个学时，第一节、第二节和第六节不作要求。
基本要求：①理解简单管道，复杂管道，自由出流，淹没出流，短管、长管等概念。 ②能够使用简单管道水力计算的基本公式求解各类有压管的水力学问题。
基本概念：⑴短管路 ⑵长管路 ⑶自由出流 ⑷淹没出流 ⑸简单管路 ⑹复杂管路 ⑺串联管路 ⑻并联管路 ⑼流量模数
重点掌握：⒈弄清短管路和长管路的概念，会进行短管路和长管路的水力计算
详细内容：
在以上各章中讨论了液体运动的基本规律，导出了水力学中的三个基本方程——连续方程、能量方程及动量方程，并阐述了水头损失的计算方法。应用这些基本原理即可研究解决工程中常见的许多水力计算问题，如有压管中的恒定流、明渠恒定流及水工建筑物的水力计算等。本章介绍有压管中恒定流的水力计算。
第一节 薄壁圆形小孔口出流
不作要求
第二节 管嘴出流
不作要求
第三节 短管路水力计算
工程实践中为了输送液体，常须设置各种有压管道如水电站的压力引水隧洞和压力钢管、水库的有压泄洪隧洞或泄水管、供给工农业和生活用水的水泵装置系统及给水管网、虹吸管以及输送石油的管道等。这类管道的整个断面均被液体所充满，断面的周界就是湿周；所以管道周界上的各点均受到液体压强的作用，因此称为有压管道。有压管道断面上各点的压强，一般不等于大气压强。
若有压管中液体的运动要素不随时间而变，称为有压管中的恒定流；若任一运动要素随时间而变，则称为有压管中的非恒定流。
有压管道水力计算的主要内容之一是确定水头损失。水头损失包括沿程水头损失及局部水头损失两种。通常根据这两种水头损失在总损失中所占比重的大小，而将管道分为长管及短管两类：长管是指水头损失以沿程水头损失为主，其局部损失和流速水头在总损失中所占的比重很小，计算时可以忽略不计的管道；短管是局部损失及流速水头在总损失中占有相当的比重(例如，局部损失及流速水头大于沿程损失的5%)，计算时不能忽略的管道。水泵的吸水管、虹吸管、混凝土坝内的压力泄水管都应按短管计算；只有长度较大而局部损失较小的管道才能按长管计算。
实际工程中的管道，根据其布置情况可分为简单管道与复杂管道。复杂管道又可分为串联管道、并联管道及分叉管道。简单管道是最常见的，也是复杂管道的基本组成部分，其水
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力计算方法是各种管道水力计算的基础。
所谓简单管道是指管道直径不变且无分支的管道。
简单管道的水力计算可分为自由出流和淹没出流两种情况。管道出口水流流入大气，水股四周都受大气压强的作用，称为自由出流管道。当出口的下游水位高于出口时，出口水流受到下游水位的顶托，即下游水位对出口水流产生影响，使出流量减少。这种管道出流称为淹没出流。下面首先讨论一下自由出流的情况。
一、自由出流
如图5-3为一简单管道和水池相接，末端流入大气。若以通过出口中心高程的水平面为基准面，在水池中离管道进口一定距离处取断面1－1(该断面符合渐变流条件)，及管道出口断面2—2；对1—1和2—2断面建立能量方程
H?2?1v02g??2v22g?hw1?2
H0?H?2?1v02g 由hw1?2?hf??hj
故H0??2v22g?hf??hj (5-1)
式中：v为管道内断面平均流速；
v0为水池中的流速，称为行近流速；
H为管道出口断面中心与水池水面的高差，称为管道的水头；
H0为包括行近流速水头在内的总水头。（图5－3印刷有误，H、H0应为从水面到基准面的高差）。
5-1式表明，管道的总水头将全部消耗于管道的水头损失和保持出口的动能。
lv2因为沿程损失 hf??
d2gv2局部损失?hj???
