机计算水力学》这门学科，编程员借暑假休息的时间，利用我们专业目前所学的VB中的算法语言部分对水力学常见的计算题型编制成常用程序。希望大家能借此资料更好地学习《微机计算水力学》这门课程。本程序着重程序的可读性，不苛求程序的过分技巧。对水力学中常用的计算题型，用我们现在所学的VB语言编制而成。由于编程员能力有限，程序中缺点和错误在所难免，望老师和同学及时给予批评指正。 VB程序编程人员：黄渝桂曹命凯
前言 ----计算水力学的形成与发展 计算水力学作为一门新学科，形成于20世纪60年代中期。水力学问题中有比较复杂的紊流、分离、气穴、水击等流动现象，并存在各种界面形式，如自由水面、分层流、交界面等。 由各种流动现象而建立的数学模型（由微分方程表示的定解问题），例如连续方程、动量方程等组成的控制微分方程组，多具有非线性和非恒定性，只有少数特定条件下的问题，可根据求解问题的特性对方程和边界条件作相应简化，而得到其解析解。因此长期以来，水力学的发展只得主要藉助于物理模型试验。 随着电子计算机和现代计算技术的发展，数值计算已逐渐成为一个重要的研究手段，发展至今，已广泛应用与水利、航运、海洋、流体机械与流体工程等各种技术科学领域。 计算水力学的特点是适应性强、应用面广。首先流动问题的控制方程一般是非线性的，自变量多，计算域的几何形状任意，边界条件复杂，对这些无法求得解析解的问题，用数值解则能很好的满足工程需要；其次可利用计算机进行各种数值试验，例如，可选择不同的流动参数进行试验，可进行物理方程中各项的有效性和敏感性试验，以便进行各种近似处理等。它不受物理模型试验模型律的限制，比较省时省钱，有较多的灵活性。 但数值计算一是依赖于基本方程的可靠性，且最终结果不能提供任何形式的解析表达式，只是有限个离散点上的数值解，并有一定的计算误差；二是它不像物理模型试验一开始就能给出流动现象并定性地描述，却往往需要由原体观测或物理实验提供某些流动参数，并对建立的数学模型验证；三是程序的编制及资料的收集、整理与正确利用，在很大程度上依赖于经验与技巧。 所以计算水力学有自己的原理方法和特点，数值计算与理论分析观测和试验相互联系、促进又不能相互代替，已成为目前解决复杂水流问题的主要手段之一，尤其是在研究流动过程物理机制时，更需要三者有机结合而互相取长补短。 近三、四十年来，计算水力学有很大的发展，替代了经典水力学中的一些近似计算法和图解法。例如水面曲线计算；管网和渠系的过水或输沙（排污）能力的计算；有水轮机负荷改变时水力震荡系统的稳定性计算研究；流体机械过流部件的流道计算以及优化设计，还有洪水波、河口潮流计算，以及各种流动条件下，不同排放形式的污染物混合计算等。 上世纪70年代中期已从针对个别工程问题建立的单一数学模型，开始建立对整个流域洪泛区已建或规划中的水利水电工程进行系统模拟的系统模型。理论课题的研究中，对扩散问题、传热问题、边界层问题、漩涡运动、紊流等问题的研究也有了很大的发展，并已开始计算非恒定的三维紊流问题。 由于离散的基本原理不同，计算水力学可分为两个分支：一是有限差分法，在此基础上发展的有有限分析法；二是有限单元法，在此基础上提出了边界元法和混合元法，另外还有迎风有限元法等。
水力学画图与计算
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) 2、定性绘出图示管道（短管）的总水头线和测压管水头线。 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) 4、定性绘出图示曲面AＢＣ上水平方向的分力 和铅垂方向压力体。(5分)
6AB 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，求通过倒虹吸管的流量Q 。 H R O B R 测压管水头 总水头线 v 0=0 v 0=0
解： 按短管计算，取下游水面为基准面，对上下游渠道内的计算断面建立能量方程 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) 解：列喷嘴进口断面1—1和喷嘴出口断面2—2的连续方程： 得喷嘴流量和出口流速为： s m 00314.03 11==A v Q s m 9.92 2== A Q v 对于喷嘴建立x 方向的动量方程 )(1211x x v v Q R A p -=-ρβ 8.187)(3233=--=v v Q A p R ρN 水流对喷嘴冲击力:F 与R , 等值反向。 4、有一矩形断面混凝土渡槽，糙率n =，底宽b ＝1.5m ，槽长L ＝120m 。进口处槽底高程Z 1=52.16m ， 出口槽底高程Z 2＝52.04m ，当槽中均匀流水深h 0=1.7m 时，试求渡槽底坡i 和通过的流量Q 。 解： i=（Z 1-Z 2）/L = 55.2==bh A m 2 d 1 v 1 P x 2 2 1 1 R
弧形闸门计算书
弧形闸门计算书-CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company One1
