本章在定量分析沿程水頭損失和局部水頭損失的基礎(chǔ)上PPT學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1 本章在定量分析沿程水頭損失和局部水本章在定量分析沿程水頭損失和局部水 頭損失的基礎(chǔ)上頭損失的基礎(chǔ)上PPT課件課件 81 均勻流的沿程水頭損失 一一. .沿程水頭損失與切應(yīng)力的關(guān)系、沿程水頭損失系數(shù)沿程水頭損失與切應(yīng)力的關(guān)系、沿程水頭損失系數(shù) 0 在在恒恒定均勻流中取出長度為定均勻流中取出長度為 l 的一段，建立運(yùn)動(dòng)方程，實(shí)際上就是壓差力與摩擦力之間的平衡的一段，建立運(yùn)動(dòng)方程，實(shí)際上就是壓差力與摩擦力之間的平衡 2 p 0 1 p l 斷面面積斷面面積 斷面濕周斷面濕周 斷面濕周上的平均切應(yīng)力斷面濕周上的平均切應(yīng)力 A 第1頁/共51頁 2 p 0 1 p l 水力半徑水力半徑 圓管的

2、水力半徑是直徑的四分之一圓管的水力半徑是直徑的四分之一 該段的沿程水頭損失該段的沿程水頭損失 定義定義 經(jīng)對比可知經(jīng)對比可知 沿程損失系數(shù)沿程損失系數(shù) 第2頁/共51頁 二二. .圓管層流流動(dòng)的圓管層流流動(dòng)的沿程水頭損失系數(shù)沿程水頭損失系數(shù) e R vd v 64648 2 0 沿程水頭損失沿程水頭損失 注意到分母中的雷諾數(shù)含有斷面平均流速的一次項(xiàng)，所以圓管層流流動(dòng)的沿程水頭損失與斷面平均流速的一次方成正比。注意到分母中的雷諾數(shù)含有斷面平均流速的一次項(xiàng)，所以圓管層流流動(dòng)的沿程水頭損失與斷面平均流速的一次方成正比。 第3頁/共51頁 三三. .圓管紊流流動(dòng)的圓管紊流流動(dòng)的沿程水頭損失系數(shù)沿程水頭

3、損失系數(shù) 光滑圓管流動(dòng)沿程水頭損失系數(shù)只取決于雷諾數(shù)，粗糙度不起作用。光滑圓管流動(dòng)沿程水頭損失系數(shù)只取決于雷諾數(shù)，粗糙度不起作用。 8 . 0)lg(2 1 e R 光滑圓管紊流流動(dòng)的對數(shù)流速分布律光滑圓管紊流流動(dòng)的對數(shù)流速分布律 沿圓管斷面積分（圓管半徑沿圓管斷面積分（圓管半徑 r0），得斷面平均流速），得斷面平均流速 根據(jù)試驗(yàn)資料將常數(shù)略加修改根據(jù)試驗(yàn)資料將常數(shù)略加修改 代入代入 第4頁/共51頁 由此公式可以導(dǎo)出流速分布的七分之一定律，可見它是與流速的七分之一分布律相對應(yīng)的，因此這個(gè)公式的使用范圍較小，為由此公式可以導(dǎo)出流速分布的七分之一定律，可見它是與流速的七分之一分布律相對應(yīng)的，因此

4、這個(gè)公式的使用范圍較小，為 . . 在這個(gè)公式適用的條件下，容易看出光滑圓管紊流沿程損失與流速的在這個(gè)公式適用的條件下，容易看出光滑圓管紊流沿程損失與流速的1.75次方成正比。次方成正比。 Re 105 光滑圓管流動(dòng)沿程水頭損失系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)公式光滑圓管流動(dòng)沿程水頭損失系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)公式 4/1 3164. 0 e R 顯式，使用方便顯式，使用方便 第5頁/共51頁 粗糙圓管粗糙圓管流動(dòng)流動(dòng)沿程沿程水頭水頭損失系數(shù)完全由粗糙度決定，而與雷諾數(shù)無關(guān)。損失系數(shù)完全由粗糙度決定，而與雷諾數(shù)無關(guān)。 粗糙圓管紊流流動(dòng)的流速分布粗糙圓管紊流流動(dòng)的流速分布 沿圓管斷面積分（圓管半徑沿圓管斷面積分（圓管半徑 r0），

