第五章 孔口、管嘴出流與有壓管路

孔口、管嘴出流和有壓管路

第五章孔口出流管嘴出流有壓管道：管道周界上的各點(diǎn)均受到液體壓強(qiáng)的作用。有壓管中的恒定流：有壓管中液體的運(yùn)動(dòng)要素不隨時(shí)間而變。本章綱要：第一節(jié)液體經(jīng)薄壁孔口的恒定出流

第二節(jié)液體經(jīng)管嘴的恒定出流第三節(jié)短管的水力計(jì)算第四節(jié)長(zhǎng)管的水力計(jì)算第五節(jié)管網(wǎng)水力計(jì)算基礎(chǔ)第一節(jié)液體經(jīng)薄壁孔口的恒定出流

一、孔口出流的分類與特點(diǎn)據(jù)d/H的比值：小孔口d/H<0.1，大孔口d/H≥0.1。據(jù)運(yùn)動(dòng)要素是否隨時(shí)間變化：

恒定出流和非恒定出流據(jù)孔口邊緣：

薄壁孔口和厚壁孔口。據(jù)下游出流條件：自由出流淹沒(méi)出流二、薄壁小孔口的自由出流收縮斷面c-c：約在距孔口d/2處收縮完畢，流線在此趨于平行。建立0-0和c-c斷面的能量方程令令令gvgvgvHccc222202200zaa+=+流速系數(shù)0.97~0.98定義為收縮系數(shù)流量系數(shù)（作用水頭）薄壁小孔口出流的各項(xiàng)系數(shù)

①流速系數(shù)，實(shí)驗(yàn)測(cè)得約為0.97～0.98。②孔口的局部阻力系數(shù)ζ0③孔口的收縮系數(shù)ε④孔口的流量系數(shù)μ，對(duì)薄壁小孔口μ=0.60～0.62。三、薄壁小孔口的淹沒(méi)出流建立1-1和2-2斷面的能量方程流速、流量與孔口的淹沒(méi)深度無(wú)關(guān)淹沒(méi)出流和自由出流流量系數(shù)相等孔口大小一定,出流能力相等H0和z是促成孔口出流的作用水頭孔板流量計(jì)P0<pah1△h2ABAB氣體出流一般均為淹沒(méi)出流，作用水頭用壓強(qiáng)差來(lái)表示。ABAB主要是孔口在壁面上的位置影響流量系數(shù)。全部收縮孔口：孔口的全部邊界都不與相鄰的容器底邊和側(cè)邊重合時(shí)，四周流線都發(fā)生收縮。

全部收縮孔口完善收縮：孔口與相鄰壁面的距離大于孔口尺寸的3倍，出流不受壁面影響。不完善收縮：

四、影響的因素

第二節(jié)液體經(jīng)管嘴的恒定出流

外接l=(3～4)d的短管水流進(jìn)入管嘴,先收縮，后擴(kuò)大至滿管出流。一、圓柱形外管嘴的恒定出流建立0-0和b-b斷面的能量方程管路進(jìn)口損失

比較孔口出流管嘴出流μn=0.82;μ=0.62μn=1.32μ在相同條件，管嘴的過(guò)流能力是孔口的1.32倍。建立0-0和c-c斷面的能量方程。二、圓柱形外管嘴的真空

孔口出流圓柱形外管嘴的正常工作條件

收縮斷面的真空受限制,。圓柱形外管嘴的正常工作條件是：(1)作用水頭H0≤9米；(2)管嘴長(zhǎng)度l=(3～4)d。工程上為了增加孔口的泄水能力或?yàn)榱嗽黾?減少)出口的速度，常采用不同的管嘴形式。三、其他形式的管嘴