2g??为管路中各局部水头损失系数的总和；
lv2故(5－1)式可改为：H0?(?2?????)
d2g取α2=1
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则可得管中流速v?11??l???d?2gH0 (5-2)
通过管道的流量Q?vA??cA2gH0 (5-3) 式中：A为管道的过水断面面积； ?c?11??l???d称为管道系统的流量系数。
2?1v0行近流速水头一般很小，可以忽略不计。此时公式(5－3)可写作
2gQ??cA2gH (5-4)
二、淹没出流
管道出口如果淹没在水下，便称淹没出流。
取上游水池断面1—1和下游水池断面2—2(两处均符合渐变流条件)，并以下游水池的水面作为基准面列出能量方程式
z?2?1v02g?2?2v22g?hw1?2
式中，z为上下游水面差。
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相对于管道过水断面积来说，A2一般都很大，所以
2?2v22g可忽略不计，则
z?2?1v02g?hw1?2 即 z0?hw1?2 (5-5)
上式表明，管道在淹没出流的情况下，其包括行近流速的上下游水位差z0完全消耗于沿程损失及局部损失。 因为hw1?2lv2 ?hf??hj?(????)d2g将hw1?2代入5-5式、整理后得管内平均流速
v?1?l???d?2gz0
若管道的过水断面积为A，则通过的流量为
Q?vA??cA2gz0
式中，μc称为管道系统的流量系数。?c?1?l???d
2?1v0当行近流速水头可以略去时，则流量公式变为
2g Q??cA2gz 5-6
比较5-6式与5-4式可以看出：淹没出流时的有效水头是上下游水位差z，自由出流时是出口中心以上的水头H；其次，两种情况下流量系数μc的计算公式形式上虽然不同，但数值是相等的。因为淹没出流时，μc计算公式的分母上虽然较自由出流时少了一项α２(取α
２
＝1)，但前者的
??中比后者的??中多一个出口局部损失系数ξ，在出口系流入水池
０
的情况下ξ０＝1。故其他条件相同时两者的μc值实际上是相等的。
在以上的讨论中同时考虑了管道的沿程水头损失及局部水头损失，这是按短管计算的情况。
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三．水头线及测压管水头线的绘制
在已知管流各断面的z、p/γ和αv2/2g的情况下，可以绘制1-1，2-2断面间的水头线和测压管水头线。
管轴线各点总水头为Hi?zi?pi???ivi22g?H0?hw1?i
管轴线各点测压管水头zi?绘制时通常采用相对压强。
pi??Hi??ivi22g
四．短管路的水力计算问题
对于恒定流，有压管道的水力计算主要有下列几种：
1. 输水能力计算。当管道布置、断面尺寸及作用水头已知时，要求确定管道通过的流量。 2. 当已知管道尺寸和输水能力时，计算水头损失；即要求确定通过一定流量时所必须的水头。
3. 管线布置已定，当要求输送一定流量时，确定所需的断面尺寸(圆形管道即确定管道直径)。这时可能出现下述两种情况：
1. 管道的输水能力Q、管长l及管道的总水头H均已确定。
在这种情况下，管道的直径是一个确定的数值，完全由水力学要求而定。
公式中的流量系数μc与管径有关。因此，在确定管道的直径时必须采用试算法。即先假定一个直径求μc，再按公式计算d，当假设值与计算所得值相等时即为所求。
2. 管道的输水量Q及管长l已知，要求选定所需的管径及相应的水头。 在这种情况下，一般是从技术和经济条件综合考虑选定管道直径：
(i)管道使用的技术要求。流量一定的条件下，管径的大小与流速有关。若管内流速过大，会由于水击作用(将在十章中讨论)而使管道遭到破坏；对水流中挟带泥沙的管道，流速又不宜过小，以免泥沙沉积。一般情况下，水电站引水管中流速不宜超过5－6米／秒；给水管道中的流速不应大于2.5－3.0米／秒，不应小于0.25米／秒。
(ⅱ)管道的经济效益。若采用的管径较小，则管道造价低；但流速增大，水头损失增大，抽水耗费的电能也增加。反之，若采用较大的直径，则管内流速小．水头损失减小，运转费用也减小；但管道的造价增高。重要的管道，应选择几个方案进行技术经济比较，使管道投资与运转费用的总和最小，这样的流速称为经济流速，其相应的管径称为经济管径。 一般的给水管道，d为100~200毫米，经济流速为0.6~1.0米/秒；d为200~400毫米，经济流速为1.0~1.4米/秒。水电站压力隧洞的经济流速约为2.5~3.5米/秒；压力钢管约为3~4米/秒，甚至5~6米/秒。经济流速涉及的因素较多，比较复杂，选用时应注意因时因地而异。 当根据技术要求及经济条件选定管道的流速后，管道直径即可求得。管道直径确定后，即可求得通过已知流量所需的水头。
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