孔口、管嘴出流和有壓管流

1、 學(xué)習(xí)重點(diǎn)：學(xué)習(xí)重點(diǎn)： 掌握掌握孔口、管嘴孔口、管嘴出流相關(guān)概念及計(jì)算；出流相關(guān)概念及計(jì)算； 熟練掌握有壓管流水力計(jì)算、水頭線繪制方法、熟練掌握有壓管流水力計(jì)算、水頭線繪制方法、 枝狀管網(wǎng)水力計(jì)算。枝狀管網(wǎng)水力計(jì)算。對(duì)此部分內(nèi)容應(yīng)理解透徹、對(duì)此部分內(nèi)容應(yīng)理解透徹、 清楚，具有解決實(shí)際問題的能力。對(duì)其計(jì)算原理清楚，具有解決實(shí)際問題的能力。對(duì)其計(jì)算原理 應(yīng)具有分析問題、解決問題的能力。應(yīng)具有分析問題、解決問題的能力。 1、孔口出流、孔口出流 容器壁上開孔，流體經(jīng)容器壁上所開容器壁上開孔，流體經(jīng)容器壁上所開 小孔流出的水力現(xiàn)象，稱孔口出流。小孔流出的水力現(xiàn)象，稱孔口出流。 2、管嘴出流、管嘴出流 在

2、孔口上對(duì)接長(zhǎng)度為在孔口上對(duì)接長(zhǎng)度為3-4倍孔徑的短管，流倍孔徑的短管，流 體經(jīng)容器壁上所接短管流出的水力體經(jīng)容器壁上所接短管流出的水力 現(xiàn)象，現(xiàn)象， 稱管嘴出流。稱管嘴出流。 一、概念一、概念 （3）能量損失計(jì)算式。）能量損失計(jì)算式。 （1）能量方程；）能量方程； （2）總流的連續(xù)性方程；）總流的連續(xù)性方程； 二、任務(wù)：二、任務(wù)： 計(jì)算過流量計(jì)算過流量Q。 三、依據(jù)：三、依據(jù)： 一、孔口出流分類一、孔口出流分類 1、按、按 e 與與H 的關(guān)系：的關(guān)系： 10 1 H e 10 1 H e e H 小孔口：小孔口： 大孔口：大孔口： 71 孔口出流孔口出流 2、按孔口的作用水頭是否穩(wěn)定：、按孔口

3、的作用水頭是否穩(wěn)定： 自由式出流；自由式出流； 淹沒式出流。淹沒式出流。 厚壁孔口出流。厚壁孔口出流。 薄壁孔口出流；薄壁孔口出流； 恒定孔口出流；恒定孔口出流； 非恒定孔口出流。非恒定孔口出流。 3、按出流后周圍的介質(zhì)情況：、按出流后周圍的介質(zhì)情況： 4、按孔壁對(duì)出流的影響：、按孔壁對(duì)出流的影響： H 列A-A、C-C斷面能量方程 g v g v z g p g v z g p CC C CA A A 222 222 aC pp g v g v g pp zz CAaA CA 2 1 2 22 H0自由出流的作用水頭 二、薄壁小孔口恒定自由出流二、薄壁小孔口恒定自由出流 g v H C 2

4、1 2 0 物理意義：促使流體克服阻力，流入大氣的全部能量 特例自由液面：PA=Pa，液面恒定：vA=0 HzzH CA 0 收縮斷面流速 00 22 1 1 gHgHvC 孔口的流速系數(shù)，=0.97。 孔口流量 00 22gHAgHAAvAvQ CCC 面積收縮系數(shù) A A C 620.流量系數(shù) 全部收縮（完善收縮、不完善收縮）、部分收縮 2 0 64. 01 A A A是孔口面積，A0是孔口所在的壁面面積 不完善收縮 C gHvf f 2 0 gHAQ 2 0 f C A A CC ax f 1 其中：其中： 1、流量公式：、流量公式： =0.97 =0.62； =0.64； 對(duì)薄壁圓形完

5、善收縮小孔口：對(duì)薄壁圓形完善收縮小孔口： 結(jié)論 列上下游液面能量方程 g v z g p 2 2 1 1 1 2=1突然擴(kuò)大阻力系數(shù) g v g vv g pp zz C 2 1 2 2 1 2 2 2 121 21 H0淹沒出流的作用水頭 g v H C 2 1 2 10 g v g v g v z g p CC 222 2 2 2 1 2 2 2 2 三、薄壁小孔口恒定淹沒出流三、薄壁小孔口恒定淹沒出流 物理意義：促使流體克服阻力流入到下游的全部能量 特例：P1= P2=Pa，v1= v2 =0 HzzH 210 收縮斷面流速 00 1 22 1 1 gHgHvC 孔口流量 0 2gHAA

