工程流體力學(xué)-第七章

第七章壓力管路孔口和管嘴出流第一節(jié)簡單長管的水力計(jì)算第二節(jié)復(fù)雜管路的水力計(jì)算第三節(jié)短管的水力計(jì)算第四節(jié)水擊現(xiàn)象第五節(jié)孔口和管嘴的水力計(jì)算教學(xué)基本要求1、了解有壓管流的基本特點(diǎn)，掌握管流分為長管流動和短管流動的條件。2、掌握簡單管道的水力計(jì)算和測壓管水頭線、總水頭線的繪制，并能確定管道內(nèi)的壓強(qiáng)分布。3、了解復(fù)雜管道的特點(diǎn)和計(jì)算方法。4、了解有壓管道中的水擊現(xiàn)象和水擊傳播過程。學(xué)習(xí)重點(diǎn)

1、掌握長管、短管以及有壓流的計(jì)算及其應(yīng)用，了解管道的串、并聯(lián)；2、理解有壓管道的水擊現(xiàn)象和水擊傳播過程。以上各章中討論了液體運(yùn)動的基本規(guī)律，導(dǎo)出了水力學(xué)的基本方程——連續(xù)方程、能量方程及動量方程，并闡述了水頭損失的計(jì)算方法，應(yīng)用這些基本原理即可研究解決工程中常見的水力計(jì)算問題，如有壓管道中的恒定流、明渠恒定流及水工建筑物的水力計(jì)算等。本章討論的重點(diǎn)是有壓管中恒定流的水力計(jì)算。即短管（水泵裝置、虹吸管、倒虹吸管）、長管的水力計(jì)算和測壓管水頭線和總水頭線的繪制。第一節(jié)簡單長管的水力計(jì)算有壓管道：管道周界上的各點(diǎn)均受到液體壓強(qiáng)的作用。有壓管中的恒定流：有壓管中液體的運(yùn)動要素不隨時(shí)間而變。一、壓力管路在進(jìn)行壓力管路的水力計(jì)算時(shí)，可根據(jù)沿程水頭損失和局部水頭損失所占比例的大小，把壓力管路分為兩類：短管和長管短管是指管路中水流的流速水頭和局部水頭損失都不能忽略不計(jì)的管道(室內(nèi)管路，如聯(lián)合站、計(jì)量間內(nèi)管件較多的管路)；1.短管和長管長管是指流速水頭與局部水頭損失之和遠(yuǎn)小于沿程水頭損失，在計(jì)算中可以忽略的管道為，一般認(rèn)為（局部水頭損失+流速水頭）＜10%的沿程水頭損失，可以按長管計(jì)算(室外管路，如油田地面集輸管路、外輸管路)