5、得斷面平均流速），得斷面平均流速 根據(jù)試驗(yàn)資料將常數(shù)略加修改根據(jù)試驗(yàn)資料將常數(shù)略加修改 代入代入 2 0 74. 1lg2 1 s k r 第6頁/共51頁 e Rlg 層層 流流 層流層流 區(qū)區(qū) 過渡過渡 區(qū)區(qū) 粗糙粗糙 區(qū)區(qū) 過渡過渡 粗糙粗糙 區(qū)區(qū) 光滑光滑 管管 )100lg( 15/ 0 s kr 6.30 60 126 507 252 尼古拉茲試驗(yàn)曲線尼古拉茲試驗(yàn)曲線 第7頁/共51頁 容易看出粗糙圓管流動(dòng)沿程水頭損失將與平均流速的平方成正比，由于粗糙高度進(jìn)入流速對數(shù)區(qū)，阻力大大增加，這是不難理解的。容易看出粗糙圓管流動(dòng)沿程水頭損失將與平均流速的平方成正比，由于粗糙高度進(jìn)入流速對數(shù)

6、區(qū)，阻力大大增加，這是不難理解的。 在光滑圓管流動(dòng)與粗糙圓管流動(dòng)之間存在過渡粗糙區(qū)，此時(shí)沿程損失系數(shù)與雷諾數(shù)和粗糙度都有關(guān)。在光滑圓管流動(dòng)與粗糙圓管流動(dòng)之間存在過渡粗糙區(qū)，此時(shí)沿程損失系數(shù)與雷諾數(shù)和粗糙度都有關(guān)。 尼古拉茲試驗(yàn)反映了圓管流動(dòng)的全部情況，在其試驗(yàn)結(jié)果圖上能劃分出層流區(qū)，過渡區(qū)尼古拉茲試驗(yàn)反映了圓管流動(dòng)的全部情況，在其試驗(yàn)結(jié)果圖上能劃分出層流區(qū)，過渡區(qū)、紊流光滑紊流光滑管管、過渡過渡粗糙區(qū)，粗糙區(qū)，完全完全粗糙區(qū)粗糙區(qū)。完全。完全粗糙區(qū)通常也叫做粗糙區(qū)通常也叫做阻力平方區(qū)阻力平方區(qū)。 第8頁/共51頁 在兩個(gè)圓管流動(dòng)肯定都屬于在兩個(gè)圓管流動(dòng)肯定都屬于完全完全粗糙區(qū)的前提下，它們的相

7、似（包括具有相同的沿程損失系數(shù)）條件，只須保證相對粗糙度粗糙區(qū)的前提下，它們的相似（包括具有相同的沿程損失系數(shù)）條件，只須保證相對粗糙度 一樣即可，而不必考慮雷諾數(shù)。被稱為相似中的一樣即可，而不必考慮雷諾數(shù)。被稱為相似中的自動(dòng)模型區(qū)自動(dòng)模型區(qū)。 0 /rks 圓管紊流對數(shù)流速分布不能用于壁面處，圓管紊流對數(shù)流速分布不能用于壁面處， 在管軸處也不符合在管軸處也不符合 的條件，用它計(jì)算的條件，用它計(jì)算斷面斷面平均流速會(huì)帶來什么問題？平均流速會(huì)帶來什么問題？ 思考思考 ？ 0 d d 0 ry x y u 第9頁/共51頁 斷面平均流斷面平均流 速速 沿程水頭損沿程水頭損 失失 紊流紊流 Re 23

8、00 層流層流 Re 2300 )( 4 22 0 rr J ux 2 0 8 r J v e R 64 光滑管區(qū)光滑管區(qū) R e 5 705 e R 70 e R 過渡粗糙管過渡粗糙管 區(qū)區(qū) 完全粗糙管完全粗糙管 區(qū)區(qū) )5 . 8ln5 . 2( s x k y vu )75. 4ln5 . 2( s k y vv )5 . 5ln5 . 2( yv vux )75. 1ln5 . 2( 0 vr vv 8 . 0)lg(2 1 e R 2 0 74. 1lg2 1 s k r 4/ 1 3164. 0 e R )10( 5 e R 流速分布流速分布 圓管流動(dòng)主要公式（圓管流動(dòng)主要公式（p

9、.445) ),( 0 s e k r R 第10頁/共51頁 四四. .實(shí)用管道流動(dòng)的實(shí)用管道流動(dòng)的沿程水頭損失系數(shù)沿程水頭損失系數(shù) 實(shí)用管道的粗糙是不規(guī)則的，須通過實(shí)用管道與人工粗糙管道試驗(yàn)結(jié)果之比較，把和實(shí)用管道斷面形狀、大小相同，紊流粗糙區(qū)實(shí)用管道的粗糙是不規(guī)則的，須通過實(shí)用管道與人工粗糙管道試驗(yàn)結(jié)果之比較，把和實(shí)用管道斷面形狀、大小相同，紊流粗糙區(qū) 值相等的人工粗糙管道的砂粒高度值相等的人工粗糙管道的砂粒高度 定義為實(shí)用管道的定義為實(shí)用管道的當(dāng)量粗糙度當(dāng)量粗糙度。常用管道的當(dāng)量粗糙度可查表找到。實(shí)用圓管。常用管道的當(dāng)量粗糙度可查表找到。實(shí)用圓管 與與 和和 的關(guān)系可查莫迪圖，其中過渡

