tumu第六章有壓管路

1、第六章第六章 孔口、管嘴孔口、管嘴出流和有壓管路出流和有壓管路孔口出流：在容器上孔口出流：在容器上開個(gè)孔，水經(jīng)孔口流開個(gè)孔，水經(jīng)孔口流出的水力現(xiàn)象。各類出的水力現(xiàn)象。各類取水、泄水閘孔取水、泄水閘孔管嘴出流：若在孔口上連接長為管嘴出流：若在孔口上連接長為34倍孔徑的倍孔徑的短管，水經(jīng)短管并在出口斷面滿管流出的水短管，水經(jīng)短管并在出口斷面滿管流出的水力現(xiàn)象。消防水槍和水力機(jī)械化施工用水槍力現(xiàn)象。消防水槍和水力機(jī)械化施工用水槍6-1 6-1 薄壁孔口的恒定出流薄壁孔口的恒定出流一、孔口出流分類（）0值大小小孔口出流00.1，可認(rèn)為孔口斷面上各作用水頭相等大孔口出流00.1，斷面上各作用水頭不等（）

2、出流過程中，作用水頭隨時(shí)間變化情況恒定出流非恒定出流（）按孔壁厚度及形狀對(duì)出流影響薄壁孔口出流厚壁孔口出流（）孔口出流時(shí)，根據(jù)出流條件不同自由出流：如果孔口是由液體直接流入大氣的出流淹沒出流：如果在液面下由液體流入液體的出流二、薄壁銳緣小孔口自由出流cAA220000022ccwvvHhgg20()2cccvHg孔口出流的收縮斷面：在距孔口內(nèi)壁約d/2的c-c斷面，此處孔口收縮完畢，流線趨于平行，這個(gè)最小斷面稱孔口出流的收縮系數(shù)，其大小表征了水流經(jīng)孔口后的收縮程度，數(shù)值可由實(shí)驗(yàn)確定。20002vHHg00122cccvgHgH1cc列0-0,c-c斷面的能量方程行進(jìn)流速行進(jìn)流速22cwjcvh

3、hg孔口流速系數(shù)，孔口流速系數(shù)，0.970.98,c=0.060022ccQv AAgHuAgHcAA孔口流出的水流流量孔口流出的水流流量u收縮系數(shù)，由實(shí)驗(yàn)得收縮系數(shù)，由實(shí)驗(yàn)得dc=0.8d,故故0.640.64孔口流量系數(shù)，孔口流量系數(shù)，u=0.64*(0.970.98)0.600.600.620.62H0孔口上游斷面的總水頭，稱為孔口自由出流的作用水頭。行近孔口上游斷面的總水頭，稱為孔口自由出流的作用水頭。行近流速一般都很小，若忽略行近流速水頭，流速一般都很小，若忽略行近流速水頭，H0=H三、薄壁小孔口淹沒出流2221 12 21200222cvvvHHggg 222221 12 21 1

4、2 212() ()22222cvvvvvHHHggggg20002vHHg二以孔口形心的水平面為基準(zhǔn)面，建立能量方程221 12 2012()()22vvHHHgg20(1)2ccvHg001221ccvgHgH0022ccQv AAgHuAgH 1.0c6- 液體經(jīng)管嘴的恒定出流22200000222vvvHggg 20002vHHg2220(1)222vvvHggg一、圓柱形外伸管嘴的恒定出流列a-a,b-b斷面的能量方程001221vgHgH0022nQvAAgHu AgH110.8211 0.50.82 1.00.82nu 1.32nuu孔口說明在相同和d情況下，管嘴的過流能力是孔口

5、的1.32倍。二、圓柱形外管嘴的真空現(xiàn)象二、圓柱形外管嘴的真空現(xiàn)象孔口外面加管嘴后，增加了固壁阻力，為什么過水能力反而增加？因?yàn)楣茏斐隽鞔嬖谥粋€(gè)收縮斷面，其斷面出現(xiàn)真空，在這個(gè)真空作用下，使其流量增加求證：在圓柱形管嘴收縮斷面處的真空值是作用水頭的求證：在圓柱形管嘴收縮斷面處的真空值是作用水頭的0.750.75倍。倍。已知斷面收縮已知斷面收縮=0.64=0.64，管嘴流量系數(shù)，管嘴流量系數(shù)=0.82=0.82。證明:列c、b斷面的能量方程2222ccawpvpvhgg因1ccAvvvA22wjvhhg擴(kuò)代入上式得：2222222cappvvvggg擴(kuò)02vgH10.640.82、把代入上式得