。需要注意的是：長管和長管不是完全按管道的長短來區(qū)分的。將有壓管道按長管計(jì)算，可以簡化計(jì)算過程。但在不能判斷流速水頭與局部水頭損失之和遠(yuǎn)小于沿程水頭損失之前，按短管計(jì)算不會產(chǎn)生較大的誤差。2.簡單（長管）管路和復(fù)雜管路簡單（長管）管路是指流體從入口到出口均在同一等直徑管道中流動，沒有出現(xiàn)流體的分支或匯合的管路。復(fù)雜管路包括串聯(lián)管路、并聯(lián)管路、分支管路和管網(wǎng)。ABABC并聯(lián)管路分支管路廣東省天然氣主干管網(wǎng)規(guī)劃圖3.簡單（長管）管路的設(shè)計(jì)計(jì)算問題（1）第一類問題：已知地形、流體性質(zhì)、輸送量、管路幾何尺寸計(jì)算管路的水頭損失或壓降。（2）第二類問題：已知地形、流體性質(zhì)、管路幾何尺寸和允許壓降計(jì)算管路輸送量。（3）第三類問題：已知地形、流體性質(zhì)、輸送量、管長設(shè)計(jì)計(jì)算最佳管徑。說明：（1）對第一類問題，根據(jù)已知條件可以直接計(jì)算得到結(jié)果；（2）對第二、三類問題，由于輸送量或管徑未知，無法求取流體流動的雷諾數(shù)，不能判斷流型，不能確定摩擦系數(shù)，需要采用試差法或迭代計(jì)算。二、長管的能量方程能量供給能量消耗對于長管，由于速度水頭可以忽略不計(jì)，其總水頭線和測壓管水頭線重合。三、管路設(shè)計(jì)計(jì)算三類問題的求解方法（1）第一類問題：已知地形、流體性質(zhì)、輸送量、管路幾何尺寸計(jì)算管路的水頭損失或壓降。方法一計(jì)算步驟：（2）第二類問題：已知地形、流體性質(zhì)、管路幾何尺寸和允許壓降計(jì)算管路輸送量（最大輸送量）。計(jì)算步驟：方法二計(jì)算步驟：（3）第三類問題：已知地形、流體性質(zhì)、輸送量、管長設(shè)計(jì)計(jì)算最佳（最經(jīng)濟(jì)）管徑。（1）管徑和壓降都是未知數(shù)；（2）在一定的流量下，管徑的大小直接影響流速的大小和流動狀態(tài)的變化，也就影響水頭損失（壓降）的大小。選擇適宜的管徑此外，（1）管中流速過大，管子易于磨損，迅速關(guān)閉閥門時(shí)，易于產(chǎn)生較大的水擊壓力，造成管子破裂。（2）管中流速過小，液體中的雜質(zhì)易于在管中沉淀，侵蝕管壁并增大摩擦阻力。一般油田內(nèi)部管路中的液體流速為1~2m/s左右為宜；外輸管路中的流速為1~3m/s。常用管路的經(jīng)濟(jì)流速見教材141頁表7-2設(shè)計(jì)管徑的步驟：（1）根據(jù)設(shè)計(jì)流量，在適宜的流速范圍內(nèi)選擇幾種不同的管徑；（2）按照選擇的管徑，求出相應(yīng)的實(shí)際流速；（3）根據(jù)實(shí)際流速、管徑和油品粘度，求出雷諾數(shù)，判別流動狀態(tài)，進(jìn)一步求出水頭損失；（4）由總水頭損失及壓力確定泵的揚(yáng)程和功率，從而算出每年動力消耗費(fèi)用；（5）計(jì)算出全部設(shè)備每年的折舊費(fèi)；（6）把選用不同管徑時(shí)，每年所需的全部開支一一算出；（7）以管徑為橫坐標(biāo)，年費(fèi)用為縱坐標(biāo)，繪成曲線；（8）曲線C的最低點(diǎn)所對應(yīng)的管徑dm即為所求的最經(jīng)濟(jì)管徑；（9）管徑的圓整。第一節(jié)復(fù)雜管路的水力計(jì)算除簡單管路外的管路系統(tǒng)統(tǒng)稱復(fù)雜管路，如串聯(lián)管路、并聯(lián)管路等。這里以串聯(lián)和并聯(lián)管路為例討論復(fù)雜管路的水力計(jì)算問題，并忽略管路中局部水頭損失和出流速度水頭。一、串聯(lián)管路

串聯(lián)管路特點(diǎn)：各管段流量相等，總水頭等于各段沿程損失之和。如圖有對于長管，局部損失可不計(jì)，則有對于直徑不變的單一管路對于直徑不變的單一長管，，則有簡單串聯(lián)管路計(jì)算實(shí)例Qm=Qm1+Qm2Q=Q1+Q2VAB12∑hfAB=∑hf1=∑hf2（各支管總阻力相等）二.并聯(lián)管路☆

☆☆在穩(wěn)定流狀態(tài)下，A、B兩點(diǎn)處的測壓管水頭必然維持穩(wěn)定因而能夠自動調(diào)節(jié)各管的流量，使各管的水頭損失都相等。證明注意：在計(jì)算并聯(lián)管路的能量損失時(shí)，只需計(jì)算一根支管的能量損失即可，絕不能將并聯(lián)的各管段的阻力全部加在一起作為并聯(lián)管路的能量損失。各支管的流量比為：支管越長、管徑越小、阻力系數(shù)越大——流量越??；反之——流量越大。

ABCD12COAB分支管路三、分支管路與匯合管路

在輸油和輸水管路上，經(jīng)常要鋪設(shè)分支管線來連接油水井或各種儲液罐分支管路∑H1=∑H2(各支管終點(diǎn)總能量相等)P1P2012VV1V2