10、區(qū)曲線形狀與人工粗糙管有差別，這是因?yàn)楫?dāng)量粗糙度只是指粗糙區(qū)的的關(guān)系可查莫迪圖，其中過渡區(qū)曲線形狀與人工粗糙管有差別，這是因?yàn)楫?dāng)量粗糙度只是指粗糙區(qū)的 相當(dāng)。相當(dāng)。 ks ks Re kr s / 0 第11頁/共51頁 vd Re vd Re 層層 流流 層流層流 區(qū)區(qū) 過渡過渡 區(qū)區(qū) 粗糙粗糙 區(qū)區(qū) 過渡過渡 粗糙粗糙 區(qū)區(qū) 光滑光滑 管管 莫迪圖莫迪圖 dks/ 第12頁/共51頁 1 1775年謝才總結(jié)明渠均勻流動(dòng)的情況，給出計(jì)算均勻流動(dòng)的經(jīng)驗(yàn)公式年謝才總結(jié)明渠均勻流動(dòng)的情況，給出計(jì)算均勻流動(dòng)的經(jīng)驗(yàn)公式 五五. .明渠流動(dòng)的明渠流動(dòng)的沿程水頭損失系數(shù)沿程水頭損失系數(shù) RJCv 明渠流動(dòng)

11、沿程水頭損失的表達(dá)、估算都用水力半徑明渠流動(dòng)沿程水頭損失的表達(dá)、估算都用水力半徑 R 與與 和和 的關(guān)系由系列試驗(yàn)研究給出，以供使用。一般規(guī)律與圓管基本相同。的關(guān)系由系列試驗(yàn)研究給出，以供使用。一般規(guī)律與圓管基本相同。 RekR s / 謝才公式謝才公式 謝才系數(shù)謝才系數(shù) 明渠均勻流的水力坡度即為水面線坡度明渠均勻流的水力坡度即為水面線坡度 C 水力半徑水力半徑 R J 第13頁/共51頁 使用謝才公式要注意兩點(diǎn)：謝才系數(shù)使用謝才公式要注意兩點(diǎn)：謝才系數(shù)C是有量綱的；確定謝才系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)公式主要依據(jù)來自于紊流粗糙區(qū)的實(shí)測資料。是有量綱的；確定謝才系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)公式主要依據(jù)來自于紊流粗糙區(qū)的實(shí)測資料。

12、 根據(jù)謝才公式根據(jù)謝才公式 說明說明 相當(dāng)于我們定義的相當(dāng)于我們定義的 ，并無實(shí)質(zhì)上的區(qū)別。正因?yàn)槿绱耍x才公式也常用于有壓管道的均勻流動(dòng)。，并無實(shí)質(zhì)上的區(qū)別。正因?yàn)槿绱?，謝才公式也常用于有壓管道的均勻流動(dòng)。 8 2 g C 是最常用的，使用米是最常用的，使用米秒制單位，秒制單位，n是邊界粗糙系數(shù)（糙率），其量綱不甚明確，查表后將相應(yīng)數(shù)值代入公式即可。是邊界粗糙系數(shù)（糙率），其量綱不甚明確，查表后將相應(yīng)數(shù)值代入公式即可。 曼寧公式曼寧公式 第14頁/共51頁 突然擴(kuò) 大 突然縮 小 閘閥三通匯 流 管道彎 頭 管道進(jìn) 口 分離區(qū)分離區(qū) 分離區(qū)分離區(qū)分離區(qū)分離區(qū) 分離區(qū)分離區(qū) 分離區(qū)分離區(qū) 分離

