第六章 壓力管路孔口和管嘴出流_1

1、第六章 壓力管路 孔口和管嘴出流主要內(nèi)容主要內(nèi)容長(zhǎng)管水力計(jì)算長(zhǎng)管水力計(jì)算短管水力計(jì)算短管水力計(jì)算串并聯(lián)管路和分支管路串并聯(lián)管路和分支管路孔口和管嘴出流孔口和管嘴出流6-1簡(jiǎn)單長(zhǎng)管的水力計(jì)算1、壓力管路：壓力管路：液體充滿整個(gè)過(guò)流斷面，在一定壓差作用下流動(dòng)的管路。（管路中的壓強(qiáng)可以大于大氣壓，也可以小于大氣壓） 壓力管路無(wú)壓管路氣體 注：輸送氣體的管路都是壓力管路。2、分類：、分類： 復(fù)雜管路復(fù)雜管路：串聯(lián)、并聯(lián)、分支按管路的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)簡(jiǎn)單管路簡(jiǎn)單管路：等徑無(wú)分支按能量比例大小 長(zhǎng)長(zhǎng) 管：管：和沿程水頭損失相比，流速水頭和局部水頭損失可以忽略的流動(dòng)管路。短短 管：管：流速水頭和局部水頭損失不能忽略

2、的流動(dòng)管路 3、管路的特性曲線、管路的特性曲線 定義：定義：水頭損失與流量的關(guān)系曲線稱為管路的特性曲線。 llLgVdLgVdllgVdldlgVdlgVhhhfjw當(dāng)當(dāng)當(dāng)其中，2222222222特性曲線方程特性曲線方程 把 24dQAQV 代入上式得：225222284212QQdgLdQgdLgVdLhw把上式繪成曲線得圖 hwQ簡(jiǎn)單長(zhǎng)管簡(jiǎn)單長(zhǎng)管 2、計(jì)算公式：簡(jiǎn)單長(zhǎng)管一般計(jì)算涉及公式1、 定義：由許多管徑相同的管子組成的長(zhǎng)輸管路，且沿程損失較大、局部損失較小，計(jì)算時(shí)可忽略局部損失和流速水頭。2211AVAV1212fppzzhgggVDLhf22說(shuō)明： 有時(shí)為了計(jì)算方便，hf 的計(jì)算采

3、用如下形式：mmmfdLQh52流態(tài)m 層 流4.151（a）水力光滑0.02460.25（b）紊流混合摩擦區(qū)、完全粗糙0.08260（c）簡(jiǎn)單長(zhǎng)管的三類計(jì)算問(wèn)題簡(jiǎn)單長(zhǎng)管的三類計(jì)算問(wèn)題（1）第一類：已知：輸送流體的性質(zhì) ，管道尺寸 d，L，地形 z 流量 Q 求：hf ，p，i解：QVVdRe 確定流態(tài) ， m ， hf 伯努利方程求p（2） 第二類：已知：，d，L，z，p 求：Q解：Q未知流態(tài)也未知 ， m ， 無(wú)法確定 試算法或繪圖法 A. 試算法試算法a、先假設(shè)一流態(tài)，取， m值，算出Qfphzg 52mfmmh dQv L AQVdV eRb b、Q ， m ，校核流態(tài)如果從 和假設(shè)一

4、致，則 就是要求的ReQQQc、如果由 定出的流態(tài)和假設(shè)不一致，重復(fù)a。QB.繪圖法繪圖法按第一類問(wèn)題的計(jì)算方法，選取足夠多 Q，算出 hf值，然后繪制圖形。使用時(shí)由 hf 查找 Q 即可。hfQ（3） 第三類：已知： Q ，p ，z ，L，求： 經(jīng)濟(jì)管徑d解：考慮兩方面的問(wèn)題 d，材料費(fèi)，施工費(fèi)、運(yùn)輸費(fèi) V，損失，管理費(fèi)用 d，一次性費(fèi)用V，損失，設(shè)備（泵）費(fèi)如何解決這一矛盾，這是一個(gè)管徑優(yōu)選問(wèn)題。費(fèi)用ddmACB管路的經(jīng)濟(jì)流速A：管徑與動(dòng)力費(fèi)用關(guān)系B：管徑與設(shè)備折舊、維修、保養(yǎng)和管理費(fèi)用關(guān)系C：管徑與以上兩種費(fèi)用之和的關(guān)系1、串聯(lián)管路、串聯(lián)管路 定義： 水力特征：a、各聯(lián)結(jié)點(diǎn)（節(jié)點(diǎn)）處流量

