孔口管嘴出流有壓管路基本概念

孔口管嘴出流有壓管路基本概念第1頁，共30頁，2023年，2月20日，星期一第一節(jié)孔口自由出流在容器側(cè)壁或底壁上開一孔口，容器中的液體自孔口出流到大氣中，稱為孔口自由出流。如出流到充滿液體的空間，稱為淹沒出流。第2頁，共30頁，2023年，2月20日，星期一第一節(jié)孔口自由出流AACC00dH0Hpa討論出流規(guī)律。通過收縮斷面形心引基準(zhǔn)線0-0，列出A-A及C-C兩斷面的能量方程。對薄壁孔口來說移項整理得：就vc求解得：薄壁孔口出流分為小孔口和大孔口第3頁，共30頁，2023年，2月20日，星期一H0稱為作用水頭，是促使出流的全部能量。φ稱為流速系數(shù)，其值可通過實驗測得，對圓形薄壁小孔口流速系數(shù)φ=0.97～0.98?？卓诔隽髁髁抗?。令令稱μ為流量系數(shù)其值為μ

=0.60～0.62。稱ε為斷面收縮系數(shù)，其值可通過實驗測得，對圓形薄壁小孔口斷面收縮系數(shù)ε=0.62～0.64。第4頁，共30頁，2023年，2月20日，星期一全部收縮不全部收縮完善收縮不完善收縮完善收縮的薄壁圓形小孔口ε=0.64φ=0.97μ=0.62收縮系數(shù)第5頁，共30頁，2023年，2月20日，星期一第二節(jié)孔口淹沒出流當(dāng)液體通過孔口出流到另一個充滿液體的空間時稱為淹沒出流。H0=H1-H2=H稱為作用水頭，是促使出流的全部能量。φ稱為淹沒出流流速系數(shù)，其值與相同條件下自由出流值相等，φ=0.97～0.98。令稱μ為淹沒出流流量系數(shù)其值為與相同條件下自由出流值相等。當(dāng)上下游液面高度一定定時，即H一定時，淹沒出流流量與孔口在液面下開設(shè)的位置高低無關(guān)。第6頁，共30頁，2023年，2月20日，星期一第三節(jié)管嘴出流一、圓柱形外管嘴出流當(dāng)圓孔壁厚δ等于3～4d時，或者在孔口處外接一段長l=3～4d的圓管時，此時的出流稱為圓柱形外管嘴出流，外接短管稱為管嘴。AA00dH0HpaBBl通過收縮斷面形心引基準(zhǔn)線0-0，列出A-A及B-B兩斷面的能量方程。CC第7頁，共30頁，2023年，2月20日，星期一由上式可得由于出口斷面是完全充滿的（不同于孔口），ε=1，則第8頁，共30頁，2023年，2月20日，星期一管嘴真空現(xiàn)象及真空值，可通過列出收縮斷面C-C及B-B兩斷面的能量方程得到證明：第9頁，共30頁，2023年，2月20日，星期一第10頁，共30頁，2023年，2月20日，星期一第11頁，共30頁，2023年，2月20日，星期一第12頁，共30頁，2023年，2月20日，星期一完全圓柱形外管嘴正常工作條件：

1、作用水頭H0的極限值為：[H0]=7/0.75=9.3m。

2、管嘴長度[l]=3～4d。則圓柱形管嘴在收縮斷面C-C上的真空值為：比較孔口和管嘴的流速系數(shù)和流量系數(shù)孔口管嘴ε=0.64ε=1φ=0.97φ=0.82μ=0.62μ=0.82第13頁，共30頁，2023年，2月20日，星期一第四節(jié)簡單管路

有壓管流是日常生活中最常見的輸水方式，本節(jié)主要介紹了有壓管流的水力特點，計算問題以及簡單管道與串聯(lián)、并聯(lián)和管網(wǎng)的水力計算原理與應(yīng)用。一、概念

