孔口、管嘴出流和有壓管流

1、學(xué)習(xí)重點：學(xué)習(xí)重點：掌握掌握孔口、管嘴孔口、管嘴出流相關(guān)概念及計算；出流相關(guān)概念及計算；熟練掌握有壓管流水力計算、水頭線繪制方法、熟練掌握有壓管流水力計算、水頭線繪制方法、 枝狀管網(wǎng)水力計算。枝狀管網(wǎng)水力計算。對此部分內(nèi)容應(yīng)理解透徹、對此部分內(nèi)容應(yīng)理解透徹、 清楚，具有解決實際問題的能力。對其計算原理清楚，具有解決實際問題的能力。對其計算原理應(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、管嘴出流在孔口上對接長度為

2、在孔口上對接長度為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）能量損失計算式。）能量損失計算式。 （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)： 計算過流量計算過流量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：101He101He eH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

3、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、按孔壁對出流的影響：、按孔壁對出流的影響：H列A-A、C-C斷面能量方程gvgvzgpgvzgpCCCCAAA222222aCpp gvgvgppzzCAaACA21222H0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 gvHC2120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=0HzzHCA0收縮斷面流速002211gHgHvC孔口的流速

4、系數(shù)，=0.97。孔口流量0022gHAgHAAvAvQCCC面積收縮系數(shù)AAC620.流量系數(shù)全部收縮（完善收縮、不完善收縮）、部分收縮2064. 01AAA是孔口面積，A0是孔口所在的壁面面積不完善收縮CgHvf f 20gHAQ 20fCAACCaxf1其中：其中：1、流量公式：、流量公式：=0.97=0.62；=0.64；對薄壁圓形完善收縮小孔口：對薄壁圓形完善收縮小孔口：結(jié)論列上下游液面能量方程gvzgp221112=1突然擴大阻力系數(shù)gvgvvgppzzC2122122212121H0淹沒出流的作用水頭gvHC21210gvgvgvzgpCC22222212222三、薄壁小孔口恒定

5、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 =0HzzH210收縮斷面流速0012211gHgHvC孔口流量02gHAAvAvQCCCC與自由出流一致H0與孔口位置無關(guān)02gHAQ1、流量公式：、流量公式：2、自由式與淹沒式對比：、自由式與淹沒式對比：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Hv0zv0v2H0= H +2gv02自由式：自由式：淹沒

6、式：淹沒式：H0=z+2gv022gv22 考考你：請寫出圖中兩個孔口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 =12 H0 相同時，若相同時，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。gvgvpgvpaccc2222222222xagag二、二、 收縮斷面的真空收縮斷面的真空1 對對CC，22 列方程：列方程：gvvc2)(222hj2 xv222g2c2v0Hcv可作為突然擴大處理可作為突然擴大處理2221v

7、vAAvcc2222111cAA022gHvn0222222211211Hgvgppgpncccavaaaa 075.0Hpvg g在在 CC處處形成形成 0.75H0 真空度。真空度。2 真空計算：真空計算：H0 9 mH0O水柱；水柱；L（34）d。 水柱時，管內(nèi)液體水柱時，管內(nèi)液體pv 7m H0O實驗證明：實驗證明：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：問題：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，下列那些是正確的：時，下列那些是正確的： A.Q孔Q嘴，u孔u嘴； B

8、.Q孔u嘴；C.Q孔Q嘴，u孔u嘴； D.Q孔Q嘴，u孔u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q212hhgAq62. 0對管嘴1112ghAq82. 012222ghAq82. 02連續(xù)性方程21qqQ2qq 解得sLq/501sLq/302特點：特點：（1）流體充滿整個過流斷面；）流體充滿整個過流斷面；（2）流體在壓力下流動。）流體在壓力下流動。（3）能量損失計算。）能量損失計算。 （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

9、流是工程中常見的典型流動之一。、有壓管流是工程中常見的典型流動之一。2、分析有壓管流的依據(jù)：、分析有壓管流的依據(jù)：73 短管的水力計算短管的水力計算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。長管長管局部損失、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入）。程損失的一定比例計入）。L 公式形式一致；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的總作用水頭。

10、出口斷面形心點的總作用水頭。 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：gvgvHH222222000aaH0=H +2gv02自由式：自由式：三、水頭線繪制。三、水頭線繪制。測壓管水頭線終止端：測壓管水頭線終止端： 1.自由出流時自由出流時 管軸上；管軸上； 2.淹沒出流時淹沒出流時 自由液面上。自由液面上。 注：若沿程流速不變是均勻流時，測壓管水頭線與總水注：若沿程流速不變是均勻流時，測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管道，只是安裝高度不同，：圖示兩根完全相同的長管道，只是安裝高度不同， 兩管道的流量關(guān)系為：兩管道

11、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：已知一水箱外接一長L的短管，自由出流時如圖的短管，自由出流時如圖A，其流量為其流量為Q1；淹沒出流時如圖；淹沒出流時如圖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：特點：（1） 局部損失、流速水頭可忽略；局部損失、流速水頭可忽略；（2）總水頭線與測壓管水頭線合。）總水頭線與測壓管水頭線合。74 長管的水力計算長管的水力計算H總水頭線與總水頭線與測壓管水頭測壓管水頭線線22528 alQlQdg22gvd