Q=Q1+Q2∑hf=∑hf2

∑hf2

(總的沿程水頭損失等于各管段水頭損失的總和)0-10-2對多個分支，則有證明：比較上兩式，得(1)(2)

現(xiàn)將閥門關(guān)小，阻力增加使流量Qv3下降。下游阻力增大，上游壓強(qiáng)上升，使P0↑。此時(shí)，Qv1、Qv2同時(shí)降低，但因P2<P1，Qv2下降更快。

P1P2Qv1Qv20Qv3P3當(dāng)閥門關(guān)小到一定程度，致使Qv2=0，繼續(xù)關(guān)小則Qv2作反向流動。P0↑，則阻力與動能之和下降，u0↓。三.匯合管路第三節(jié)短管的水力計(jì)算一、簡單短管自由出流的基本公式以0’—0’為基準(zhǔn)面，列0-0和2-2斷面能量方程：令——為管道系統(tǒng)的流量系數(shù)。二、簡單短管淹沒出流的基本公式

以下游水面為基準(zhǔn)面，列1-1和2-2斷面的能量方程：令令三、簡單短管水力計(jì)算的基本類型1、已知流量Q和管道直徑d，計(jì)算管道的作用水頭。根據(jù)具體流態(tài)選用相應(yīng)的沿程阻力系數(shù)公式，解出沿程阻力系數(shù)后，應(yīng)用流量計(jì)算公式計(jì)算作用水頭。2、已知水頭H和管道直徑d，計(jì)算通過的流量Q。假設(shè)一個最可能的流態(tài)并計(jì)算沿程阻力系數(shù)，得到結(jié)果后，校核流態(tài)是否與假設(shè)的流態(tài)相符合。若符合則計(jì)算結(jié)束，否則應(yīng)另外假設(shè)流態(tài)重新計(jì)算。3、已知通過管道流量Q，確定管道直徑d（1）管道的作用水頭H確定，管道的直徑由流量公式計(jì)算。（2）確定所需的管道直徑d及相應(yīng)的作用水頭H根據(jù)管道類型選定管道允許流速，計(jì)算出管道直徑d，通過已知流量計(jì)算H。4、已知管道直徑，作用水頭H和流量Q，確定管道各斷面壓強(qiáng)的大小（1）繪制步驟1）計(jì)算各項(xiàng)局部水頭損失和各管段的沿程水頭損失。2）從管道進(jìn)口斷面的總水頭依次減去各項(xiàng)損失，得各斷面的總水頭值，連結(jié)成總水頭線（逐漸繪制從進(jìn)口到出口的總水頭線）。假定hf均勻分布在整個管段上（直線），假定hm集中發(fā)生在邊界改變處。

3）總水頭線減去速度水頭得測壓管水頭線。（2）注意事項(xiàng)

1）進(jìn)口：注意總水頭線的起點(diǎn)。

2）出口：注意測壓管水頭線的終點(diǎn)四、管路特性曲線管路特性曲線以Q為橫坐標(biāo)，H為縱坐標(biāo)。反映了流量與水頭損失的關(guān)系。說明：（1）管路特性曲線取決于流動狀態(tài)，流動狀態(tài)又取決于流量。（2）Q較小時(shí)，管路處于層流，H~Q呈直線；Q較大時(shí)，管路處于湍流，H~Q呈曲線。應(yīng)用在設(shè)計(jì)裝卸油管路及選泵時(shí)經(jīng)常用到。管網(wǎng)計(jì)算基礎(chǔ)管網(wǎng)由簡單回路、并聯(lián)、串連管路組合而成，基本可分為枝狀管網(wǎng)和環(huán)狀管網(wǎng)兩種。環(huán)狀管網(wǎng)

配水管網(wǎng)的一種布置方式，管道縱橫相互接通，形成環(huán)狀。枝狀管網(wǎng)