圓錐形擴(kuò)張管嘴，較大 圓錐形收斂管嘴， 流線形管嘴，過(guò)流能力，較小出口流 較大出口流速， 阻力系數(shù)小，速，水輪機(jī)尾水管。水力挖土機(jī)噴嘴。水壩泄水管孔口、管嘴的水力特性有壓管道：管道周界上的各點(diǎn)均受到液體壓強(qiáng)的作用。有壓管中的恒定流：有壓管中液體的運(yùn)動(dòng)要素不隨時(shí)間而變。第三節(jié)短管的水力計(jì)算1.短管和長(zhǎng)管

短管是指管路中水流的流速水頭和局部水頭損失都不能忽略不計(jì)的管道；

長(zhǎng)管是指流速水頭與局部水頭損失之和遠(yuǎn)小于沿程水頭損失，在計(jì)算中可忽略的管道.（局部水頭損失+流速水頭）＜5%的沿程水頭損失，可以按長(zhǎng)管計(jì)算。通常l/d>1000管道分類

簡(jiǎn)單管道:指直徑和流量沿流程不變且無(wú)分支的管道；否則為復(fù)雜管道簡(jiǎn)單管道串聯(lián)管道并聯(lián)管道2.簡(jiǎn)單管道和復(fù)雜管道自由出流淹沒(méi)出流3.自由出流和淹沒(méi)出流一、簡(jiǎn)單短管自由出流管路流量系數(shù)二、簡(jiǎn)單短管淹沒(méi)出流三、水頭線的繪制②繪制從管道進(jìn)口以后到出口以前的總水頭線。Z+p/r總水頭線00原始總水頭③總水頭線減去速度水頭得測(cè)壓管水頭線①計(jì)算各項(xiàng)局部水頭損失和各管段的沿程水頭損失?？偹^線00原始總水頭000000原始總水頭最終總水頭管道流速水頭v2/2g原始總水頭00管道流速水頭v2/2g最終總水頭00管道流速水頭v2/2g最終總水頭考慮行近流速忽略行近流速注意事項(xiàng)①進(jìn)口：注意總水頭線的起點(diǎn)。②出口：注意測(cè)壓管水頭線的終點(diǎn)。③沒(méi)有額外的能量輸入時(shí)，總水頭線總是下降的，有額外的能量輸入時(shí)，總水頭線突然抬高。舉例短管自由出流

短管淹沒(méi)出流

有負(fù)壓的短管一V0≠000z此斷面相對(duì)壓強(qiáng)p/γ<01122總水頭線測(cè)壓管水頭線管道v2/2g1、總水頭線一定沿程降低2、測(cè)壓管水頭線沿程可升可降。（斷面擴(kuò)大升，一般情況降）

13420000v22/2g最終總水頭v12/2gL1L2思考:突擴(kuò)斷面的壓能變化規(guī)律?ZZs吸水管壓水管總水頭線測(cè)壓管水頭線3、已知Q、H0、l、、，求

d1、已知Q、d、l、、，求H0四、短管水力計(jì)算問(wèn)題

2、已知H0、d、l、、，求Q試算4、已知Q、H0、l、、，

d,求p虹吸管:一種壓力輸水管道頂部高程高于上游供水水面利用真空作用輸水。為防止汽化，允許最大真空值[hv]=(7～8mH2O)；1.虹吸管的水力計(jì)算虹吸管的優(yōu)點(diǎn)在于能跨越高地，減少挖方。虹吸管長(zhǎng)度一般不大，應(yīng)按短管計(jì)算。2.水泵的水力計(jì)算Z:提水高度Zs:安裝高度ZZs吸水管壓水管水泵的揚(yáng)程:水泵向單位重量液體所提供的機(jī)械能,用Ht表示。Ht水泵的水力計(jì)算：吸水管和壓力水管管徑計(jì)算最大允許安裝高度計(jì)算水泵揚(yáng)程計(jì)算吸水管和壓力水管管徑計(jì)算