6、vAvQ CCCC 與自由出流一致 H0與孔口位置無(wú)關(guān) 0 2gHAQ1、流量公式：、流量公式： 2、自由式與淹沒式對(duì)比：、自由式與淹沒式對(duì)比： 1 公式形式相同；公式形式相同； 2 、基本相同，但基本相同，但 H0不同；不同； 3 自由出流與孔口的淹沒深度有關(guān)，自由出流與孔口的淹沒深度有關(guān)， 淹沒出流與上、下游水位差有關(guān)。淹沒出流與上、下游水位差有關(guān)。 結(jié)論 H v0 z v0 v2 H0= H + 2g v02 自由式：自由式： 淹沒式：淹沒式： H0=z+ 2g v02 2g v22 考考你：請(qǐng)寫出圖中兩個(gè)孔口Q1和Q2的流量關(guān) 系式（A1=A2)。圖1：Q1 、 公式形式相同，但系數(shù)不

7、同：公式形式相同，但系數(shù)不同： 孔口：孔口： =0.62 =0.97 =0.64 管嘴：管嘴： =0.82 =1 2 H0 相同時(shí)，若相同時(shí)，若A 也相同，則管嘴出流是孔口出流也相同，則管嘴出流是孔口出流 量的量的1.32倍。倍。 g v g vp g vp accc 222 2 2 2 2 22 2 x a g a g 二、二、 收縮斷面的真空收縮斷面的真空 1 對(duì)對(duì)CC，22 列方程：列方程： g vvc 2 )( 2 2 2 h j 2 x v 2 2 2g 2 c 2 v0 Hc v 可作為突然擴(kuò)大處理可作為突然擴(kuò)大處理 22 2 1 vv A A v c c 2 2 2 2 1 1

8、1 c A A 02 2gHv n 0 2 2 2 2 2 2 2 1 1 2 1 1 H g v g pp g p n cccav a a a a 0 75.0H pv g g 在在 CC處處 形成形成 0.75H0 真空度。真空度。 2 真空計(jì)算：真空計(jì)算： H0 9 mH0O水柱；水柱； L（34）d。 水柱時(shí)，管內(nèi)液體水柱時(shí)，管內(nèi)液體 pv 7m H0O實(shí)驗(yàn)證明：實(shí)驗(yàn)證明： 將氣化，吸入空氣，破壞真空。將氣化，吸入空氣，破壞真空。 三、圓柱形外接管嘴三、圓柱形外接管嘴 正常工作的條件：正常工作的條件： 問題：?jiǎn)栴}：孔口、管嘴若作用水頭和直徑孔口、管嘴若作用水頭和直徑d相同相同 時(shí)，下列

9、那些是正確的：時(shí)，下列那些是正確的： A.Q孔Q嘴，u孔u(yù)嘴； B.Q孔u(yù)嘴； C.Q孔Q嘴，u孔u(yù)嘴； D.Q孔Q嘴，u孔u(yù)嘴。 例：水箱中用一帶薄壁孔口的板隔開，孔口及兩出流 管嘴直徑均為d=100mm，為保證水位不變，流入水箱 左邊的流量Q=80L/s，求兩管嘴出流的流量q1、q2 解：設(shè)孔口的流量為q 21 2hhgAq 62. 0 對(duì)管嘴 111 2ghAq82. 0 1 222 2ghAq82. 0 2 連續(xù)性方程 21 qqQ 2 qq 解得sLq/50 1 sLq/30 2 特點(diǎn)：特點(diǎn)： （1）流體充滿整個(gè)過流斷面；）流體充滿整個(gè)過流斷面； （2）流體在壓力下流動(dòng)。）流體在壓力

10、下流動(dòng)。 （3）能量損失計(jì)算。）能量損失計(jì)算。 （1）連續(xù)性方程；）連續(xù)性方程； （2）能量方程；）能量方程； 1、有壓管流是工程中常見的典型流動(dòng)之一。、有壓管流是工程中常見的典型流動(dòng)之一。 2、分析有壓管流的依據(jù)：、分析有壓管流的依據(jù)： 73 短管的水力計(jì)算短管的水力計(jì)算 3、有壓管流分類：、有壓管流分類： （1）按局部損失所占比重，可分為）按局部損失所占比重，可分為 ： 短管短管局部損失、速度水頭均不可忽略的管路。局部損失、速度水頭均不可忽略的管路。 長(zhǎng)管長(zhǎng)管局部損失、速度水頭均可忽略（或按沿局部損失、速度水頭均可忽略（或按沿 程損失的一定比例計(jì)入）。程損失的一定比例計(jì)入）。 L 公式形式