配水管網(wǎng)的一種布置形式，干管和支管分明，形成樹枝狀?！局罟芫W(wǎng)】水力計(jì)算原則（1）管路布置已定，則管長和局部構(gòu)件的型式和數(shù)量均已確定，在已知用戶所需流量和末端要求壓頭的條件下，求管徑和作用壓頭。這類問題是按流量和限定流速求管徑。確定管徑后，對枝狀管網(wǎng)進(jìn)行水力計(jì)算，然后按照總壓力及總流量選泵和風(fēng)機(jī)（2）已有泵和風(fēng)機(jī)，即已知作用水頭，并知用戶所需流量及末端水頭，在管路布置后已知管長，求管徑。這類問題是先求得單位長度上的允許損失水頭，查手冊確定當(dāng)量長度，求出管徑，最后校合計(jì)算。5.5.1水擊現(xiàn)象水擊是有壓管道中的非恒定流現(xiàn)象。當(dāng)有壓管道中的閥門突然開啟、關(guān)閉或水泵因故突然停止工作，使水流流速急劇變化，引起管內(nèi)壓強(qiáng)發(fā)生大幅度交替升降。這種變化以一定的速度向上游或下游傳播，并且在邊界上發(fā)生反射，這種水流現(xiàn)象叫作水擊，交替升降的壓強(qiáng)稱為水擊壓強(qiáng)。

產(chǎn)生水擊現(xiàn)象的原因是由于液體存在慣性和可壓縮性。水擊現(xiàn)象的實(shí)質(zhì)上是由于管道內(nèi)水體流速的改變，導(dǎo)致水體的動量發(fā)生急劇改變而引起作用力變化的結(jié)果。水擊具有破壞性第四節(jié)水擊現(xiàn)象水擊現(xiàn)象實(shí)例（泵汽蝕現(xiàn)象）

汽蝕的概念

1.1893年，人們首次發(fā)現(xiàn)汽蝕現(xiàn)象。之后，對螺旋槳、水輪機(jī)和水泵等水力機(jī)械的汽蝕問題進(jìn)行了大量研究。隨著機(jī)器越來越向高速運(yùn)轉(zhuǎn)方向發(fā)展，汽蝕一直是水力機(jī)械中很重要的問題。2.液體在一定溫度下，降低壓力至該溫度下的汽化壓力時(shí)，液體便產(chǎn)生氣泡。把這種產(chǎn)生氣泡的現(xiàn)象稱為汽蝕。

1.泵在運(yùn)轉(zhuǎn)中，若過流部分的局部區(qū)域（通常是葉輪葉片進(jìn)口稍后的某處），因?yàn)槟撤N原因，抽送液體的絕對壓力下降到當(dāng)時(shí)溫度下的汽化壓力時(shí)，液體便在該處開始汽化，產(chǎn)生蒸汽、形成氣泡。

2.這些氣泡隨液體向前流動，至某高壓處時(shí)，氣泡周圍的高壓液體致使氣泡急驟地縮小以至破裂。在氣泡破裂的同時(shí)，液體質(zhì)點(diǎn)將以高速填充空穴，發(fā)生互相撞擊而形成水擊。

3.這種現(xiàn)象發(fā)生在固體壁上將使過流部件受到腐蝕破壞。

泵內(nèi)汽蝕的過程

汽蝕產(chǎn)生的氣泡和爆破過程

泵產(chǎn)生汽蝕的現(xiàn)象產(chǎn)生噪聲和振動

由于泵汽蝕時(shí)，在高壓區(qū)發(fā)生連續(xù)破滅產(chǎn)生強(qiáng)烈水擊，而產(chǎn)生噪聲和振動，可以聽到像爆豆似的劈劈啪啪的聲音。根據(jù)噪音可以檢測汽蝕的初生。2.過流部件的腐蝕破壞

泵長時(shí)間在汽蝕條件下工作時(shí)，泵過流部件在某些地方會遭到腐蝕破壞。一種是由于氣泡破滅時(shí)產(chǎn)生高頻（600~25000HZ）強(qiáng)烈沖擊，壓力高達(dá)49Mpa，致使金屬表面出現(xiàn)機(jī)械剝蝕；另一種是由于汽化時(shí)放出熱量，并有溫差電池作用產(chǎn)生水解，產(chǎn)生的氧氣使金屬氧化，發(fā)生化學(xué)腐蝕。3.性能下降