5、出入平衡，即進(jìn)入節(jié)點(diǎn)的總流量等于流出節(jié)點(diǎn)的總流量。由不同管徑的管道依次連接而成的管路。0iQ其中，進(jìn)為正，出為負(fù)，它反映了連續(xù)性原理。 b、全線水頭損失為各分段水頭損失之和，即：fnffffhhhhhi216-2復(fù)雜管路的水力計(jì)算2、并聯(lián)管路、并聯(lián)管路 定義：兩條以上的管路在同一處分離，以后又匯合于另一處，這樣的組合管道，叫并聯(lián)管路。 水力特征：a、進(jìn)入各并聯(lián)管的總流量等于流出各并聯(lián)管的總流量之和，即iQQb、不同并聯(lián)管段AB，單位重量液體的能量損失相同，即：Chhhhffffi213、分支管路、分支管路 定義：自一點(diǎn)分開(kāi)不再匯合的管路 水力特征：a、節(jié)點(diǎn)處流出與流入的流量平衡b、沿一條干線上

6、總水頭損失為各段水頭損失為各段水頭損失總和fnffffhhhhhi21c、節(jié)點(diǎn)處： cpz4、串、并聯(lián)管路的水力計(jì)算、串、并聯(lián)管路的水力計(jì)算 串聯(lián)管路屬于長(zhǎng)管計(jì)算第一類問(wèn)題已知：Q求：d解：確定合理流速 V合理？ 合理d 并聯(lián)管路屬于長(zhǎng)管計(jì)算第二類問(wèn)題5、串、并聯(lián)管路在長(zhǎng)輸管線上的應(yīng)用、串、并聯(lián)管路在長(zhǎng)輸管線上的應(yīng)用 增加輸送流量 延伸輸送距離 克服翻越點(diǎn)例例1：某水罐1液面高度位于地平面以上z160m，通過(guò)分支管把水引向高于地平面z230m和z315m的水罐2和水罐3，假設(shè)l1=l2=l3=2500m, d1=d2=d3=0.5m, 各管的沿程阻力系數(shù)均為0.04。試求引入每一水罐的流量。解

7、：取1-1、2-2兩液面列伯努利方程：2121ffhhzzgVdLhgVdLhff22222222211111所以，41. 42221VV （1）取1-1、3-3兩液面列伯努利方程：3131ffhhzz所以， 94. 22321VV（2）又 ,321321dddQQQ321VVV（3） 解方程（1）、（2）、（3）得 smQsmQ/0765. 0/251. 03332所以， 1231.67 m/s1.28 m/s0.39 m/sVVV6-3 短管的水力計(jì)算許多室內(nèi)管線，集油站及壓水站內(nèi)管線管件較多，屬于短管。 短管計(jì)算問(wèn)題，多涉及到能量方程的利用：能量方程的利用： 2211221222wpVp

8、VzzhgggggVhhhcjfw22出口一、綜合阻力系數(shù)一、綜合阻力系數(shù) 則全管路總水頭損失為：已知：大直徑管段：直徑d1，長(zhǎng)l1小直徑管段：直徑d2，長(zhǎng)l2孔板直徑：d孔gVgVgVgVdlgVdlhhhjfw22222227654322112222221111孔孔為了計(jì)算方便，一般以出口速度作為標(biāo)準(zhǔn)，把其它速度化成出口速度表示的形式，由連續(xù)性方程： 22222122121,VddVVddVAAV孔孔gVgVdldddddlhcw22222276543222424121111孔孔c 綜合阻力系數(shù) 二、短管實(shí)用計(jì)算通式二、短管實(shí)用計(jì)算通式由圖AB，1122斷面列能量方程：2221122212

9、222cpVpVVzzggggg22121212(1)22cppVVzzggg21210122ppVHzzgg令，稱之為作用水頭作用水頭。 2222202121QgAQgVHcc則，所以，0211gHAQcc11令，為流量系數(shù)流量系數(shù)， 02gHAQ則，6-4 孔口和管嘴出流基本概念：基本概念： 自流管路：完全靠自然位差獲得能量來(lái)輸送或排泄液體的管路。 孔 口：儲(chǔ)液罐壁或底部打開(kāi)的小孔。 管 嘴：在孔口處接出短管。 定水頭出流（穩(wěn)定流）：液流流經(jīng)孔口與管嘴時(shí)，液面位置保持不變的流動(dòng)。 自由出流：出流于大氣之中。 淹沒(méi)出流：流向液體之中。 一、定水頭孔口出流一、定水頭孔口出流ccHe111、定水

