孔口、管嘴和有壓管流ppt課件

1、第五章第五章 孔口、管嘴出流及有壓管流孔口、管嘴出流及有壓管流第一節(jié)第一節(jié) 薄壁孔口出流薄壁孔口出流第二節(jié)第二節(jié) 管嘴出流管嘴出流第三節(jié)第三節(jié) 有壓管道恒定流計(jì)算有壓管道恒定流計(jì)算第四節(jié)第四節(jié) 有壓管中的水擊有壓管中的水擊教學(xué)內(nèi)容、重點(diǎn)及難點(diǎn)教學(xué)內(nèi)容、重點(diǎn)及難點(diǎn) 根本內(nèi)容根本內(nèi)容本章在定量分析沿程水頭損失和部分水頭損失的根底上，本章在定量分析沿程水頭損失和部分水頭損失的根底上，對(duì)工程實(shí)踐中最常見的有壓管道恒定流動(dòng)和孔口、管嘴對(duì)工程實(shí)踐中最常見的有壓管道恒定流動(dòng)和孔口、管嘴出流進(jìn)展水力計(jì)算。出流進(jìn)展水力計(jì)算。重、難點(diǎn) 水頭損失的分析和確認(rèn)HH011CAACdCvCv0gv2200第一節(jié)第一節(jié) 薄

2、壁孔口出流薄壁孔口出流液體從孔口以射流形狀液體從孔口以射流形狀流出，流線不能在孔口流出，流線不能在孔口處急劇改動(dòng)方向，而會(huì)處急劇改動(dòng)方向，而會(huì)在流出孔口后在孔口附在流出孔口后在孔口附近構(gòu)成收縮斷面，此斷近構(gòu)成收縮斷面，此斷面可視為處在漸變流段面可視為處在漸變流段中，其上壓強(qiáng)均勻。中，其上壓強(qiáng)均勻。c-c為收縮斷面，收縮系數(shù)：為收縮斷面，收縮系數(shù)：cAA 收縮斷面面積收縮斷面面積 孔口斷面面積孔口斷面面積 pa對(duì)薄壁小孔口：對(duì)薄壁小孔口：= 0.630.64孔口出流的分類孔口出流的分類101Hd 小孔口小孔口101Hd 大孔口大孔口HH011CAACdCvCv0gv2200pa射流斷面上各點(diǎn)流速

3、相等，射流斷面上各點(diǎn)流速相等，水頭相等水頭相等射流斷面上各點(diǎn)水頭、壓強(qiáng)、射流斷面上各點(diǎn)水頭、壓強(qiáng)、流速沿孔口高度變化流速沿孔口高度變化 (1) d/Hd 為孔口直徑或高度為孔口直徑或高度H 為孔口形心以上水頭高度為孔口形心以上水頭高度孔口出流的分類孔口出流的分類自在出流：孔口水流直自在出流：孔口水流直接進(jìn)入空氣，收縮斷面接進(jìn)入空氣，收縮斷面壓強(qiáng)為大氣壓強(qiáng)壓強(qiáng)為大氣壓強(qiáng)HH011CAACdCvCv0gv2200pa (2) 出流條件出流條件淹沒出流：孔口水流進(jìn)淹沒出流：孔口水流進(jìn)入下游水體，孔口在下入下游水體，孔口在下游水面以下游水面以下恒定出流：水箱的水面高度堅(jiān)持恒定出流：水箱的水面高度堅(jiān)持恒

4、定恒定 (3) 孔口水頭變化孔口水頭變化非恒定出流：水箱的水面高度變非恒定出流：水箱的水面高度變化化wcchgvgvH222200對(duì)對(duì)0-0，c-c 列能量方程列能量方程其中其中g(shù)vhhcjw220設(shè)設(shè)gvHH22000000221gHgHvcc98. 097. 0那那么么0022gHAgHAAvQcc流速系數(shù)流速系數(shù)流量系數(shù)流量系數(shù)62. 060. 0其中其中1. 薄壁小孔口自在出流薄壁小孔口自在出流HH0OOCAACdCvCv0gv2200其中其中00111c那那么么H0 作用總水頭孔口流速系數(shù)孔口流速系數(shù)孔口流量系數(shù)孔口流量系數(shù)）（）（gvaHgvaHH22222220010流經(jīng)孔口的部

