第三章 管路,孔口和管嘴的水力計(jì)算(3N)

例題4：1解：式中H應(yīng)為所選兩參考斷面之間的高度差，故有：2根據(jù)試算的流量來計(jì)算雷諾數(shù)：另外，涂瀝青的鋼管的當(dāng)量粗糙度3流量的第二次近似值與前次的差別比較大，故還須再次試。根據(jù)流量再次計(jì)算Re：再由莫迪圖查得：再次計(jì)算K值：4例題5：5解：泵的功率應(yīng)等于：式中：H----泵的揚(yáng)程；q----管路流量（不記泵內(nèi)部泄漏）管路需用揚(yáng)程為：為整個(gè)管路的水力損失，可按長管計(jì)算：6所以泵的揚(yáng)程為：所以泵的功率為：7例題6：8解：對(duì)干管和支管1列能量方程，取過支管1出口的水平面為基準(zhǔn)面，取水庫自由表面為1-1斷面，支管1出口斷面為2-2斷面。式中：9將(b)代入(a)得：由此式得：10（C）式給出了干管流量q與支管1流量q1之間的關(guān)系。再列干管與支管2之間的能量方程，用同樣的方法求干管流量q與支管2流量q2之間的關(guān)系，此時(shí)有：11將(e)代入(d)得：由此式得：代入已知數(shù)據(jù)得：12根據(jù)流動(dòng)的連續(xù)性有：將（C）與(f)代入(g)得：采用逐次逼近法求解，假設(shè)解得第一次近似值為：13各管段的相對(duì)粗糙度為：由莫迪圖查得：14這幾個(gè)系數(shù)與零次近似值相差較大，故還須作下一次近似，由的一次近似值計(jì)算它們的二次近似值。反復(fù)進(jìn)行三次近似計(jì)算，最后結(jié)果為：15例題7：16解：因?yàn)檎麄€(gè)管路系統(tǒng)中局部阻力所占比重較小，故水力計(jì)算按長管進(jìn)行。根據(jù)流動(dòng)的連續(xù)性有：由并聯(lián)管路計(jì)算公式：同理可得：17根據(jù)此近似的流量值來計(jì)算雷諾數(shù)：1819二次近似值與一次的值已經(jīng)相當(dāng)接近，可作為本題的答案。20列從A斷面到D斷面的干管能量方程：將(b)代入(a)得：21根據(jù)各管段流量計(jì)算雷諾數(shù)，以求相應(yīng)的阻力系數(shù)：22于是可計(jì)算水塔高度：帶入已知數(shù)據(jù)23作業(yè):3-113-123-1324第八節(jié)管路中的水擊內(nèi)容：1、水擊的物理過程；

2、直接水擊與間接水擊；

3、最大水擊壓力的計(jì)算；

4、水擊波速；

5、減少水擊壓力的措施。自學(xué)25第九節(jié)孔口與管嘴出流一、孔口出流HACCAcⅠⅠ在盛有液體的容器的側(cè)壁或底部開一孔口，液體經(jīng)孔口流出，稱孔口出流；在孔口上裝一段長度為3~4倍孔徑的短管，稱為管嘴，液體經(jīng)管嘴流出，稱管嘴出流。孔口與管嘴出流有一個(gè)共同特點(diǎn)，在水力計(jì)算中局部水頭損失起主要作用，沿稱損失可以略去不計(jì)。用能量方程和連續(xù)方程導(dǎo)出計(jì)算流速和流量的公式，并由實(shí)驗(yàn)確定式中的系數(shù)。

當(dāng)液體從孔口出流時(shí)，由于水流慣性作用，流線不可能成折角的改變方向，因此形成了收縮端面C，其面積用Ac來表示。26

小孔口出流、大孔口出流：D/H＞10為小孔口，D/H＜10為大孔口，D/H為孔口直徑與水頭的比值。恒定出流、非恒定出：自由出流、淹沒出流：在大氣中的出流為自由出流；在水面下的出流為淹沒出流。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3～4D，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。1、孔口出流的分類272、薄壁孔口出流HH0OOCAACDC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。

收縮斷面面積Ac與孔口面積A的比值用ε表示，即：

ε稱為收縮系數(shù)，它是無量綱數(shù)，由實(shí)驗(yàn)確定。28ab完善收縮不完善收縮無收縮如果沿孔口的所有周界上液體都有收縮，稱為全部收縮，反之稱為部分收縮。全部收縮又分為完善收縮和不完善收縮。視孔口邊緣與容器邊壁距離與孔口尺寸之比的大小而定，大于3則可認(rèn)為完全收縮。完善收縮時(shí)，ε的范圍是0.63-0.64。

29以孔口中心的水平面為基準(zhǔn)面，列斷面1-1與收縮斷面C-C之間的能量方程:HH0OOCAACDC30將其代入能量方程可得：孔口自由出流的流量為：（3-44）31（3-45）對(duì)于完善收縮的圓形小孔口，對(duì)于其它情況，可查經(jīng)驗(yàn)公式。對(duì)于大孔口的自由出流的流速及流量仍可采用公式（3-44）和（3-45）計(jì)算，只是相應(yīng)的水頭應(yīng)近似取為孔口形心處的值，具體的流量系數(shù)也與小孔口出流不同，大孔口的流量系數(shù)值見表3-7。32孔口淹沒出流時(shí)，作用于孔口任一點(diǎn)的上、下游的水頭差相等，因此，對(duì)淹沒出流而言,孔口無大小之分。

3、孔口的淹沒出流z2211CC對(duì)斷面1-1和2-2列能量方程：為斷面1至斷面C和斷面C至斷面2的能量損失之和。33（3-47）34淹沒出流的流量為：35AAcAc厚壁孔口出流與薄壁孔口出流的差別在于收縮系數(shù)和邊壁性質(zhì)有關(guān)，注意到收縮系數(shù)定義中的A為孔口外側(cè)面積，容易看出孔邊修圓后，收縮減小，收縮系數(shù)和流量系數(shù)都增大。4.

厚壁孔口出流36如下圖所示，常見的管嘴有五種形式：二、管嘴出流a為圓柱形外管嘴；b為圓柱形內(nèi)管嘴；c為圓錐形收縮管嘴；d為圓錐形擴(kuò)張管嘴；e為流線形管嘴。abcde37管嘴出流的流速和流量公式與孔口出流的形式類似：自由出流時(shí)：淹沒出流時(shí)：38CD3～4DvCvc

圓柱形外伸管嘴出流的局部損失由兩部分組成，即孔口的局部水頭損失及收縮斷面后擴(kuò)展產(chǎn)生的局部損失，水頭損失大于孔口出流。但是管嘴出流為滿流，收縮系數(shù)為1，因此流量系數(shù)仍比孔口大，其出流公式為39管嘴出流流量系數(shù)的加大也可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)要比孔口出流時(shí)的零壓低，必然會(huì)提高吸出流量的能力。CD3～4DvCvc40三、變水頭孔口出流變水頭出流是非定常問題，但在水位隨時(shí)間變化的速率較小的情況下，如果把整個(gè)水頭變化范圍分為若干等份，則在每一等份