什么是总水头?
总水头(H)是流动流体单位重量所具有的总机械能,以流体柱高度(米)来表示。它源自伯努利方程,包含三种能量形式:高程(势能)、压力(流动功)和流速(动能)。工程师常用总水头来选型水泵、分析管网,以及验证流动系统中两点之间的能量守恒。
如何使用本计算器
请依次输入:相对于基准面的流体高程 \(z\)、静压力 \(P\)(单位帕斯卡)、流速 \(v\)(米每秒)、流体密度 \(\rho\)(水为 1000 kg/m³),以及重力加速度 \(g\)(默认 9.81 m/s²)。计算器会给出总水头,并分别列出各组成部分,让你直观地看到能量是如何分布的。
公式详解
总水头的公式为 $$H = z + \frac{P}{\rho g} + \frac{v^{2}}{2g}$$第一项是高程水头,即高度本身;第二项 \(\frac{P}{\rho g}\) 是压力水头,表示能产生该压力所对应的流体柱高度;第三项 \(\frac{v^{2}}{2g}\) 是流速水头,将动能换算为等效高度。三项的单位都是米,因此可以直接相加。
计算示例
假设 \(z = 10\) m,\(P = 200{,}000\) Pa,\(v = 4\) m/s,\(\rho = 1000\) kg/m³,\(g = 9.81\) m/s²。压力水头 $$= \frac{200000}{1000 \times 9.81} = 20.387 \text{ m}$$流速水头 $$= \frac{4^{2}}{2 \times 9.81} = \frac{16}{19.62} = 0.8155 \text{ m}$$总水头 $$= 10 + 20.387 + 0.8155 = 31.203 \text{ m}$$
常见问题
这里用的是表压还是绝对压力?按你的需要选择即可;在同一系统内进行能量比较时,通常采用表压。
密度应该取多少?常温下的水约为 1000 kg/m³。对于其他液体或气体,请使用实际的流体密度。
可以修改重力加速度吗?可以——你可以针对不同星球环境调整 \(g\),或采用标准重力值 9.80665 m/s²。