5、分阻力系數(shù)流經(jīng)孔口的部分阻力系數(shù)0收縮斷面突擴(kuò)的部分阻力系數(shù)收縮斷面突擴(kuò)的部分阻力系數(shù)se98.097.062.060.02.2.薄壁小孔口淹沒出流薄壁小孔口淹沒出流對(duì)對(duì)1-11-1，2-2 2-2 列能量方程列能量方程gvgvHgvHc2)(222se02222200100se0221gHgHvc0022gHAgHAAvQccbl32al311l2lab完全收縮完全收縮非非完完全全收收縮縮無收縮無收縮邊壁的整流作用會(huì)影響收縮系數(shù)，故有完全收縮與非完全邊壁的整流作用會(huì)影響收縮系數(shù)，故有完全收縮與非完全收縮之分，收縮系數(shù)視孔口邊緣與容器邊壁間隔與孔口尺收縮之分，收縮系數(shù)視孔口邊緣與容器邊壁間隔與

6、孔口尺寸之比的大小而定，大于寸之比的大小而定，大于3 3那么可以為完全收縮。那么可以為完全收縮。3.3.流量系數(shù)的影響要素流量系數(shù)的影響要素流量系數(shù)流量系數(shù)部分阻力系數(shù)部分阻力系數(shù) 收縮系數(shù)收縮系數(shù)雷諾數(shù)雷諾數(shù) 邊境條件邊境條件第二節(jié)第二節(jié) 管嘴出流管嘴出流一一. 管嘴出流的水力景象管嘴出流的水力景象(a)外管嘴外管嘴內(nèi)管嘴內(nèi)管嘴 (b)(c)(d)外管嘴外管嘴(a) 直角型外管嘴直角型外管嘴(b) 收縮型外管嘴收縮型外管嘴(c) 分散型外管嘴分散型外管嘴(d) 流線型外管嘴流線型外管嘴孔口周邊接長(zhǎng)度為孔口周邊接長(zhǎng)度為34倍直徑的倍直徑的短管，流體經(jīng)短管流出短管，流體經(jīng)短管流出二、管嘴恒定出流

7、二、管嘴恒定出流對(duì)對(duì)1-11-1，2-2 2-2 列能量方程列能量方程whgvgvH222200忽略管嘴沿程損失，且令忽略管嘴沿程損失，且令gvHH22000那么管嘴出口速那么管嘴出口速度度00221gHgHvnn0022gHAgHAvAQnn其中其中n為管嘴的部分阻力系數(shù)，取為管嘴的部分阻力系數(shù)，取0.5；那么；那么流量系數(shù)流量系數(shù)82. 05 . 0111nn流速系數(shù)流速系數(shù)闡明管嘴過流才干比孔口更強(qiáng)闡明管嘴過流才干比孔口更強(qiáng)82. 0nn62. 060. 0孔口98. 097. 0孔口孔口32. 1nD34DvCvcC管嘴出流流量系數(shù)的加大可以從管嘴收縮斷面處存在管嘴出流流量系數(shù)的加大可

8、以從管嘴收縮斷面處存在的真空來解釋，由于收縮斷面在管嘴內(nèi)，壓強(qiáng)要比孔的真空來解釋，由于收縮斷面在管嘴內(nèi)，壓強(qiáng)要比孔口出流時(shí)的零壓低，必然會(huì)提高吸出流量的才干口出流時(shí)的零壓低，必然會(huì)提高吸出流量的才干 管嘴過流才干比孔口強(qiáng)的緣由管嘴過流才干比孔口強(qiáng)的緣由對(duì)對(duì) B-B，c-c 列能量方程列能量方程wBccchgvgpgvgp2222取真空壓強(qiáng)和真空高度值，得取真空壓強(qiáng)和真空高度值，得Bjcccchgvgvgp2222由由02gHvn而而hw 按突擴(kuò)計(jì)算，得按突擴(kuò)計(jì)算，得022222se) 11(2) 1(2HgvAAgvhhncjw闡明管嘴真空度可達(dá)作用水頭的闡明管嘴真空度可達(dá)作用水頭的7575以