泵汽蝕時(shí)葉輪內(nèi)的能量交換受到干擾和破壞，在外特性上的表現(xiàn)是Q-H曲線，Q-P、Q-η曲線下降，嚴(yán)重時(shí)會使泵中的液流中斷，不能工作。不同比轉(zhuǎn)速泵因汽蝕引起的性能曲線下降

離心泵混流泵軸流泵

水擊礁石飛濺海灘-自然風(fēng)景-自然風(fēng)景,海灘自然美絢麗絢麗壯觀絢麗壯觀

日本濱岡核電廠發(fā)生放射能泄漏事故

2001年11月7日下午發(fā)生在日本靜岡縣中部電力（公司）濱岡核電廠的管線破裂事故。事故原因：在一號發(fā)電機(jī)組緊急反應(yīng)堆冷卻系統(tǒng)中的“L”形管線內(nèi)發(fā)現(xiàn)了一些積水，因此推測這些積水和水蒸氣相遇時(shí)急速膨脹并產(chǎn)生強(qiáng)烈沖擊波，從而造成“水擊現(xiàn)象”使管線破裂。

據(jù)了解，1996年發(fā)生于日本四國電力（公司）伊方核電廠的3號機(jī)組蒸氣噴出事故，就是因?yàn)楣芫€內(nèi)的積水和高溫水蒸氣接觸造成的。另外，在關(guān)西電力（公司）美濱核電廠也發(fā)生過類似原因的事故。日本濱岡核電廠發(fā)生放射能泄漏事故在壓力管道中，由于液體流速的急劇改變，從而造成瞬時(shí)壓力顯著、反復(fù)、迅速變化的現(xiàn)象，稱為水擊，也稱水錘。引起水擊的基本原因是：（1）當(dāng)壓力管道的閥門突然關(guān)閉或開啟時(shí)，當(dāng)水泵突然停止或啟動時(shí)，因瞬時(shí)流速發(fā)生急劇變化，引起液體動量迅速改變，而使壓力顯著變化。（2）管道上止回閥失靈，也會發(fā)生水擊現(xiàn)象。（3）在蒸汽管道中，若暖管不充分，疏水不徹底，導(dǎo)致送出的蒸汽部分凝結(jié)成水，體積突然縮小，造成局部真空，周圍介質(zhì)將高速向此處沖擊，也會發(fā)出巨大的音響和振動。危害：水擊現(xiàn)象發(fā)生時(shí)，壓力升高值可能為正常壓力的好多倍，使管壁材料承受很大應(yīng)力；壓力的反復(fù)變化，會引起管道和設(shè)備的振動，嚴(yán)重時(shí)會造成管道、管道附件及設(shè)備的損壞。一、水擊現(xiàn)象的基本原理第一階段（突然關(guān)閉閥門）水擊的傳播速度為c瞬間液體的全部動能液體的壓能和管壁的變性能被壓縮液體的壓力增加，稱為水擊壓力。臨近閥門處厚度為△S的液體第一層液體停下來第二層液體停下來液體依次停下來形成一個高壓區(qū)和低壓區(qū)的分界線以速度c從閥門處向貯液池方向傳播c第二階段（在閥門關(guān)閉t=l/c時(shí)到達(dá)管道口）壓力波面?zhèn)鞯焦茏尤肟谔幑苈穬?nèi)液體依次停止流動（壓縮狀態(tài)）管內(nèi)壓力>貯液池內(nèi)壓力管內(nèi)緊靠貯液池的一層液體以沖向貯液池水擊壓力消失，恢復(fù)正常壓力液體高、低壓區(qū)分界面以速度c從貯液池處向閥門方向傳播c第三階段（在閥門關(guān)閉t=2l/c時(shí)壓力波到達(dá)閥門）整個管路中液體的壓力恢復(fù)原狀瞬間，緊鄰閥門的一層液體以向貯液池方向流動（慣性作用）緊鄰閥門前的一層液體加倍膨脹第二層、第三層液體依序在慣性作用下，膨脹所形成的減壓波仍以速度c從閥門處向貯液池方向傳播c第四階段在t=4l/a時(shí)到達(dá)閥門（在閥門關(guān)閉t=3l/c時(shí)減壓波到達(dá)管道口）c整個管路中液體的處于低壓靜止?fàn)顟B(tài)貯液池內(nèi)壓力>管內(nèi)壓力液體又以沖向管中緊鄰管子入口處的一層液體的壓力恢復(fù)到正常壓力波以速度c從貯液池處向閥門方向傳播管路中液體又恢復(fù)到正常速度由貯液池流向閥門重復(fù)上述過程緊鄰閥門處，理想情況下液體壓力隨時(shí)間變化的圖形循環(huán)、衰減水擊具有破壞性水擊波的傳播過程衰減性壓力波在傳播過程中，存在液流阻力和管道變形能量消耗二、水擊的分類t0=2l/c——相長