6、 00.75cappH則其真空度為00.75vacpppH22221(1)(1)22cvvgg或圓柱形外管嘴正常工作，需滿足兩個(gè)條件：（）作用水頭m（2）管嘴長度l=(34)d有壓管道有壓管道無壓管道無壓管道有壓流有壓流無壓流無壓流簡單管道簡單管道復(fù)雜管道復(fù)雜管道長管長管短管短管自由出流自由出流淹沒出流淹沒出流簡單管道簡單管道串聯(lián)管道串聯(lián)管道并聯(lián)管道并聯(lián)管道水頭損失以沿程水頭損失為主，局部水頭損失和流速水頭在總損失中所占比重很小，計(jì)算時(shí)可以忽略的管道局部損失在總損失中占有相當(dāng)?shù)谋戎?，?jì)算時(shí)不能忽略的管道前進(jìn)6-短管出流短管出流自由出流自由出流1122HOO淹沒出流淹沒出流2211ZOO2cQA

7、gH2cQAgZ其中其中11cld1cld返回121VgHld12Vgzld短管水力計(jì)算的基本類型短管水力計(jì)算的基本類型當(dāng)已知管道尺寸和輸水能力時(shí)，計(jì)算水頭損失；當(dāng)已知管道尺寸和輸水能力時(shí)，計(jì)算水頭損失；即要求即要求確定通過一定流量時(shí)所必須的水頭確定通過一定流量時(shí)所必須的水頭。管線布置已定，當(dāng)要求輸送一定流量時(shí)，管線布置已定，當(dāng)要求輸送一定流量時(shí)，確定所確定所需的斷面尺寸需的斷面尺寸。當(dāng)管道布置、斷面尺寸及作用水頭已知時(shí)，要求當(dāng)管道布置、斷面尺寸及作用水頭已知時(shí)，要求確定管道通過的流量確定管道通過的流量。對(duì)一個(gè)已知管道尺寸、水頭和流量的管道，要求對(duì)一個(gè)已知管道尺寸、水頭和流量的管道，要求確確定

8、管道各斷面壓強(qiáng)的大小定管道各斷面壓強(qiáng)的大小。返回短管管道系統(tǒng)水頭線的繪制1.1.繪制步驟繪制步驟（1）根據(jù)已知條件，計(jì)算沿流程各管段的沿程水頭損失和各項(xiàng)局部水頭損失（2）從管道進(jìn)口斷面的總水頭開始，沿流程依次減去各項(xiàng)水頭損失，得各相應(yīng)斷面的總水頭值，并連結(jié)得到總水頭線。（3）由總水頭線向下位移一個(gè)沿流程相應(yīng)斷面的流速水頭值，即可得到測(cè)壓管水頭線。2.2.繪制注意事項(xiàng)繪制注意事項(xiàng)（1）局部水頭損失可等效地集中繪制在局部構(gòu)件所在的斷面上。所以局部構(gòu)件前后有兩個(gè)總水頭，以實(shí)降的“臺(tái)階”高度表示局部水頭損失的大?。?）實(shí)際液流的總水頭線永遠(yuǎn)是沿程下降的，任意兩過水?dāng)嗝骈g總水頭下降值即為這個(gè)斷面間液流的

9、水頭損失；測(cè)壓管水頭線可以是沿流程下降、上升或水平的，取決于動(dòng)能與勢(shì)能的相互轉(zhuǎn)化關(guān)系。（3）應(yīng)注意管道進(jìn)出口處的邊界條件。 進(jìn)口，起點(diǎn)為上游容器的總水頭 出口，自由出流Hp交于出口斷面的形心上 淹沒出流Hp在下游斷面的自由表面上（4）測(cè)壓管水頭與相應(yīng)斷面的管軸位置高差即為壓強(qiáng)水頭。所以Hp高出管道軸線的區(qū)域?yàn)檎龎簠^(qū)，低于則為負(fù)壓區(qū)OHV0011測(cè)壓管水頭線的定性分析測(cè)壓管水頭線的定性分析22Vgpg前進(jìn)V00202Vg22Vg前進(jìn)2211V00V下022Vg前進(jìn)2211V00V下022Vg返回管道水力計(jì)算特例管道水力計(jì)算特例虹吸管及水泵虹吸管及水泵ZZs 虹吸管是一種壓力管，頂部彎曲虹吸管是一