9、以 代入代入1,82. 0,64. 0n那那么么0222) 11(-Hgpnc得得0222Hgvn所以所以022212Hgvnc075. 0Hgpc得得AABBccv2HH0AABBccv2HH0vvAAvcc1又又三、管嘴真空度三、管嘴真空度 構(gòu)成真空時(shí)作用水頭不能夠無窮大，由于當(dāng)真構(gòu)成真空時(shí)作用水頭不能夠無窮大，由于當(dāng)真空度到達(dá)一定時(shí)，其壓強(qiáng)小于汽化壓強(qiáng)，出現(xiàn)汽蝕空度到達(dá)一定時(shí)，其壓強(qiáng)小于汽化壓強(qiáng)，出現(xiàn)汽蝕破壞，而且會(huì)將空氣從管嘴處吸入，破壞真空，而破壞，而且會(huì)將空氣從管嘴處吸入，破壞真空，而成為孔口出流。成為孔口出流。 實(shí)驗(yàn)測(cè)得，當(dāng)液流為水流，管嘴長(zhǎng)度實(shí)驗(yàn)測(cè)得，當(dāng)液流為水流，管嘴長(zhǎng)度 l

10、 =(34)d 時(shí)，管嘴正常任務(wù)的最大真空度為時(shí)，管嘴正常任務(wù)的最大真空度為7.0m，那么作用，那么作用水頭水頭m975. 0m70H 闡明圓柱形外管嘴正常任務(wù)條件是：闡明圓柱形外管嘴正常任務(wù)條件是： l = (3 4) dH09m21222222111122whgvpzgvpz實(shí)踐流體恒定總流能量方程jfwhhh2121沿程損失沿程損失部分損失部分損失第三節(jié)第三節(jié) 有壓管道恒定流計(jì)算有壓管道恒定流計(jì)算 已能定量分析，原那么上處理了恒定總流能量方程中的粘性損失項(xiàng)。短管：短管：長(zhǎng)管：長(zhǎng)管：hf 與與 hj 均較大，不能忽略不計(jì)均較大，不能忽略不計(jì)hj5hfhf 很大，不能忽略，而很大，不能忽略，

11、而hj可忽略不計(jì)可忽略不計(jì) hj 5hfjfhhgvpzgvpz2122222211112)()2(= H0=0 gvdl22gv22gv2)(2=管系管系流量流量系數(shù)系數(shù)作用作用水頭水頭 H H一、短管的水力計(jì)算一、短管的水力計(jì)算gHdlv211gHAvAQc2dlc11vOO1122H自在出流自在出流vOO112233Hhjfhhgvpzgvpz2122222211112)()2(= H+h0= gvdl22gv22gv2)(2=h作用作用水頭水頭 H H淹沒出流淹沒出流vOO112233Hh32212123333211112)()2(jjfhhhgvpzgvpz= H+h0= gvdl2

12、2gv2)(2=用用3-33-3斷面斷面作下游斷面作下游斷面0hgvgvv22)(2232=出口水頭損失出口水頭損失按突擴(kuò)計(jì)算按突擴(kuò)計(jì)算vOO112233Hh管系管系流量流量系數(shù)系數(shù)淹沒出流淹沒出流與自在出與自在出流相比，流相比，作用水頭作用水頭不同，管不同，管系流量系系流量系數(shù)一樣，數(shù)一樣，部分損失部分損失中不包含中不包含2-22-2斷面出斷面出口損失?？趽p失。 dlc11gHAvAQc2gHdlv211zz241235112233l2l1要求要求確定確定計(jì)算計(jì)算知知【例】【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 流量流量Q Q，吸水管長(zhǎng)，吸水管長(zhǎng)L1L1，壓水管長(zhǎng)，

13、壓水管長(zhǎng)L2L2， 管徑管徑d d，提水高度，提水高度z z ，各部分水頭，各部分水頭 損失系數(shù)，沿程水頭損失系數(shù)損失系數(shù)，沿程水頭損失系數(shù) 水泵最大真空水泵最大真空度不超越度不超越6m6m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zz241235112233l2l1gvdlgvpz2)(2022112220 . 1562)(0 . 1 222112pgvdlzgvdlz2)(0 . 1 622112Q，dv【解】【解】 水泵允許安裝高度水泵允許安裝高度zz241235112233l2l10 . 15gvdllzHm2)(0 . 1 2432121 水泵揚(yáng)程 = 提水高度 + 全部水頭