TM——閥門關(guān)閉時(shí)間

根據(jù)閘門關(guān)閉（或開啟）的時(shí)間TM與相長t的比值，我們把水擊分為兩類：（1）直接水擊：閘門關(guān)閉（或開啟）的時(shí)間TM＜t0（關(guān)閉很快）。（2）間接水擊：指閘門關(guān)閉（或開啟）的時(shí)間TM＞t0（關(guān)閉較慢）。說明：由于直接水擊壓強(qiáng)遠(yuǎn)大于間接水擊壓強(qiáng)，破壞性較強(qiáng)，在實(shí)際工程中應(yīng)盡可能采取措施，避免產(chǎn)生直接水擊破壞。三、防止產(chǎn)生直接水擊破壞的措施（1）縮短壓力管道的長度；（2）延長閥門關(guān)閉的時(shí)間TM；（3）減小壓力管道中的水流流速；（4）安裝水擊消除閥；（5）設(shè)置調(diào)壓室。水擊具有破壞性四、直接水擊壓力的計(jì)算c0——水中聲音傳播速度（1435m/s）E——水的彈性系數(shù)（2×109Pa）E0——管材彈性系數(shù)（鋼：206×106kPa）e——管材壁厚五、壓力傳播速度液體E,Pa

管材E,Pa水

鋼管石油

鑄鐵管

液體和管材的彈性系數(shù)六、間接水擊壓力的計(jì)算例題：有一水電站引水鋼管，管長l=2000m，管徑D=500mm，管壁厚度e=10mm，管內(nèi)流速3m/s,水的彈性系數(shù)為E=19.6×108N/m2，鋼管的彈性系數(shù)為E0

=19.6×1010N/m2

。試求：在3秒內(nèi)閥門全部關(guān)閉時(shí)的水擊壓強(qiáng)。解：相長為

∵TM=2s＜t=3.41s∴水擊為直接水擊水擊壓強(qiáng)為

第五節(jié)孔口和管嘴的水力計(jì)算

孔口和管嘴出流在工程技術(shù)中有著廣泛的應(yīng)用，在許多領(lǐng)域都可以見到。

例如，水利工程上的閘孔，水力采煤用的水槍，汽車發(fā)動機(jī)的汽化器，柴油機(jī)的噴嘴，以及液壓技術(shù)中油液流經(jīng)滑閥、錐閥、阻尼孔等都可歸納為孔口出流問題。高壓噴射鉆井所用噴嘴，注水井中分層定量配水所用的配水嘴，水箱、蓄水池、堤壩的孔洞以及貯液池容器的泄水孔。三峽大壩開閘泄洪景象三峽大壩開閘泄洪景象

水利工程上的閘孔錐齒輪節(jié)流截止放空閥

錐閥式飲水器

HOOCAACDCv0vC孔口出流CD3～4DvCvc分離、漩渦區(qū)管嘴出流vOO1122H有壓管流不同點(diǎn)：沿程損失不一樣（見下表）。

流動型式局部損失沿程損失孔口出流∨×管嘴出流∨很小，可忽略有壓管流∨∨共同點(diǎn)：同屬壓力流動本節(jié)討論液體孔口和管嘴出流的基本概念，研究流體出流的特征，確定出流速度、流量和影響它們的因素。通過對這些問題的研究，以便使我們進(jìn)一步掌握流體流動基本規(guī)律的應(yīng)用。一、孔口出流的分類1.孔口出流：流體流經(jīng)孔口的流動現(xiàn)象。2.孔口出流的分類（1）根據(jù)壁厚是否影響射流形狀可分：薄壁孔口和厚壁孔口（2）按孔口直徑d