10、種壓力管，頂部彎曲且其高程高于上游供水水面。其頂部且其高程高于上游供水水面。其頂部的真空值一般不大于的真空值一般不大于78m水柱高。水柱高。虹吸管虹吸管安裝高度安裝高度Zs越大，頂部真空值越大，頂部真空值越大。越大。 虹吸管的優(yōu)點(diǎn)在于能跨越高地，虹吸管的優(yōu)點(diǎn)在于能跨越高地，減少挖方。減少挖方。 虹吸管長度一般不長，故按短管虹吸管長度一般不長，故按短管計(jì)算。計(jì)算。1122 通過水泵轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動(dòng)的作用，通過水泵轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動(dòng)的作用，在水泵進(jìn)口端形成真空，使水在水泵進(jìn)口端形成真空，使水流在池面大氣壓作用下沿吸水流在池面大氣壓作用下沿吸水管上升，流經(jīng)水泵時(shí)從水泵獲管上升，流經(jīng)水泵時(shí)從水泵獲得新的能量，從而輸入壓

11、力管，得新的能量，從而輸入壓力管，再流入水塔。再流入水塔。安裝高度安裝高度提水高度提水高度安裝高度安裝高度ZZs吸水管吸水管壓水管壓水管水泵向單位重量液體所提供的機(jī)械能，稱為水泵的揚(yáng)程twwHZhh吸水管壓水管返回例題：用水泵自水庫例題：用水泵自水庫A A向水庫向水庫B B作恒定輸水。水泵揚(yáng)程作恒定輸水。水泵揚(yáng)程H H10m10m，管道直徑管道直徑d d100mm100mm，管長，管長L L100m100m，管壁謝才系數(shù)，管壁謝才系數(shù)C C62.6m62.6m1/21/2/s/s，進(jìn)進(jìn)0.80.8，出出1.01.0，略去彎頭損失；水庫水位差為，略去彎頭損失；水庫水位差為7.82m7.82m，管

12、最高處中心點(diǎn)管最高處中心點(diǎn)C C與與B B水庫水面高差為水庫水面高差為3m3m，C C點(diǎn)至水庫點(diǎn)至水庫A A的管長為的管長為60m60m。求管內(nèi)流量。求管內(nèi)流量Q Q及及C C點(diǎn)真空度。點(diǎn)真空度。解：求解：求Q Q取水庫A水面為基準(zhǔn)面，取水庫水面A-A、B-B為計(jì)算斷面，自由液面點(diǎn)為計(jì)算點(diǎn)，列A-A至B-B能量方程如下：0007.8200wHh2288 9.80.0262.6gC22(0.8 1.0)22wL VVhdgg代入(1)式得:V V1.4m/s1.4m/s故故Q=3.14Q=3.140.10.12 21.4/41.4/40.011m0.011m3 3/s/s11L/s11L/s(1

13、)求求C C點(diǎn)真空度點(diǎn)真空度列列A-AA-A斷面至斷面至C-CC-C斷面能量方程斷面能量方程：0+0+0+H7.82+3+pC/+V2/2g+hW1 （2）hW1（L1/d）（V2/2g）+0.8V2/2g1.28m取1.0，代入（2）式得：pC/-2.2m故C點(diǎn)真空度pV/2.2m例題：如圖所示，用一根虹吸管從水箱中取水，虹吸管管徑例題：如圖所示，用一根虹吸管從水箱中取水，虹吸管管徑d d5cm5cm，管總長管總長10. 5m，管道沿程阻力系數(shù)，管道沿程阻力系數(shù)0.300.30，彎管局部阻力系數(shù)，彎管局部阻力系數(shù)彎彎0.20.2，進(jìn)口處局部阻力系數(shù)為，進(jìn)口處局部阻力系數(shù)為1 1，l lABA

14、B3.5m3.5m，試求管中流，試求管中流量和管內(nèi)最大真空度。（量和管內(nèi)最大真空度。（1515分）分）解：以管出口處為基準(zhǔn)面，列1-1,2-2斷面的能量方程20 0 0 02wvHhg 2222wfjbl vvhhhd gg 進(jìn)進(jìn)1.022wvHhggvgv2)05. 05 .103 . 02 . 00 . 1 (2522解得v=1.226m/s, 故sLvdQ/41. 242 管道最高點(diǎn)B處的真空度為最大，以水箱水面為基準(zhǔn)面，在水箱水面與管道B點(diǎn)之間建立伯努利方程：gvgvpB2)05. 05 . 33 . 02 . 00 . 1 (25 . 6522解得mpB28. 3所以B點(diǎn)真空度為：3

15、.28m水柱6-長管的水力計(jì)算222482VQggd24QQVAd22202582l VQ lHS lQdggd列列1-1,2-2斷面能量方程斷面能量方程22fl VHhdg自由出流自由出流1122HOO淹沒出流淹沒出流2211ZOO一、簡單管路：管徑、管壁粗糙狀況和流量沿流程不變的無一、簡單管路：管徑、管壁粗糙狀況和流量沿流程不變的無分枝的管道分枝的管道0258Sgd比阻比阻比阻計(jì)算方法比阻計(jì)算方法0258Sgd28gC161CRn（）謝才公式（）謝才公式025264Sd C將將代入上式得代入上式得若已知若已知n,d即可求出即可求出S0（3）舍維列夫公式（針對(duì)舊鋼管與舊鑄鐵管）舍維列夫公式（