11、一致；公式形式一致； 2 H0意義不同：意義不同： 自由式自由式與與淹沒式淹沒式 二者比較：二者比較： 自由式自由式出口斷面形心點(diǎn)的總作用水頭。出口斷面形心點(diǎn)的總作用水頭。 淹沒式淹沒式 上、下游過流斷面總水頭差。上、下游過流斷面總水頭差。 淹沒式：淹沒式： g v g v HH 22 2 22 2 00 0 a a H0=H + 2g v02 自由式：自由式： 三、水頭線繪制。三、水頭線繪制。 測(cè)壓管水頭線終止端：測(cè)壓管水頭線終止端： 1.自由出流時(shí)自由出流時(shí) 管軸上；管軸上； 2.淹沒出流時(shí)淹沒出流時(shí) 自由液面上。自由液面上。 注：若沿程流速不變是均勻流時(shí)，測(cè)壓管水頭線與總水注：若沿程流速

12、不變是均勻流時(shí)，測(cè)壓管水頭線與總水 頭線平行。頭線平行。 問題問題1：圖示兩根完全相同的長(zhǎng)管道，只是安裝高度不同，：圖示兩根完全相同的長(zhǎng)管道，只是安裝高度不同， 兩管道的流量關(guān)系為：兩管道的流量關(guān)系為： （C） A.Q1Q2； C.Q1=Q2； D.不定不定 問題問題2：已知一水箱外接一長(zhǎng)：已知一水箱外接一長(zhǎng)L的短管，自由出流時(shí)如圖的短管，自由出流時(shí)如圖A， 其流量為其流量為Q1；淹沒出流時(shí)如圖；淹沒出流時(shí)如圖B，其流量為，其流量為Q2，則，則 Q1與與Q2的關(guān)系為：的關(guān)系為： （A ） A.Q1=Q2； B.Q1Q2； C.Q11000 d 特點(diǎn)：特點(diǎn)： （1） 局部損失、流速水頭可忽略；局

13、部損失、流速水頭可忽略； （2）總水頭線與測(cè)壓管水頭線合。）總水頭線與測(cè)壓管水頭線合。 74 長(zhǎng)管的水力計(jì)算長(zhǎng)管的水力計(jì)算 H 總水頭線與總水頭線與 測(cè)壓管水頭測(cè)壓管水頭 線線 22 52 8 alQlQ dg 2 2 g v d l f hH 一、長(zhǎng)管的水力計(jì)算一、長(zhǎng)管的水力計(jì)算 1、計(jì)算式：、計(jì)算式： H 2 4 d Q v 2、比阻、比阻a的計(jì)算：的計(jì)算： a= f ( d ，) 管道比阻管道比阻 在實(shí)際工程中，有壓管流多在在實(shí)際工程中，有壓管流多在紊流粗糙區(qū)紊流粗糙區(qū) 和和過渡區(qū)過渡區(qū) ，故可按下列方法計(jì)算，故可按下列方法計(jì)算 a值。值。 （1）按舍維列夫公式求得）按舍維列夫公式求得，

14、進(jìn)而得出進(jìn)而得出a 的計(jì)算式。的計(jì)算式。 )/.( , . . smv d a21 0017360 35 可以制成表，查表求得可以制成表，查表求得a a。 ).( , ) . () . (. . . 2m/s1 00173608070 18520 35 30 v d a， 阻力平方區(qū)阻力平方區(qū) 紊流過渡區(qū)紊流過渡區(qū) （2）按謝才公式、曼寧公式求得）按謝才公式、曼寧公式求得，進(jìn)而得出進(jìn)而得出a的計(jì)算式。的計(jì)算式。 聯(lián)合上式求得聯(lián)合上式求得，進(jìn)而得出進(jìn)而得出a，制成表。制成表。 RJCRJ g v 8 g C 8 6 11 R n C 二、串聯(lián)管路二、串聯(lián)管路 由數(shù)段管徑不同的管段首、尾相接所聯(lián)由

15、數(shù)段管徑不同的管段首、尾相接所聯(lián) 成的管路。成的管路。 1、裝置：、裝置： q1 q2 hf hf2 hf3 總水頭線、總水頭線、 測(cè)壓管水頭線測(cè)壓管水頭線 2、特點(diǎn)：、特點(diǎn)： 3全部的能量用于管路消耗全部的能量用于管路消耗 1可按長(zhǎng)管計(jì)算；可按長(zhǎng)管計(jì)算； 2總水頭線為數(shù)條折線；總水頭線為數(shù)條折線； 3、計(jì)算：、計(jì)算： （1）流量：）流量： 符合連續(xù)性方程，即符合連續(xù)性方程，即流入流入節(jié)點(diǎn)的流量節(jié)點(diǎn)的流量 等于等于流出流出節(jié)點(diǎn)的流量。節(jié)點(diǎn)的流量。 H = hfi =ai liQi 2 =Si Qi 2 即：即： 總損失等于各段損失之和?？倱p失等于各段損失之和。（2）水頭：）水頭： ii qQQ