和孔口形心在液面下深度H的比值不同可分：大孔口和小孔口（3）根據(jù)出流空間情況可分：自由出流和淹沒出流（4）水頭隨時(shí)間變化分：恒定出流和非恒定出流（1）薄壁孔口和厚壁孔口1、如果液體具有一定的流速，能形成射流，且孔口具有尖銳的邊緣，此時(shí)邊緣厚度的變化對于液體出流不產(chǎn)生影響，出流水股表面與孔壁可視為環(huán)線接觸，這種孔口稱為薄壁孔口。

特征：L/d≤22、如果液體具有一定的速度，能形成射流，此時(shí)雖然孔口也具有尖銳的邊緣，射流亦可以形成收縮斷面，但由于孔壁較厚，壁厚對射流影響顯著，射流收縮后又?jǐn)U散而附壁，這種孔口稱為厚壁孔口或長孔口，有時(shí)也稱為管嘴。特征：2＜L/d≤4薄壁孔口厚壁孔口（管嘴）3、收縮斷面：薄壁孔口邊緣尖銳，而流線又不能突然轉(zhuǎn)折，經(jīng)過孔口后射流要發(fā)生收縮，在孔口下游附近的c-c斷面處，射流斷面積達(dá)到最小處的過流斷面。以Ac表示。4、收縮系數(shù)：收縮斷面面積與孔口的幾何斷面積之比，即

ε=Ac/A。5、出流特征：液體從薄壁孔口出流時(shí)，沒有沿程能量損失，只有收縮而產(chǎn)生的局部能量損失，而液體從厚壁孔口出流時(shí)不僅有收縮的局部能量損失，而且還有沿程損失。

（2）大孔口和小孔口按孔口直徑d

和孔口形心在液面下深度H的比值不同可分1.小孔口：以孔口斷面上流速分布的均勻性為衡量標(biāo)準(zhǔn)，如果孔口斷面上各點(diǎn)的流速是均勻分布的，則稱為小孔口。2.大孔口：如果孔口斷面上各點(diǎn)的流速相差較大，不能按均勻分布計(jì)算，則稱為大孔口。大孔口小孔口(3)