13、區(qū)分離區(qū) 分離區(qū)分離區(qū) 82 流動(dòng)的局部水頭損 失 有壓管道恒定流遇到管道邊界的局部突變有壓管道恒定流遇到管道邊界的局部突變 流動(dòng)分離形成剪切層流動(dòng)分離形成剪切層 剪切層流動(dòng)不穩(wěn)定，引起流動(dòng)結(jié)構(gòu)的重新調(diào)整，并產(chǎn)生旋渦剪切層流動(dòng)不穩(wěn)定，引起流動(dòng)結(jié)構(gòu)的重新調(diào)整，并產(chǎn)生旋渦 平均流動(dòng)能量轉(zhuǎn)化成脈動(dòng)能量，造成不可逆的能量耗散。平均流動(dòng)能量轉(zhuǎn)化成脈動(dòng)能量，造成不可逆的能量耗散。 局部水頭損失局部水頭損失 第15頁/共51頁 v1 A1 A2 v2 1 1 2 2 與沿程因摩擦造成的分布損失不同，這部分損失可以看成是集中損失在與沿程因摩擦造成的分布損失不同，這部分損失可以看成是集中損失在管道邊界的突變處，

14、每管道邊界的突變處，每單位重量流體承擔(dān)的這部分能量損失稱為局部水頭損失。單位重量流體承擔(dān)的這部分能量損失稱為局部水頭損失。 根據(jù)能量方程根據(jù)能量方程 認(rèn)為因邊界突變造成的能量損失全部產(chǎn)生在認(rèn)為因邊界突變造成的能量損失全部產(chǎn)生在1-1，2-2兩斷面之間，不再考慮沿程損失。兩斷面之間，不再考慮沿程損失。 局部水頭損失局部水頭損失 第16頁/共51頁 v1 A1 A2 v2 1 1 2 2 上游斷面上游斷面1-1取在由于邊取在由于邊 界的突變，界的突變， 水流結(jié)構(gòu)開始水流結(jié)構(gòu)開始 發(fā)生變化的漸變流段中，下游發(fā)生變化的漸變流段中，下游2-2斷面則取在水流結(jié)構(gòu)調(diào)整剛好結(jié)束，重新形成漸變流段的地方。總之，

15、兩斷面應(yīng)盡可能接近，又要保證局部水頭損失全部產(chǎn)生在兩斷面之間。經(jīng)過測量兩斷面的測管水頭差和流經(jīng)管道的流量，進(jìn)而推算兩斷面的速度水頭差，就可得到局部水頭損失。斷面則取在水流結(jié)構(gòu)調(diào)整剛好結(jié)束，重新形成漸變流段的地方?？傊?，兩斷面應(yīng)盡可能接近，又要保證局部水頭損失全部產(chǎn)生在兩斷面之間。經(jīng)過測量兩斷面的測管水頭差和流經(jīng)管道的流量，進(jìn)而推算兩斷面的速度水頭差，就可得到局部水頭損失。 g v g vp z p zhj 22 )()( 2 22 2 112 2 1 1 第17頁/共51頁 v1 A1 A2 v2 1 1 2 2 局部水頭損失折合成速度水頭的比例系數(shù)局部水頭損失折合成速度水頭的比例系數(shù) g v

16、 hj 2 2 1 1 2 2 h v g j 當(dāng)上下游斷面平均流速不同時(shí)，應(yīng)明確它對應(yīng)的是哪個(gè)速度水頭？當(dāng)上下游斷面平均流速不同時(shí)，應(yīng)明確它對應(yīng)的是哪個(gè)速度水頭？ 局部水頭損失系數(shù)局部水頭損失系數(shù) 其它情況的局部損失系數(shù)在查表或使用經(jīng)驗(yàn)公式確定時(shí)也應(yīng)該注意這一點(diǎn)。通常情況下對應(yīng)下游的速度水頭。其它情況的局部損失系數(shù)在查表或使用經(jīng)驗(yàn)公式確定時(shí)也應(yīng)該注意這一點(diǎn)。通常情況下對應(yīng)下游的速度水頭。 突擴(kuò)圓管突擴(kuò)圓管 g v hj 2 2 2 2 第18頁/共51頁 局部水頭損失的機(jī)理復(fù)雜，除了突擴(kuò)圓管的情況以外，一般難于用解析方法確定，而要通過實(shí)測來得到各種邊界突變情況下的局部水頭損失系數(shù)。局部水頭損

17、失的機(jī)理復(fù)雜，除了突擴(kuò)圓管的情況以外，一般難于用解析方法確定，而要通過實(shí)測來得到各種邊界突變情況下的局部水頭損失系數(shù)。 局部水頭損失系數(shù)隨流動(dòng)的雷諾數(shù)而變局部水頭損失系數(shù)隨流動(dòng)的雷諾數(shù)而變 當(dāng)雷諾數(shù)大到一定程度后，當(dāng)雷諾數(shù)大到一定程度后， 值成為常數(shù)。在工程中使用的表格或經(jīng)驗(yàn)公式中列出的值成為常數(shù)。在工程中使用的表格或經(jīng)驗(yàn)公式中列出的 就是指這個(gè)范圍的數(shù)值。就是指這個(gè)范圍的數(shù)值。 第19頁/共51頁 v1 A1 A2 v2 1 1 2 2 突擴(kuò)圓管局部水頭損失系數(shù)的理論結(jié)果突擴(kuò)圓管局部水頭損失系數(shù)的理論結(jié)果 局部水頭損失局部水頭損失 細(xì)管平均流速細(xì)管平均流速v1 取取1-1，2-2兩斷面如圖兩