16、 qQQ qQQ 1i 232 121 一般式： 式中式中 Si為管段的抗阻，為管段的抗阻，Si= ai li。 。 4、應(yīng)用、應(yīng)用 （1）已知：）已知： Q i ，di ， li ， qi 。 。 求：求： H 三類水力問題的解決三類水力問題的解決 校核計(jì)算校核計(jì)算 方法：方法： H = hf i 校核計(jì)算，擴(kuò)建工程校核計(jì)算，擴(kuò)建工程 求：求：各管段的流量各管段的流量 Qi 。 （2）已知：）已知：H , di , Li , qi 。 1 管段較少時(shí)，可直接利用管段較少時(shí)，可直接利用 H、Q 公式，公式， 2 管段較多時(shí)，可利用試算法：管段較多時(shí)，可利用試算法： 方法：方法： 列方程組。列方

17、程組。 n i f n l l H h 設(shè)末端管路：設(shè)末端管路： i l H 全段平均坡降：全段平均坡降： 末端流量：末端流量： 驗(yàn)算：驗(yàn)算： hfi ai li Qi2 （？）（？） nn fn n la h Q 再依次推再依次推 算前段各算前段各 流量。流量。 如不合適，再調(diào)如不合適，再調(diào) 整整 hfn，重復(fù)以上重復(fù)以上 步驟，直至合適。步驟，直至合適。 （3）已知：）已知： H , Q（或各管段或各管段Qi，qi） ， di , L i 。 求：求： 某一管段的某一管段的 dx。擴(kuò)建或返修擴(kuò)建或返修 方法：方法： 1 先計(jì)算已知各段：先計(jì)算已知各段： hfi =ai liQi 2 4 最

18、后選擇標(biāo)準(zhǔn)管徑。最后選擇標(biāo)準(zhǔn)管徑。 3 再求再求 dx (試算、輔助曲線試算、輔助曲線)。 2 再計(jì)算所求段：再計(jì)算所求段：hfx = Hhfi AB 1 2 3 三、并聯(lián)管路三、并聯(lián)管路在兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間并設(shè)幾條管段。在兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間并設(shè)幾條管段。 1、裝置：、裝置： （1）增加了供水的可靠性；）增加了供水的可靠性； （2）兩節(jié)點(diǎn)間的能量損失相等。）兩節(jié)點(diǎn)間的能量損失相等。 2、特點(diǎn)：、特點(diǎn)： （2）能量：）能量： hf1 = hf2 = hf3 = hfAB （1）流量：）流量： Q流入 流入= Q流出流出=Q1+Q2+Q3 3、計(jì)算：、計(jì)算： 4、應(yīng)用：、應(yīng)用：三類計(jì)算同串聯(lián)三類計(jì)算同串聯(lián) Q

19、t= ql 總泄流量總泄流量 x dx H QZ 四、沿程均勻連續(xù)泄流四、沿程均勻連續(xù)泄流 水處理構(gòu)筑物的多孔配水管、冷卻塔的布水管，水處理構(gòu)筑物的多孔配水管、冷卻塔的布水管， 以及城市自來水管道的沿途泄流，地下工程中長(zhǎng)距以及城市自來水管道的沿途泄流，地下工程中長(zhǎng)距 離通風(fēng)管道的漏風(fēng)等計(jì)算，?？珊?jiǎn)化為沿程均勻泄離通風(fēng)管道的漏風(fēng)等計(jì)算，?？珊?jiǎn)化為沿程均勻泄 流管路來處理。流管路來處理。 單位長(zhǎng)度上泄出的流量。單位長(zhǎng)度上泄出的流量。 比流量比流量 q 轉(zhuǎn)輸流量轉(zhuǎn)輸流量QZ管道末端流出的流量。管道末端流出的流量。 （1）概念：）概念： （2）計(jì)算：）計(jì)算： Qt= ql 總泄流量總泄流量 x dx H QZ qxqlQqxQQ zx dxqxqlQadxQadh zxf 22 )( l z l ff dxqxqlQadhh 0 2 0 )( )( 222 3 1 lqqlQQalh zzf 近似式：近似式： hf =a l（QZ+0.55 ql）2 或：或： hf =a l Qc2Qc = QZ+0.55 ql 當(dāng)當(dāng) QZ =0 時(shí)