14、損失5作用水頭全部用于支付沿程損失作用水頭全部用于支付沿程損失1122Hvv220 022wvvHhgg那那么么252282lQdggvdlhHf二、長(zhǎng)管的水力計(jì)算二、長(zhǎng)管的水力計(jì)算一、簡(jiǎn)單管路一、簡(jiǎn)單管路比阻單位流量經(jīng)過單比阻單位流量經(jīng)過單位長(zhǎng)度管段產(chǎn)生的水位長(zhǎng)度管段產(chǎn)生的水頭損失頭損失528dgS2SlQH smvdS/2 . 1001736. 03 . 5；smvdvS/2 . 1)001736. 0(867. 01852. 03 . 53 . 0；）（226. 0774. 4000915. 0QdS 比阻比阻S SlHS 由謝才公式和曼寧公式由謝才公式和曼寧公式33. 523 .10d

15、nS 對(duì)鋼管和鑄鐵管對(duì)鋼管和鑄鐵管對(duì)塑料管材對(duì)塑料管材 阻力平方區(qū) 過渡粗糙區(qū)過渡粗糙區(qū)【例】知簡(jiǎn)單管路的【例】知簡(jiǎn)單管路的l =2500ml =2500m，H =30mH =30m，Q =250l/sQ =250l/s， n =0.011n =0.011。求管徑。求管徑d d?！窘狻俊窘狻?2SlQH 由由得得622/ms192. 0lQHS由謝才及曼寧公式，得由謝才及曼寧公式，得33. 523 .10dnS 代入數(shù)據(jù)得代入數(shù)據(jù)得d 388mm介于規(guī)范管徑介于規(guī)范管徑350mm400mm之間之間 串聯(lián)管路串聯(lián)管路niiiinifiQlShH121 并聯(lián)管路并聯(lián)管路iQQQQ21Q1Q2Q3Q

16、Q1122HABwiwwwBwAhhhhh321niiQQ11122Hl1 d1l2 d2Q1Q2二、復(fù)雜管路二、復(fù)雜管路【例】知簡(jiǎn)單管路的【例】知簡(jiǎn)單管路的l =2500ml =2500m，H =30mH =30m，Q =250l/sQ =250l/s，n n =0.011=0.011。求管徑。求管徑d d。【解】【解】 由謝才及曼寧公式，得由謝才及曼寧公式，得33. 523 .10dnS 其中取其中取 d1=400mm，d2=350mm，得，得采用串聯(lián)管路，那么采用串聯(lián)管路，那么221 12 212302500HS l QS l Qlll12404m, 2096mll水擊：在有壓管路中流動(dòng)

17、的液體，由于某種外界水擊：在有壓管路中流動(dòng)的液體，由于某種外界緣由，如閥門或水泵機(jī)組忽然啟閉，轉(zhuǎn)向閥忽緣由，如閥門或水泵機(jī)組忽然啟閉，轉(zhuǎn)向閥忽然變換工位，使得液體流速發(fā)生忽然變化，并然變換工位，使得液體流速發(fā)生忽然變化，并由于液體的慣性作用，引起壓強(qiáng)急劇升高和降由于液體的慣性作用，引起壓強(qiáng)急劇升高和降低的交替變化，這種景象稱為水擊。升壓和降低的交替變化，這種景象稱為水擊。升壓和降壓交替進(jìn)展時(shí)，對(duì)于管壁和閥門的作用好像錘壓交替進(jìn)展時(shí)，對(duì)于管壁和閥門的作用好像錘擊一樣，因此水擊也稱為水錘。擊一樣，因此水擊也稱為水錘。水擊景象是一種典型的有壓管道非恒定流問題，水擊景象是一種典型的有壓管道非恒定流問題

18、，在水擊景象中，由于壓強(qiáng)變化急劇，必需思索流在水擊景象中，由于壓強(qiáng)變化急劇，必需思索流體的緊縮性及管道的彈性。體的緊縮性及管道的彈性。第四節(jié)第四節(jié) 有壓管中的水擊有壓管中的水擊水擊的危害：細(xì)微時(shí)引起噪聲和管路振動(dòng)；水擊的危害：細(xì)微時(shí)引起噪聲和管路振動(dòng)；嚴(yán)嚴(yán)重時(shí)那么呵斥閥門損壞，管路接頭斷開，甚重時(shí)那么呵斥閥門損壞，管路接頭斷開，甚至引起至引起管路的爆裂。水擊引起的壓強(qiáng)降低，使管內(nèi)管路的爆裂。水擊引起的壓強(qiáng)降低，使管內(nèi)形形成真空，有能夠使管路扁縮而損壞。成真空，有能夠使管路扁縮而損壞。有壓管道有壓管道流動(dòng)的流流動(dòng)的流量突變量突變流速突變流速突變由于流動(dòng)的慣由于流動(dòng)的慣性，呵斥壓強(qiáng)性，呵斥壓強(qiáng)大幅