18、斷面如圖 兩斷面面積都為兩斷面面積都為A2 粗管平均流速粗管平均流速v2 第20頁/共51頁 動(dòng)量方程動(dòng)量方程 v1 A1 A2 v2 1 1 2 2 代入局部水頭損失的表達(dá)式代入局部水頭損失的表達(dá)式 020121 , 均取為均取為1.0 第21頁/共51頁 v2 A2 A1 v1 2 2 1 1 突擴(kuò)圓管局部水頭損失之所以能夠?qū)С錾鲜鼋馕霰磉_(dá)式是因?yàn)椋和粩U(kuò)圓管局部水頭損失之所以能夠?qū)С錾鲜鼋馕霰磉_(dá)式是因?yàn)椋?我們假設(shè)我們假設(shè)1-1斷面上的測管水頭為常數(shù)；斷面上的測管水頭為常數(shù)； 1-1，2-2兩斷面的面積相等。兩斷面的面積相等。 )1 (5 . 0 1 2 A A 對應(yīng)下游，即細(xì)管中的速度水

19、頭。對應(yīng)下游，即細(xì)管中的速度水頭。 其它各種彎管、截門、閘閥等的局部水頭損失系數(shù)可查表或由經(jīng)驗(yàn)公式獲得。其它各種彎管、截門、閘閥等的局部水頭損失系數(shù)可查表或由經(jīng)驗(yàn)公式獲得。( (p.463) ) 突縮圓管的突縮圓管的1-1，2-2兩斷面必須分別取在粗管和細(xì)管中，這是由流動(dòng)結(jié)構(gòu)決定的，因此突縮圓管的局部水頭損失不能解析表達(dá)，只有經(jīng)驗(yàn)公式兩斷面必須分別取在粗管和細(xì)管中，這是由流動(dòng)結(jié)構(gòu)決定的，因此突縮圓管的局部水頭損失不能解析表達(dá)，只有經(jīng)驗(yàn)公式 第22頁/共51頁 有壓有壓管道恒定流動(dòng)水力計(jì)算主要解決以下幾方面問題：管道恒定流動(dòng)水力計(jì)算主要解決以下幾方面問題： 83 有壓管道恒定流動(dòng)的水力計(jì) 算 計(jì)

20、算管道輸水能力；計(jì)算管道輸水能力； 確定作用水頭；確定作用水頭； 計(jì)算沿程壓強(qiáng)分布。計(jì)算沿程壓強(qiáng)分布。 21 2 222 2 2 111 1 22 w h g vp z g vp z 實(shí)際流體恒定總流能量方程 沿程損失沿程損失 局部損失局部損失 已能定量分析，原則上解決了恒定總流能量方程中的粘性損失項(xiàng)。已能定量分析，原則上解決了恒定總流能量方程中的粘性損失項(xiàng)。 管道中的滿流管道中的滿流 第23頁/共51頁 有壓管道的進(jìn)口是淹沒的，出口分自由和淹沒兩種情況，它們的作用水頭是不同的。有壓管道的進(jìn)口是淹沒的，出口分自由和淹沒兩種情況，它們的作用水頭是不同的。 一一. .簡單管道的水力計(jì)算簡單管道的水

21、力計(jì)算 自由出流自由出流 v OO 1 1 2 2 H 第24頁/共51頁 上游總水頭和下游測管水頭之差，用于支付出口速度水頭和全部水頭損失（包括沿程損失及所有局部損失）。上游總水頭和下游測管水頭之差，用于支付出口速度水頭和全部水頭損失（包括沿程損失及所有局部損失）。 v OO 1 1 2 2 H 改寫改寫 作用水頭作用水頭 第25頁/共51頁 jf hh g vp z g vp z 21 2 222 2 2 111 1 2 )() 2 ( = H 0 = 0 g v d l 2 2 g v 2 2 g v 2 )( 2 = = v OO 1 1 2 2 H 管系流量系數(shù)管系流量系數(shù) 作用水頭

