管道水力學

如果液體充滿整個管道斷面，沒有自由液面，稱為有壓管道，相應的液流稱為有壓管流。如果管內存在自由液面，則稱為無壓管道，相應的液流稱為無壓管流。無壓管流的水力計算類似於明槽水流（參見明渠水力學〕，所以管道水力學主要是研究有壓管流，簡稱管流。如城鎮供水系統、農田灌排泵站有壓管道系統、水工有壓隧洞、壓力鋼管內的液流都屬於有壓管流。有壓管流中運動要素若干隨時間變化，稱為恆定管流（參見管道恆定流),否則稱為非恆定管流（參見管道非恆定流) 。

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

對於實際管道流動的研究工作，英國學者O.雷諾首先於1883年系統地研究了圓管的水流運動，提出了劃分圓管層流或紊流的判別准數，後人稱之為雷諾數（Re) 。

Re<2320，為圓管層流。圓管層流的斷面流速分佈是以管軸為中心的旋轉拋物面。沿程水頭損失係數λ=64/Re，是雷諾數的函數。

Re>2320，為圓管紊流，紊流又分為紊流光滑區、紊流過渡粗糙區和紊流粗糙區。由於紊流的動量交換作用，圓管紊流斷面流速分佈比層流均勻得多，呈對數或指數分佈。因為紊流流動的複雜性，在實際上通常採用半經驗理論和實驗相結合的方法，找出經驗公式用以計算紊流各流區的水頭損失係數，計算公式見水頭損失。在進行實際工程管道水力計算時，按沿程水頭損失和局部水頭損失在總水頭損失中所佔比重的不同將有壓管道分為長管和短管兩類。長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佔比重很小，可以忽略不計的管道。短管是指局部水頭損失和流速水頭所佔比重較大（通常大於10%），計算時不能忽略的管道。實際工程中，根據管道布置與連接情況，又可將管道分為簡單管道與複雜管道兩類。前者指沒有分支的等直徑管道，是最常見的，其水力計算方法是各種管道水力計算基礎；後者指由兩條以上管道組成的管道系統。複雜管道又可分串聯、並聯管道和枝狀、環狀管網等。

由於有壓管流中液體壓強一般都不等於大氣壓強，為了了解管道各處壓強能否滿足工作需要，並避免因出現過大的負壓而發生空 化、空蝕現象，所以必須計算管道中液體壓強的沿程分佈。