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1、2019/2/26,5.1 孔口自由出流 5.2 孔口淹没出流 5.3 管嘴出流 5.4 简单管路 5.5 管路的串联与并联 5.6 管网计算基础 5.7 有压管中的水击,第五章 孔口管嘴管路流动,2019/2/26,5.1 孔口自由出流,在容器侧壁或底壁上开一孔口，容器中的液体自孔口出流到大气中，称为孔口自由出流 由于水在容器中流动的沿程损失甚微，故仅在孔口处发生能量损失。右图所示为一具有锐缘的小孔口，出流流股与孔口壁接触仅是一条周线，当流体通过此接触壁面时，由于流线不能成直线突然改变方向，只能以圆滑曲线逐渐弯曲。,2019/2/26,薄壁小孔口出流公式,1. 孔口自由出流,令,2019/2
2、/26,称为速度系数，,称为收缩系数,称为孔口流量系数，0.600.62,2019/2/26,2 . 收缩系数,全部收缩,非全部收缩,完善收缩的薄壁圆形小孔口,2019/2/26,5.2 孔口淹没出流,当液体通过孔口出流到另一个充满液体的空间时称为淹没出流，当液面为大气压时，根据伯努利能量方程，可写出：,令,2019/2/26,比较自由出流和淹没出流的基本公式 自由出流,淹没出流,2019/2/26,当p1 p2 0时，淹没出流流量分析：,2019/2/26,当为气体淹没出流时，其流量表达式为：,综上所述，当为液体淹没出流时：,2019/2/26,孔口淹没出流的应用,在管道中装设孔板，测得孔板
3、前后渐变断面上的压差，即可求得管中流量。这种装置叫孔板流量计。,孔板流量计：,2019/2/26,因为流量、管径在给定条件下不变，所以测压断面上流速相等，故,对于液体：,对于气体：,孔板流量计：,2019/2/26,5.3 管嘴出流,圆柱形外管嘴出流,当圆孔壁厚等于3-4d时，或者在孔口处外接一段长l3-4d的圆管时，此时的出流称为圆柱形外管嘴出流，外接短管称为管嘴。,2019/2/26,令,2019/2/26,对于锐缘进口：,2019/2/26,比较自由出流、淹没出流和管嘴出流流量计算的基本公式,淹没出流,自由出流,管嘴出流,流量系数相等，0.60.62,流量系数=0.82,2019/2/2
4、6,柱状管嘴内的真空度,2019/2/26,2019/2/26,2019/2/26,其它类型管嘴出流,一、流线形管嘴 二、收缩圆锥形管嘴 三、扩大圆锥形管嘴,2019/2/26,作业：5-3，5-4，5-10,2019/2/26,5.4 简单管路,4.1简单管路中的流动 为了研究流体在管路中流动规律，首先要讨论在简单管路中的流动。所谓简单管路就是具有相同管径d，相同流量Q的管段，他们是组成各种复杂管路的基本单元。,2019/2/26,令,则：,2019/2/26,对于风机带动的气体管路，有：,令,则有：,对已给定的管路是一个定数，它综合反映了管路上的沿程阻力和局部阻力情况，故称为管路阻抗。引入
5、这一概念对分析管路流动较为方便。,两式所表示的规律为：简单管路中，总阻力损失与体积流量平方成正比。,2019/2/26,4.2水泵水头 水泵水头（又称扬程）不仅用来克服流动阻力，还用来提高液体的位置水头、压强水头，使之流到高位压力水箱中。,水泵水头(又称扬程)不仅用来克服流动阻力，还用来提高液体的位置水头、压强水头，使之流到高位压力水箱中。,2019/2/26,4.3虹吸管 所谓虹吸管即管道中一部分高出上游供水液面的简单管路。,2019/2/26,4.3虹吸管,令：,于是,式中,2019/2/26,虹吸管最大真空高度,代入v得：,2019/2/26,5.5 管路的串联与并联,任何复杂管路都是由