自由出流和淹沒出流1.自由出流：以出流的下游條件為衡量標(biāo)準(zhǔn)，如果流體經(jīng)過孔口后出流于大氣中時(shí)，稱為自由出流；2.淹沒出流：如果出流于充滿液體的空間，則稱為淹沒出流。二、薄壁圓形小孔的穩(wěn)定自由出流的水力計(jì)算1.分析取圖中的1-1和c-c斷面列伯努利方程整理得：通過孔口的流速計(jì)算式當(dāng)A1>>Ac,并注意到αc≈1，則得流速系數(shù)通過孔口的流量為2.兩種特例1、若容器上部為自由液面且小孔自由出流時(shí)，有2、高壓系統(tǒng)（），則有3.孔口出流系數(shù)的測定射流軌跡法測定ε如圖8-3所示，孔口出流射入大氣后成為平拋運(yùn)動，將坐標(biāo)原點(diǎn)取在收縮斷面上，測量射流上任一點(diǎn)的坐標(biāo)x和y，如果忽略射流四周的空氣阻力，則消去時(shí)間t，得收縮斷面c-c上的平均流速4.收縮系數(shù)與阻力系數(shù)5.完全收縮與部分收縮（1）完全收縮：孔口距離器壁很遠(yuǎn)，因此器壁對孔口的收縮情況毫無影響，這種收縮稱為完全收縮。（2）非完全收縮：孔口四周都有收縮，但某一邊距離器壁較近，其收縮情況受到器壁的影響，因而這種收縮稱為非完全收縮。（3）部分收縮：有的邊根本不收縮，只有部分邊有收縮，因而稱為部分收縮。6.淹沒出流的水力計(jì)算7.厚壁孔口自由出流（管嘴出流）3帶有外伸圓柱形厚壁孔口的容器。取1-1、2-2兩緩變流斷面列伯努利方程管嘴出流的特點(diǎn)：管嘴只有內(nèi)收縮而無外收縮，這是它與薄壁孔口的區(qū)別之一。區(qū)別之二是管嘴阻力損失由下列三部分組成：一是入口阻力損失，二是c-c斷面后的擴(kuò)大阻力損失，三是后半段上沿程能頭損失。管嘴出流速度特例分析：當(dāng)液體從薄壁圓孔口出流時(shí)，其流量系數(shù)μ=0.61，而厚壁孔口的流量系數(shù)μ=0.82，為薄壁孔口的1.34倍。于是當(dāng)孔口面積相同時(shí)，通過厚壁孔口的流量大于薄壁孔口。產(chǎn)生這個結(jié)果的原因可解釋為：當(dāng)液體從厚壁孔口流到大氣中去時(shí)流速為v2，在收縮斷面上的流速vc>v2，因此收縮斷面上的壓強(qiáng)pc一定小于管嘴出流斷面上的壓強(qiáng)，即小于大氣壓強(qiáng)pa，這樣就在厚壁孔口的內(nèi)收縮斷面上產(chǎn)生真空，將液體從容器中吸入流體，從而使厚壁孔口比面積相同的薄壁孔口流出更多的流量。為什么流量會變大？（1）由真空作用所產(chǎn)生的壓頭為0.74H是個比較大的數(shù)值。（2）該值遠(yuǎn)大于加裝管嘴增加的液流阻力所引起的損失的水頭。因此，同樣H和A的條件下，管嘴流量大于孔口流量。那么為了增大管嘴流量，是否真空值越大越好呢？（1）如果真空值過大，c-c斷面處壓力過低→液體內(nèi)部將產(chǎn)生氣泡，產(chǎn)生氣化現(xiàn)象。（2）外部空氣也將經(jīng)過管嘴進(jìn)入真空區(qū)內(nèi)→產(chǎn)生水股與管嘴脫離想象。與孔口出流情況相同，并不能達(dá)到增加流量的目的。要保證圓柱形外管嘴的正常工作，必須滿足兩個條件：（1）最大真空度不能超過7m，即H=7/0.74=9.5m;（2）L=(3~4)D。說明：太長則會使阻力增加，變成短管；太短，則液流尚未充滿管嘴就流出，或者真空區(qū)域太接近管嘴出口而被破壞。工程上為了增加孔口的泄水能力或?yàn)榱嗽黾?減少)出口的速度，常采用不同的管咀形式管嘴的類型液流孔口和各種管嘴的出流系數(shù)第六節(jié)壓強(qiáng)沿程變化和水頭線的繪制用以下例子說明總水頭線和測壓管水頭線的繪制。

v122gv222g管道突然縮小總水頭線測壓管水頭線v122gv222g管道突然放大總水頭線測壓管水頭線v22gv22g管道中的閥門總水頭線測壓管水頭線

管道測壓管水頭線和總水頭線11H122334455ipi/γv0hwiH10總水頭線測壓管水頭線v022g步驟1：先定出不計(jì)能量損失的總水頭11H122334455ipi/γv0hwiH10總水頭線測壓管水頭線v022g步驟2：定出管道末端的總水頭11H122334455ipi/γv0hwiH10總水頭線測壓管水頭線v022g步驟3：尋求最后一個局部損失處（4）下游11H122334455ipi/γv0hwiH10總水頭線測壓管水頭線v022g步驟4：計(jì)算45段的能量損失hf4511H122334455ipi/γv0hwiH10總水頭線測壓管水頭線v022g步驟6：以管道末端總水頭線為基礎(chǔ)，在4處向上量取hf

45，得4-4斷面右側(cè)總水頭點(diǎn)11H122334455ipi/γv0hwiH10總水頭線測壓管水頭線v022ghf

45步驟6：以右側(cè)總水點(diǎn)起，再量取一個4處的局部水頭損失，得到4-4斷面左側(cè)的總水頭點(diǎn)

11H122334455ipi/γv0hwiH10總水頭線測壓管水頭線v022ghf

45步驟7：逐次向上游推進(jìn)，便可得到總水頭線11H122334455ipi/γv0hwiH10總水頭線測壓管水頭線v022ghf

45步驟8：從總水