22、作用水頭 H 第26頁/共51頁 v OO 1 1 2 2 3 3 淹沒出流淹沒出流 z h jf hh g vp z g vp z 21 2 222 2 2 111 1 2 )() 2 ( = z+h 0 = g v d l 2 2 g v 2 2 g v 2 )( 2 = = h 作用水頭作用水頭 z 第27頁/共51頁 v OO 1 1 2 2 3 3 z h 3221 21 2 333 3 2 111 1 2 )() 2 ( jjf hhh g vp z g vp z = z+h 0 = g v d l 2 2 g v 2 )( 2 = = 用用3-3斷面作下游斷面斷面作下游斷面 0

23、h g v g vv 22 )( 22 32 = 出口水頭損失按突擴(kuò)計(jì)算出口水頭損失按突擴(kuò)計(jì)算 第28頁/共51頁 v OO 1 1 2 2 3 3 z h 管系流量系數(shù)管系流量系數(shù) 淹沒與自由出流相比，作用水頭不同，管系流量系數(shù)相同，局部損失中不包含淹沒與自由出流相比，作用水頭不同，管系流量系數(shù)相同，局部損失中不包含2-2斷面斷面出口損失。出口損失。 第29頁/共51頁 流量模數(shù)流量模數(shù) 與流量具有相同的量綱與流量具有相同的量綱 如果作用水頭的如果作用水頭的95%以上用于沿程水頭損失，我們就可以略去局部損失及出口速度水頭，認(rèn)為全部作用水頭消耗在沿程，這樣的管道流動(dòng)稱為水力長管。否則為水力短管

24、。以上用于沿程水頭損失，我們就可以略去局部損失及出口速度水頭，認(rèn)為全部作用水頭消耗在沿程，這樣的管道流動(dòng)稱為水力長管。否則為水力短管。 水力長管水力長管 對水力長管，根據(jù)連續(xù)方程和謝才公式可知對水力長管，根據(jù)連續(xù)方程和謝才公式可知 RACK 長管長管: :作用水頭作用水頭全部用于支付沿程損失全部用于支付沿程損失 第30頁/共51頁 壓強(qiáng)的沿程分布壓強(qiáng)的沿程分布 入口斷面入口斷面 0-0，任意斷面，任意斷面 i-i 通過有壓管道定常流動(dòng)的水力計(jì)算，容易確定沿程壓強(qiáng)的分布，通過有壓管道定常流動(dòng)的水力計(jì)算，容易確定沿程壓強(qiáng)的分布，得到得到測測壓壓管水頭線。管水頭線。測壓管水頭線低于管軸線，為負(fù)壓。測

25、壓管水頭線低于管軸線，為負(fù)壓。工程中有時(shí)需要避免壓力的低值，為此找出管道中的壓力最低點(diǎn)，檢驗(yàn)其是否滿足要求。如壓力過低，可采取調(diào)整管道位置高程、降低流速等措施解決。工程中有時(shí)需要避免壓力的低值，為此找出管道中的壓力最低點(diǎn)，檢驗(yàn)其是否滿足要求。如壓力過低，可采取調(diào)整管道位置高程、降低流速等措施解決。 第31頁/共51頁 當(dāng)液流局部地區(qū)的壓強(qiáng)降低到一定程度時(shí)，液流的內(nèi)部會(huì)出現(xiàn)氣體（或蒸汽）空泡或空穴，這種現(xiàn)象叫當(dāng)液流局部地區(qū)的壓強(qiáng)降低到一定程度時(shí)，液流的內(nèi)部會(huì)出現(xiàn)氣體（或蒸汽）空泡或空穴，這種現(xiàn)象叫空化空化?？栈瘯?huì)造成水力機(jī)械效率的降低以及氣泡在隨后壓強(qiáng)稍高的區(qū)域潰滅時(shí)的?？栈瘯?huì)造成水力機(jī)械效率的

26、降低以及氣泡在隨后壓強(qiáng)稍高的區(qū)域潰滅時(shí)的空蝕空蝕危害。理論上認(rèn)為壓強(qiáng)低于當(dāng)?shù)販囟认乱后w的蒸汽壓強(qiáng)就要發(fā)生空化。危害。理論上認(rèn)為壓強(qiáng)低于當(dāng)?shù)販囟认乱后w的蒸汽壓強(qiáng)就要發(fā)生空化。 今后有壓管道恒定流動(dòng)的水頭線可依據(jù)水力計(jì)算結(jié)果，比較精確地繪制。今后有壓管道恒定流動(dòng)的水頭線可依據(jù)水力計(jì)算結(jié)果，比較精確地繪制。 在有壓管道恒定流動(dòng)的水力計(jì)算中，有時(shí)會(huì)在流速（流態(tài)）未知的情況下，用到沿程水頭損失系數(shù)，需要預(yù)估流態(tài)，決定沿程水頭損失系數(shù)，解出流速后再予以驗(yàn)證。在有壓管道恒定流動(dòng)的水力計(jì)算中，有時(shí)會(huì)在流速（流態(tài)）未知的情況下，用到沿程水頭損失系數(shù)，需要預(yù)估流態(tài)，決定沿程水頭損失系數(shù)，解出流速后再予以驗(yàn)證。 第