16、針對(duì)舊鋼管與舊鑄鐵管） 紊流過渡區(qū)紊流過渡區(qū) V1.2m/s粗糙區(qū)粗糙區(qū) V1.2m/s0.30.30.01790.867(1)dv0.30.0210d0.305.35.30.8670.0017360.0017360.852(1)Svdd05.30.001736Sd二、串聯(lián)管道的水力計(jì)算二、串聯(lián)管道的水力計(jì)算沒有流量流出，各管段的聯(lián)接點(diǎn)水流符合連續(xù)性方程：沒有流量流出，各管段的聯(lián)接點(diǎn)水流符合連續(xù)性方程：1iiiQQq計(jì)算特點(diǎn)：計(jì)算特點(diǎn)：串聯(lián)管道的總水頭損失等于各串聯(lián)管段水頭損失串聯(lián)管道的總水頭損失等于各串聯(lián)管段水頭損失之和之和2011nnfii iiiiHhS lQQ2Q1Q3q1q2H返回2

17、0i iHQS l三、并聯(lián)管道的水力計(jì)算三、并聯(lián)管道的水力計(jì)算在兩節(jié)點(diǎn)之間，首尾并接兩根以上支管的管道在兩節(jié)點(diǎn)之間，首尾并接兩根以上支管的管道稱為并聯(lián)管道。各支管的流量與總流量應(yīng)滿足稱為并聯(lián)管道。各支管的流量與總流量應(yīng)滿足連續(xù)性方程連續(xù)性方程各支管的水頭損失相等各支管的水頭損失相等Q4Q1Q2Q3Q5H123ffffhhhh水流滿足能量方程水流滿足能量方程45fffHhhh或或返回2221 112 223 33S lQS l QS l Q各節(jié)點(diǎn)的流量各節(jié)點(diǎn)的流量 ：Q4=Q1+Q2+Q3=Q5四、沿程均勻泄流管道的水力計(jì)算四、沿程均勻泄流管道的水力計(jì)算沿程均勻泄流管路：給水工程中，有的配水管和

18、沖洗管要求沿著管子泄出，沿程均勻泄流管路：給水工程中，有的配水管和沖洗管要求沿著管子泄出，若單位長度上泄出的流量均為若單位長度上泄出的流量均為q（q稱為途泄流量稱為途泄流量），這種管子稱），這種管子稱轉(zhuǎn)輸流量轉(zhuǎn)輸流量Q：通過這一段管路并繼：通過這一段管路并繼續(xù)向下游管道輸送的流量續(xù)向下游管道輸送的流量設(shè)距出口設(shè)距出口x處的處的M斷面上斷面上,流量為流量為 QM=qx+Q22 201()3fHhS l QQqlq l20fMdhS Qdx222 20000()(2)llfH hSQ qx dx SQQ qx qx dx近似寫成近似寫成20(0.55)HS l Qql20(0.55)HS l Qq

19、l0.55cQQql20013HS lQ 實(shí)際計(jì)算中實(shí)際計(jì)算中,常引用計(jì)算流量常引用計(jì)算流量 當(dāng)轉(zhuǎn)輸流量當(dāng)轉(zhuǎn)輸流量Q=0時(shí)時(shí)20cHS lQ若沿程均勻泄流管道無轉(zhuǎn)輸流量若沿程均勻泄流管道無轉(zhuǎn)輸流量Q,而只有途泄流量而只有途泄流量Q0時(shí),其水頭損失僅為簡單管道在通過流量為Q時(shí)的1/3例題：圖示為水塔供水的串聯(lián)管道。各管段的管長例題：圖示為水塔供水的串聯(lián)管道。各管段的管長L1L1300m300m， L2L2200m200m，L3L3100m100m。各管管徑。各管管徑d1=200mmd1=200mm，d2=150mmd2=150mm，d3=100mmd3=100mm，沿程阻力系數(shù)沿程阻力系數(shù)0.030.03，在，在L2L2段內(nèi)均勻泄流量段內(nèi)均勻泄流量q q0.1L/sm0.1L/sm，Q3Q310L/s10L/s，求水頭，求水頭H H。解：按長管計(jì)算，Hhf計(jì)算各管段比阻：2612626188 0.037.76(/)9.8 3.140.2Ssmgd2622626288 0.0332.71(/)9.8 3.140.15Ssmgd2632626388 0.03248.39(/)9.8 3.140.1Ssmgd132100.1 20030 /Q