12、lfhH一、長管的水力計算一、長管的水力計算1、計算式：、計算式：H24dQv2、比阻、比阻a的計算：的計算： a= f ( d ，)管道比阻管道比阻 在實際工程中，有壓管流多在在實際工程中，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) ，故可按下列方法計算，故可按下列方法計算 a值。值。 （1）按舍維列夫公式求得）按舍維列夫公式求得，進而得出進而得出a 的計算式。的計算式。)/.( ,.smvda21001736035可以制成表，查表求得可以制成表，查表求得a a。).( , ).().(.2m/s100173608070185203530vda，阻力平方區(qū)阻力平方區(qū)紊流過渡區(qū)紊流過渡

13、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，進而得出進而得出a的計算式。的計算式。聯(lián)合上式求得聯(lián)合上式求得，進而得出進而得出a，制成表。制成表。RJCRJgv8gC8611RnC 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：q1q2hf hf2 hf3 總水頭線、總水頭線、測壓管水頭線測壓管水頭線2、特點：、特點：3全部的能量用于管路消耗全部的能量用于管路消耗1可按長管計算；可按長管計算；2總水頭線為數(shù)條折線；總水頭線為數(shù)條折線；3、計算：、計算：（1）流量：）流量：符合連續(xù)性方程，即符合連

14、續(xù)性方程，即流入流入節(jié)點的流量節(jié)點的流量等于等于流出流出節(jié)點的流量。節(jié)點的流量。H = hfi =ai liQi 2 =Si Qi 2 即：即：總損失等于各段損失之和。總損失等于各段損失之和。（2）水頭：）水頭：iiqQQqQQqQQ1i232121一般式：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算校核計算方法：方法： H = hf i校核計算，擴建工程校核計算，擴建工程求：求：各管段的流量各管段的流量 Qi 。（2）已知：）已知：H , di

15、, Li , qi 。1 管段較少時，可直接利用管段較少時，可直接利用 H、Q 公式，公式，2 管段較多時，可利用試算法：管段較多時，可利用試算法： 方法：方法：列方程組。列方程組。 nif nllHh 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：驗算：驗算：hfi ai li Qi2 （？）（？）nnfnnlahQ 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

16、段的某一管段的 dx。擴建或返修擴建或返修方法：方法：1 先計算已知各段：先計算已知各段： hfi =ai liQi 2 4 最后選擇標準管徑。最后選擇標準管徑。3 再求再求 dx (試算、輔助曲線試算、輔助曲線)。 2 再計算所求段：再計算所求段：hfx = Hhfi AB123三、并聯(lián)管路三、并聯(lián)管路在兩個節(jié)點之間并設(shè)幾條管段。在兩個節(jié)點之間并設(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)點間的能量損失相等。）兩節(jié)點間的能量損失相等。2、特點：、特點：（2）能量：）能量： hf1 = hf2 = hf3 = hfAB（1）流量：）流量： Q流入流入

17、= Q流出流出=Q1+Q2+Q33、計算：、計算：4、應(yīng)用：、應(yīng)用：三類計算同串聯(lián)三類計算同串聯(lián) Qt= ql 總泄流量總泄流量 xdxH 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，地下工程中長距以及城市自來水管道的沿途泄流，地下工程中長距離通風(fēng)管道的漏風(fēng)等計算，常可簡化為沿程均勻泄離通風(fēng)管道的漏風(fēng)等計算，?？珊喕癁檠爻叹鶆蛐沽鞴苈穪硖幚?。流管路來處理。單位長度上泄出的流量。單位長度上泄出的流量。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

18、念：）概念：（2）計算：）計算： Qt= ql 總泄流量總泄流量 xdxH QZqxqlQqxQQzxdxqxqlQadxQadhzxf22)(lzlffdxqxqlQadhh020)()(22231lqqlQQalhzzf近似式：近似式：hf =a l（QZ+0.55 ql）2或：或： hf =a l Qc2Qc = QZ+0.55 ql當當 QZ =0 時，時，hf =alQ231即：當管中只有沿程泄流時，其能即：當管中只有沿程泄流時，其能量損失是轉(zhuǎn)輸流量通過時能量損失量損失是轉(zhuǎn)輸流量通過時能量損失的的 1/3。222255031).(qlQlqqlQQZzz例1 采用內(nèi)壁涂水泥砂漿的鑄鐵管供水，作用水頭H=10m，管長l=1000m，管徑d=200mm. 求：（1）校驗管道能否輸水Q=50 l/s。 （2）如管道輸水能力不足，為通過上述流量，在管道中加接部分并聯(lián)管，取并聯(lián)管l1=l2，又d1=d2=d，試求管長l1,l2。 說明：本例中將用到管道比阻抗A0, 一般情況下可查水利計算手冊。） （2）因簡單管道輸水能力不足，在管道中部分改成并聯(lián)管道，則成并聯(lián)管道與串聯(lián)管道組合問題。按題給條件，取l1=l2，d1