有壓管流（penstock）：管道中流體在壓力差作用下的流動稱為有壓管流。

有壓恒定管流：管流的所有運動要素均不隨時間變化的有壓管流。

有壓非恒定管流：管流的運動要素隨時間變化的有壓管流。第14頁，共30頁，2023年，2月20日，星期一二、分類

1.有壓管道根據(jù)布置的不同，可分為：

簡單管路：是指管徑、流速、流量沿程不變，且無分支的單線管道。

復(fù)雜管路：是指由兩根以上管道所組成的管路系統(tǒng)。第15頁，共30頁，2023年，2月20日，星期一

2.按局部水頭損失和流速水頭之和在總水頭損失中所占的比重，管道可分為

長管：指管道中以沿程水頭損失為主，局部水頭損失和流速水頭所占比重小于（5%-10%）的沿程水頭損失，從而可予以忽略的管道。

短管：局部水頭損失和流速水頭不能忽略的、需要同時計算的管道。三、有壓管道水力計算的主要問題

1.驗算管道的輸水能力：在給定作用水頭、管線布置和斷面尺寸的情況下，確定輸送的流量。

2.確定水頭：已知管線布置和必需輸送的流量，確定相應(yīng)的水頭。3.繪制測壓管水頭線和總水頭線：確定了流量、作用水頭和斷面尺寸（或管線）后，計算沿管線各斷面的壓強、總比能，即繪制沿管線的測壓管水頭線和總水頭線。第16頁，共30頁，2023年，2月20日，星期一圖中，列斷面1-1，2-2能量方程式中：1自由出流第17頁，共30頁，2023年，2月20日，星期一2.淹沒出流第18頁，共30頁，2023年，2月20日，星期一例1：用虹吸管自鉆井輸水至集水池。如圖所示，虹吸管長l=lAB+lBC=30+40=70m，d=200mm。鉆井至集水池間的恒定水位高差H=1.60m。又已知λ=0.03，管路進口120彎頭90°彎頭及出口處的局部阻力系數(shù)分別為ζ1=0.5，ζ2=0.2，ζ3=0.5，ζ4=1.0。試求:（1）流經(jīng)虹吸管的流量；

（2）如虹吸管頂部B點的安裝高度hB=4.5m，校核其真空度。第19頁，共30頁，2023年，2月20日，星期一（1）列1-1，3-3能量方程，忽略行進流速v0=0第20頁，共30頁，2023年，2月20日，星期一（2）假設(shè)2-2中心與B點高度相當(dāng)，離管路進口距離與B點也幾乎相等，

列1-1，2-2能量方程：所以虹吸管可正常工作。

第21頁，共30頁，2023年，2月20日，星期一列斷面1-1，2-2能量方程流出水頭作為局部阻力，令有將帶入，得第22頁，共30頁，2023年，2月20日，星期一簡單管路就是具有相同管徑d，相同流量的管段Q，是組成復(fù)雜管段的基本單元。管路阻抗：對于氣體管路阻抗為：第23頁，共30頁，2023年，2月20日，星期一第五節(jié)管路的串聯(lián)與并聯(lián)一、串聯(lián)管道

串聯(lián)管道（pipesinseries）：由直徑不同的幾段管段順次連接而成的管道稱為串聯(lián)管道，如圖所示。第24頁，共30頁，2023年，2月20日，星期一

1.串聯(lián)管道流量計算的基本公式

（1）能量方程式中：n——管段的總數(shù)目,m——局部阻力的總數(shù)目。

（2）節(jié)點的連續(xù)性方程

無流量分出或有流量分出第25頁，共30頁，2023年，2月20日，星期一串聯(lián)管道是由不同管徑的或粗糙度不同的管段順次連接而成的管道系統(tǒng)，如上述所示，各管段的流量可能相等，也可能不相等。設(shè)第i管段末集中分出的流量為qi，管段的通過流量為Qi，由連續(xù)性方程可得當(dāng)沿途無流量分出，即qi＝0時，各管段的通過流量均相等。而串聯(lián)管道的總水頭H應(yīng)等于各管段水頭損失之和，即式中：n為管段總數(shù)。上式兩式即為串聯(lián)管道必須滿足的兩個條件。由上兩式即可求解Q,d,H等問題。因各管段流量相等又有：第26頁，共30頁，2023年，2月20日，星期一二、并聯(lián)管道并聯(lián)管道（pipesinparallel）：兩條或兩條以上的管道同在一處分出又在另一處匯合，這種組合的管道為并聯(lián)管道。并列管道的特點是分流點A與匯流點B之間各并聯(lián)管段的能量損失皆相等。因為點A，點B為各并聯(lián)管段的共同結(jié)點，如在該處設(shè)置測壓管，只能有一個測壓管水頭，各并聯(lián)管段的能量損失hf相同，即或并聯(lián)管道任一管段的流量Qi為由連續(xù)性方程可得分流點前干管流量第27頁，共30頁，2023年，2月20日，星期一1.并聯(lián)管道流量計算的基本公式：并聯(lián)管道一般按長管計算，一般只計及沿程水頭損失，而不考慮局部水頭損失及流速水頭。（1）節(jié)點的連續(xù)性方程，即流進節(jié)點的流量（“+”）和從節(jié)點流出的流量（“-”）總和為0。（2）能量關(guān)系：單位重量流體通過所并聯(lián)的任何管段時水頭損失皆相等。即：