27、32頁/共51頁 計(jì)算實(shí)例計(jì)算實(shí)例1 1 離心泵管路系統(tǒng)的水力計(jì)算離心泵管路系統(tǒng)的水力計(jì)算 z z2 4 1 2 3 5 1 1 2 2 3 3 水泵最大真空度不超過水泵最大真空度不超過6m l2 l1 水泵允許安裝高度水泵允許安裝高度 水泵揚(yáng)程水泵揚(yáng)程 流量流量Q，吸水管長吸水管長l1，壓水管長，壓水管長l2，管徑，管徑d，提水高度提水高度z ，各局部水頭損失系數(shù)，沿程水頭損失系數(shù)，各局部水頭損失系數(shù)，沿程水頭損失系數(shù) 要求要求 確定確定 計(jì)算計(jì)算 已知已知 第33頁/共51頁 z z2 4 1 2 3 5 1 1 2 2 3 3 l2 l1 0 . 1 5 Q，d v 第34頁/共51頁

28、z z2 4 1 2 3 5 1 1 2 2 3 3 l2 l1 0 . 1 5 水泵揚(yáng)程水泵揚(yáng)程 = 提水高度提水高度 + 全部水頭損失全部水頭損失 第35頁/共51頁 l1 1 3 2 l2 2 2 有壓泄水道的水力計(jì)算有壓泄水道的水力計(jì)算 泄流量泄流量Q，畫出水頭線，畫出水頭線 圓形隧洞圓形隧洞 求求 已知已知 具體例子具體例子Q=392.5m3/s 2 1 第36頁/共51頁 l1 1 3 2 l2 出口斷面由出口斷面由A縮小為縮小為A2 出口流速出口流速管內(nèi)流速管內(nèi)流速 新增出口局部損失新增出口局部損失 具體例子具體例子Q=324m3/s 3 2 1 第37頁/共51頁 l1 1 3

29、 2 l2 出口斷面縮小出口斷面縮小 出口流速稍有增大出口流速稍有增大 管中流速卻顯著減小管中流速卻顯著減小 出流量減小出流量減小 沿程壓強(qiáng)增高沿程壓強(qiáng)增高 第38頁/共51頁 等值長度等值長度 二二. . 復(fù)雜管道的水力計(jì)算復(fù)雜管道的水力計(jì)算 以沿程損失為主，必要時(shí)用等值長度計(jì)及局部損失。以沿程損失為主，必要時(shí)用等值長度計(jì)及局部損失。 水頭線中不畫局部損失和速度水頭。水頭線中不畫局部損失和速度水頭。 Q3 Q2 l1,d1 l2,d2 l3,d3 Q1 q1 q2 hf1 hf2 hf3 H 第39頁/共51頁 n 段串聯(lián)管道各段的流量、流速、管徑、長度可不同，各段損失分別計(jì)算然后疊加，認(rèn)為

30、作用水頭全部用于沿程損失，可得一個(gè)方程段串聯(lián)管道各段的流量、流速、管徑、長度可不同，各段損失分別計(jì)算然后疊加，認(rèn)為作用水頭全部用于沿程損失，可得一個(gè)方程 各段流量間的關(guān)系由連續(xù)原理確定，又可得各段流量間的關(guān)系由連續(xù)原理確定，又可得 n-1個(gè)方程個(gè)方程 Q3 Q2 l1,d1 l2,d2 l3,d3 Q1 q1 q2 hf1 hf2 hf3 H 第40頁/共51頁 n段并聯(lián)管道的水頭損失是相同的，給出段并聯(lián)管道的水頭損失是相同的，給出n-1個(gè)方程個(gè)方程 流量之和為總流量，又可得一個(gè)方程流量之和為總流量，又可得一個(gè)方程 (i=1,n) Q3 Q2 Q1 hf 1=hf 2=hf 3 hfAB hf