19、動(dòng)搖大幅動(dòng)搖 水擊景象的大致描畫：水擊景象的大致描畫：流體的緊縮性和管道的彈性使動(dòng)流體的緊縮性和管道的彈性使動(dòng)搖在管道中以有限的速度傳播搖在管道中以有限的速度傳播p以閥門忽然封鎖為例，將有一個(gè)增壓、增密度、以閥門忽然封鎖為例，將有一個(gè)增壓、增密度、增管道斷面積、減流速的過程從閥門向上游傳播，增管道斷面積、減流速的過程從閥門向上游傳播，壓強(qiáng)、流速、密度、管道斷面積的延續(xù)面在管道壓強(qiáng)、流速、密度、管道斷面積的延續(xù)面在管道中運(yùn)動(dòng)，這就是水擊波。中運(yùn)動(dòng)，這就是水擊波。水擊危害的預(yù)防水擊危害的預(yù)防1 1延伸閥門封鎖時(shí)間；延伸閥門封鎖時(shí)間；2 2縮短管路長(zhǎng)度；縮短管路長(zhǎng)度；3 3在管路系統(tǒng)的適當(dāng)位置裝設(shè)蓄

20、能器空氣罐或平安閥；在管路系統(tǒng)的適當(dāng)位置裝設(shè)蓄能器空氣罐或平安閥；4 4在管路上裝設(shè)調(diào)壓塔。在管路上裝設(shè)調(diào)壓塔。 水擊的利用水擊的利用 例如，水擊泵便是利用水擊原理設(shè)計(jì)的一種無動(dòng)力揚(yáng)水例如，水擊泵便是利用水擊原理設(shè)計(jì)的一種無動(dòng)力揚(yáng)水 設(shè)備，這種設(shè)備對(duì)于無動(dòng)力和電源的地方是很方便的。設(shè)備，這種設(shè)備對(duì)于無動(dòng)力和電源的地方是很方便的。本章作業(yè)本章作業(yè)習(xí)題習(xí)題 5.15.1，習(xí)題習(xí)題 5.95.9，習(xí)題習(xí)題 5.105.10習(xí)習(xí) 題題例例1 薄壁孔口出流，直徑薄壁孔口出流，直徑d=2cm，水箱水位恒定，水箱水位恒定H=2m。求。求 1、孔口流量、孔口流量Q；2、此孔口外接圓柱形管嘴的流量、此孔口外接圓

21、柱形管嘴的流量Qn; 3、管嘴收縮斷面的真空。、管嘴收縮斷面的真空。解：解：2 2、3 3、1 1、slggHAQ219. 122402. 062. 022slggHAQnn612. 122402. 082. 022mHgpv5 . 1275. 075. 0kPaPapv7 .1414700解：解：例例2 如下圖水箱用隔板分為左右兩個(gè)水箱，隔板上如下圖水箱用隔板分為左右兩個(gè)水箱，隔板上開不斷徑開不斷徑d1=40mm的薄壁小孔口，水箱底接不斷徑的薄壁小孔口，水箱底接不斷徑d2=30mm的外管嘴，管嘴長(zhǎng)的外管嘴，管嘴長(zhǎng)l=0.1m,H1=3m。試求在。試求在恒定出流時(shí)的水深恒定出流時(shí)的水深H2和水箱出流流量和水箱出流流量Q1，Q2。1 . 08 . 9203. 0482. 023204. 0460. 0222222222111HlHgAQHgHHgAQn解：解：例例3 如下圖虹吸管，上下游水池的水位差如下圖虹吸管，上下游水池的水位差H=2.5m，管長(zhǎng)，管長(zhǎng)LAC=15m,LCB=25m，管徑，管徑d=200mm,沿程阻力系數(shù)沿程阻力系數(shù)=0.025，入口部分阻力系數(shù)，入口部分阻力系數(shù)c=1.0，各彎頭部分阻力系數(shù)，各彎頭部分阻力系數(shù)0.2，管頂允許真空度，管頂允許真空度7m，求經(jīng)過流量及最大允許