吸水管的經(jīng)濟(jì)流速約為0.8～2m/s壓力水管經(jīng)濟(jì)流速1.5～2.5m/s吸水管的管徑一般是根據(jù)經(jīng)濟(jì)流速計(jì)算由Q=vω,管徑可按下式計(jì)算水泵的最大允許安裝高程ZZs吸水管壓水管112200對(duì)1和2斷面列能量方程水泵揚(yáng)程的水力計(jì)算ZZs吸水管壓水管110330對(duì)1和3斷面列能量方程表明揚(yáng)程一方面是用來(lái)將水流提高一個(gè)幾何高度，另一方面是用來(lái)克服水頭損失第四節(jié)長(zhǎng)管的水力計(jì)算

一、簡(jiǎn)單管路

總水頭線H:作用水頭(沿程損失的提供者）A:管路比阻比阻A的計(jì)算當(dāng)V≥1.2m/s(阻力平方區(qū))當(dāng)V＜1.2m/s(過(guò)渡區(qū))

舍維列夫公式過(guò)渡區(qū)修正系數(shù)已知:管長(zhǎng)2500m,鑄鐵管內(nèi)徑400mm,H1=18m,管路末端需自由水頭H2=25m,▽1=61m,▽2=45m求通過(guò)管路的流量d=400mm，計(jì)算得A=0.2232s2/m6驗(yàn)算是否在阻力平方區(qū)，計(jì)算v=1.01m/s<1.2m/s,計(jì)算修正系數(shù)k=1.03二、串聯(lián)管路

定義由幾段直徑不等的管段依次聯(lián)接而成的管路。計(jì)算原則損失條件：流量條件：節(jié)點(diǎn)三、并聯(lián)管路

定義：在兩節(jié)點(diǎn)之間并設(shè)兩條或兩條以上的管路。損失條件：流量條件：節(jié)點(diǎn)流量平衡條件四、分叉管路

可求解三個(gè)未知數(shù)對(duì)管道ABC有：對(duì)管道ABD有：根據(jù)連續(xù)性方程：第五節(jié)管網(wǎng)水力計(jì)算基礎(chǔ)

枝狀管網(wǎng)環(huán)狀管網(wǎng)優(yōu)點(diǎn):構(gòu)造簡(jiǎn)單缺點(diǎn):供水可靠性差構(gòu)造復(fù)雜供水可靠性高適用范圍:小區(qū)供水城市管網(wǎng)一、枝狀管網(wǎng)

定義呈樹(shù)狀向供水區(qū)延伸，一般是管徑隨所供給用戶的減少而變小。水力計(jì)算新建給水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)擴(kuò)建已有給水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)新建給水系流的設(shè)計(jì)已知:根據(jù)沿線地形設(shè)計(jì)的管網(wǎng)各管段長(zhǎng)度l通過(guò)的流量Q各節(jié)點(diǎn)要求的自由水頭，任務(wù):設(shè)計(jì)各段管徑和水塔高Ht。設(shè)計(jì)步驟1、確定各管段流量,按經(jīng)濟(jì)流速確定管徑D=100~400mmve=0.6―1m/sD>400mmve=1.0―1.4m/s先選定v→d計(jì)→d標(biāo)準(zhǔn)→驗(yàn)算v2、計(jì)算各管段的水頭損失3、確定控制點(diǎn)：水塔至該點(diǎn)的水頭損失+該點(diǎn)的地形標(biāo)高+該點(diǎn)要求的自由水頭=最大值4、計(jì)算水塔高Ht：1、確定各管段流量,按經(jīng)濟(jì)流速確定管徑3-4管段，Q=25l/s，采用經(jīng)濟(jì)流速選鑄鐵管,d=200mm→A＝9.029,因0.8m/s<1.2m/s，在過(guò)渡區(qū)2、計(jì)算各管段的水頭損失v=0.8m/s→修正系數(shù)k=1.06已知數(shù)值計(jì)算所得數(shù)值管段管長(zhǎng)(m)流量Q(l/s)d(mm)流速v(m/s)A(s2/m6)修正系數(shù)khf(m)左支線3-42-31-23503502002545802002503000.800.921.139.0292.7521.0151.061.041.012.092.031.31右支線6-75-61-55002003001322.531.51502002500.740.720.6441.859.02