31、 CD H AB CD 第41頁/共51頁 分枝狀管網(wǎng)應(yīng)按最不利點(diǎn)設(shè)計(jì)干管，在干管各段的流量分配給定，管徑由經(jīng)濟(jì)流速確定的情況下，可以決定所需作用水頭。此后的支管設(shè)計(jì)就成為已知水頭和流量求管徑的問題。分枝狀管網(wǎng)應(yīng)按最不利點(diǎn)設(shè)計(jì)干管，在干管各段的流量分配給定，管徑由經(jīng)濟(jì)流速確定的情況下，可以決定所需作用水頭。此后的支管設(shè)計(jì)就成為已知水頭和流量求管徑的問題。 第42頁/共51頁 工程上一般采用迭代法確定各管段流量分配，先給出流量分配初值，由經(jīng)濟(jì)流速確定管徑，計(jì)算各閉合環(huán)水頭損失代數(shù)和，根據(jù)各閉合環(huán)代數(shù)和的值，推求校正流量，重新進(jìn)行流量分配，繼續(xù)迭代過程，直至滿足要求。工程上一般采用迭代法確定各管段

32、流量分配，先給出流量分配初值，由經(jīng)濟(jì)流速確定管徑，計(jì)算各閉合環(huán)水頭損失代數(shù)和，根據(jù)各閉合環(huán)代數(shù)和的值，推求校正流量，重新進(jìn)行流量分配，繼續(xù)迭代過程，直至滿足要求。 對環(huán)狀管網(wǎng)的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)可寫出連續(xù)方程，其中獨(dú)立的比總節(jié)點(diǎn)數(shù)少一個(gè)。管網(wǎng)中的每一個(gè)閉合環(huán)水頭損失的代數(shù)和為零。方程總個(gè)數(shù)恰為管網(wǎng)中的管段數(shù)。對環(huán)狀管網(wǎng)的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)可寫出連續(xù)方程，其中獨(dú)立的比總節(jié)點(diǎn)數(shù)少一個(gè)。管網(wǎng)中的每一個(gè)閉合環(huán)水頭損失的代數(shù)和為零。方程總個(gè)數(shù)恰為管網(wǎng)中的管段數(shù)。 Q h h Q f f 2 第43頁/共51頁 液體從孔口以射流狀態(tài)流出，流線不能在孔口處急劇改變方向，而會(huì)在流出孔口后在孔口附近形成收縮斷面，此斷面可視為處

33、在漸變流段中，其上壓強(qiáng)均勻。液體從孔口以射流狀態(tài)流出，流線不能在孔口處急劇改變方向，而會(huì)在流出孔口后在孔口附近形成收縮斷面，此斷面可視為處在漸變流段中，其上壓強(qiáng)均勻。 84 孔口與管嘴的恒定出流 H H0 O O C A AC D C vC v0 g v 2 2 00 第44頁/共51頁 孔口出流的分類孔口出流的分類 小孔口出流、大孔口出流（按小孔口出流、大孔口出流（按H/D 是否大于是否大于10來判定）；來判定）；恒定出流、非恒定出流；恒定出流、非恒定出流；淹沒出流、非淹沒出流；淹沒出流、非淹沒出流；薄壁出流、厚壁出流。薄壁出流、厚壁出流。薄壁出流確切地講就是銳緣孔口出流，流體與孔壁只有周線

34、上接觸，孔壁厚度不影響射流形態(tài)，否則就是厚壁出流，如孔邊修圓的情況，此時(shí)孔壁參與了出流的收縮，但收縮斷面還是在流出孔口后形成。如果壁厚達(dá)到薄壁出流確切地講就是銳緣孔口出流，流體與孔壁只有周線上接觸，孔壁厚度不影響射流形態(tài)，否則就是厚壁出流，如孔邊修圓的情況，此時(shí)孔壁參與了出流的收縮，但收縮斷面還是在流出孔口后形成。如果壁厚達(dá)到34D，孔口就可以稱為管嘴，收縮斷面將會(huì)在管嘴內(nèi)形成，而后再擴(kuò)展成滿流流出管嘴。管嘴出流的能量損失只考慮局部損失，如果管嘴再長，以致必須考慮沿程損失時(shí)就是短管了。，孔口就可以稱為管嘴，收縮斷面將會(huì)在管嘴內(nèi)形成，而后再擴(kuò)展成滿流流出管嘴。管嘴出流的能量損失只考慮局部損失，如果管嘴再長，以致必須考慮沿程損失時(shí)就是短管了。 第45頁/共51頁 非淹沒出流的收縮斷面上相對壓強(qiáng)均為零。對上游斷面非淹沒出流的收縮斷面上相對壓強(qiáng)均為零。對上游斷面O-O和收縮斷面和收縮斷面C-C運(yùn)用能量方程即可得到小孔口非淹沒出流公式運(yùn)用能量方程即可得到小孔口非淹沒出流公式 00