目录 1 计算目的与要求 ................................................................... 错误!未定义书签。 2 设计计算内容....................................................................... 错误!未定义书签。 3 设计依据 .............................................................................. 错误!未定义书签。 4 基本资料和结构布置............................................................ 错误!未定义书签。 基本参数 (3) 基本结构布置 (4) 荷载计算 (4) 面板弧长 (6) 主框架位置 (7) 5 结构计算 .............................................................................. 错误!未定义书签。 面板....................................................................................... 错误!未定义书签。 水平次梁............................................................................... 错误!未定义书签。 中部垂直次梁（隔板）....................................................... 错误!未定义书签。 边梁....................................................................................... 错误!未定义书签。 主框架................................................................................... 错误!未定义书签。 面板局部弯曲与主梁整体弯曲的折算应力 .............................. 错误!未定义书签。 6 启闭力的计算 (23) 闸门闭门力的计算 (23) 闸门启门力的计算 (24) 7 闸门支铰的计算 (24) 荷载计算 (24) 铰轴计算 (25) 铰链与支臂的连接计算 (26) 铰座计算 (27)
流体力学计算题..
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。
水力学综合计算说明书 (设计水面曲线)
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。
塔的水力学计算手册精选文档
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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。
水力学常用知识讲解(笔记)
《水力学》学习指南 第一章 绪 论 (一)液体的主要物理性质 1．惯性与重力特性：掌握水的密度ρ和容重γ； 2．粘滞性：液体的粘滞性是液体在流动中产生能量损失的根本原因。 描述液体内部的粘滞力规律的是牛顿内摩擦定律 : 注意牛顿内摩擦定律适用范围：1)牛顿流体， 2)层流运动 3．可压缩性：在研究水击时需要考虑。 4．表面张力特性：进行模型试验时需要考虑。 下面我们介绍水力学的两个基本假设： (二)连续介质和理想液体假设 1．连续介质：液体是由液体质点组成的连续体,可以用连续函数描述液体运动的物理量。 2．理想液体：忽略粘滞性的液体。 （三）作用在液体上的两类作用力 第二章 水静力学 水静力学包括静水压强和静水总压力两部分内容。通过静水压强和静水总压力的计算，我们可以求作用在建筑物上的静水荷载。 （一）静水压强： 主要掌握静水压强特性,等压面,水头的概念，以及静水压强的计算和不同表示方法。 1．静水压强的两个特性： （1）静水压强的方向垂直且指向受压面 （2）静水压强的大小仅与该点坐标有关，与受压面方向无关， 2.等压面与连通器原理：在只受重力作用,连通的同种液体内, 等压面是水平面。 (它是静水压强计算和测量的依据） 3．重力作用下静水压强基本公式（水静力学基本公式） p=p 0+γh 或 其中 ： z —位置水头， p/γ—压强水头 （z+p/γ）—测压管水头 请注意，“水头”表示单位重量液体含有的能量。 4．压强的三种表示方法：绝对压强p ′，相对压强p ， 真空度p v , ↑ 它们之间的关系为：p= p ′-p a p v =│p │（当p ＜0时p v 存在）↑ 相对压强:p=γh,可以是正值，也可以是负值。要求掌握绝对压强、相对压强和真空度三者的概念和它们之间的转换关系。 1pa(工程大气压)=98000N/m 2 =98KN/m 2 下面我们讨论静水总压力的计算。计算静水总压力包括求力的大小、方向和作用点，受压面可以分为平面和曲面两类。根据平面的形状：对规则的矩形平面可采用图解法，任意形状的平面都可以用解析法进行计算。 （一）静水总压力的计算 c p z =+γ dy du μ τ=