10、頭薄壁圓形小孔口自由出流定水頭薄壁圓形小孔口自由出流。薄壁孔口：孔口有尖銳的邊緣，液體與孔口周圍只有線接觸。 小孔：孔口有效斷面上所有的點(diǎn)都可用其中線上的點(diǎn)來(lái)代替。110eH（1） 射流結(jié)構(gòu)分析：收縮斷面CC的形成：流線特性，流線不能突然轉(zhuǎn)折，液流射出時(shí)，將向內(nèi)部收縮形成收縮斷面cc（約在距出口e/2處） 收縮斷面： cAA收縮系數(shù)：0.620.64（2） 定水頭薄壁圓形小孔口自由出流流量計(jì)算公式取11和cc 斷面列伯努利方程，壓力標(biāo)準(zhǔn)為絕對(duì)壓力，則有： 222110222cccpVpVVHggggg孔2211(1)22ccppVVHggg孔令，21102cppVHHgg001221cVgHg

11、H孔：流速系數(shù)000222gHAgHAgHAVAQccc則，02gHAQ即，孔口泄流流量計(jì)算公式孔口泄流流量計(jì)算公式 流量系數(shù)：（3）說(shuō)明：）說(shuō)明： 理想流速： 02gH理理QAVQccVV理速度系數(shù)是實(shí)際速度和理想速度之比。理QQ實(shí)際流量與理想流量之比。 實(shí)驗(yàn)證明： 0.0610.9710.060.620.64孔0.60.62取0.6 對(duì)于理想流體： 1, 1, 1, 0孔 作用水頭： gVpHH22000如圖：H021m2、淹沒(méi)出流兩液面：gVgVHHcc222221擴(kuò)大孔021gHVc孔擴(kuò)大其中：H0 = H1H2 HgAQ2二、管嘴出流二、管嘴出流ccHd11hv22pa1、標(biāo)準(zhǔn)圓柱管

12、嘴：自孔口接出短管直徑與孔口直徑相同，且 l=(34)d2、管嘴與孔口區(qū)別： 流態(tài)不一樣，先收縮，再擴(kuò)大，然后封住出口，均勻泄出，在出口不再發(fā)生收縮，其收縮系數(shù)=1 。 孔口只有局部阻力，管嘴還要加上突然擴(kuò)大的局部阻力和沿程阻力。3、流量計(jì)算公式據(jù)公式： gHAgHAQ22c1164. 0,3,02. 0dl取53. 0302. 011106. 0106. 02224dddlAAdddlccc擴(kuò)孔81. 011c注：對(duì)孔口出流 相應(yīng)于速度vc，但這里的局部阻力系數(shù)均相應(yīng)于管嘴的出口速度，故需要轉(zhuǎn)換。0.06孔對(duì)于管嘴出流來(lái)說(shuō)，1, = 所以，實(shí)驗(yàn)證明， 故對(duì)標(biāo)準(zhǔn)外圓柱管嘴，0.820.82流量

13、2QAgH流速2VgH另：可將管嘴出流看作管子進(jìn)口的局部阻力損失，因此， ，所以 0.5c10.821c和實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致。三、管嘴流量系數(shù)為什么大于孔口流量系數(shù)？三、管嘴流量系數(shù)為什么大于孔口流量系數(shù)？孔口計(jì)算斷面為收縮斷面CC，其壓強(qiáng)為 pa，而管嘴收縮處卻不一樣，管嘴出口在收縮斷面之后，由于在CC處形成負(fù)壓，這就相當(dāng)于在 1C 之間增大了一個(gè)壓頭差，當(dāng)然，流量系數(shù)也就增大了。 11和CC斷面列伯努利方程，壓力標(biāo)準(zhǔn)取絕對(duì)壓力：2221222acccpVpVVHggggg孔01V2(1)2accppVHgg孔gHAgHAAQVccc22因?yàn)?，所以?220.82(1)(10.06)10.740.64acvppHHHHHg孔上式表明，在管嘴出流時(shí)收縮斷面c-c處的壓力小于大氣壓力，即產(chǎn)生真空。而孔口出流時(shí)c-c處的壓力是大氣壓力，由真空作用所產(chǎn)生的水頭為0.74H，高數(shù)值遠(yuǎn)大于加裝管嘴所增加的水頭損失。因而，相同H和A的條件下，管嘴流量大于孔口流量。但也不是真空度越大越好，若真空過(guò)大，c-c斷面處壓力過(guò)低，液體會(huì)發(fā)生氣化，產(chǎn)生氣泡，會(huì)形成氣阻，同時(shí)外部空氣也將經(jīng)過(guò)管嘴進(jìn)入真空區(qū)內(nèi)破壞真空，使液流充不滿管子，反而減少流量。圓柱形外管嘴正常工作條件：（1）最大真空度不能大于7 m；（2）L(34)d。四、其它形式管嘴四、其它形式管嘴例1：水從封閉水箱上部直