6、简单管路经串联、并联组合而成。因此研究串联、并联管路的流动规律十分重要。 5.1串联管路 串联管路是由许多简单管路首尾相接组合而成，如图5-14所示。,2019/2/26,节点：管段相接之点称为节点，如图中a点、b点。 在每一个节点上都遵循质量平衡原理，即流入的质量流量与流出的质量流量相等，当常数时，流入的体积流量等于流出的体积流量，取流入流量为正，流出流量为负，则对于每一个节点可以写出Q=0。因此对串联管路（无中途分流或合流）则有：Q1=Q2Q3,因流量Q各段相等，于是得,串联管路阻力损失，按阻力叠加原理有：,2019/2/26,5.2并联管路 流体从总管路节点a上分出两根以上的管段，而这些
7、管段同时又汇集到另一节点b上，在节点a和b之间的各管段称为并联管路，如图5-15所示。,同串联管路一样，遵循质量平衡原理，常数时，应满足Q0，则。点上流量为,2019/2/26,于是得到并联管路计算原则：并联节点上的总流量为各支管中流量之和；并联各支管上的阻力损失相等。总的阻抗平方根倒数等于各支管阻抗平方根倒数之和。,设S为并联管路的总阻抗，Q为总流量，则有：,代入式,有：,2019/2/26,注意：,并联管路各段上的水头损失相等并不意味着它们的能量损失也相等，因为各段阻力不同，流量也就不同，以同样的水头损失乘以不同的重力流量（即 ）所得到的各段功率损失是不同的。,2019/2/26,5.6
8、管网计算基础,按能量损失大小,按管道系统结构,长管,短管,凡局部阻力和出口速度水头在总的阻力损失中，其比例不足 5 的管道系统，称为水力长管,在水力计算中，同时考虑沿程损失和局部损失的管道系统,简单管道,复杂管道,串联,并联,枝状,网状,2019/2/26,6.1枝状管网,例如，作为枝状管网类型之一，图517所给出的，是由三个吸气口，六根简单管路，并串联而成的排风枝状管网。,根据并、串联管路的计算原则，可得到该风机应具备的压头为,风机应具有的风量为,2019/2/26,常遇到的水力计算，基本有两类：,1管路布置已定，则管长L和局部构件的型式和数量均已确定。在已知各用户所需流量Q及末端要求压头h
9、c的条件下，求管径d和作用压头H。 这类问题先按流量Q和限定流速v求管径d。所谓限定流速，是专业中根据技术、经济要求所规定的合适速度在这个速度下输送流量经济合理。如除尘管路中，防止灰尘沉积堵塞管路，限定了管中最小速度；热水采暖供水干管中，为了防止抽吸作用造成的文管流量过少，而限定了干管的最大速度。各类管路有不同的限定流速，可在设计手册中查得。 在管径d确定之后，对枝状管网便可进行阻力计算。然后按总阻力及总流量选择泵或风机。,2019/2/26,2已有泵或风机，即已知作用水头H，并知用户所需流量Q及末端水头hc，在管路布置之后已知管长，求管径d。,在求出J之后根据,求出管径d，并定出局部构件型式
10、及尺寸。 最后进行校核计算，计算出总阻力与已知水头核对。,这类问题首先按H-hc求得单位长度上允许损失的水头。,2019/2/26,6.2环状管网 如图518所示。它的特点是管段在某一共同的节点分支，然后又在另一共同节点汇合。是很多个并联管路组合而成。因此环状管网遵循串联和并联管路的计算原则，并存在下列两个条件：,(1)任一节点(如G点)流人和流出的流量相等。即,这是质量平衡原理的反映。,2019/2/26,(2)任一闭合环路(如ABGFA)中，如规定顺时针方向流动的阻力损失为正，反之为负，则各管段阻力损失的代数和必等于零。即,这是并联管路节点间各分支管段阻力损失相等的反映。 环状管网根据上述
11、两个条件进行计算，理论上没什么困难，但在实际计算程序上是相当繁琐的。因此环状管网的计算方法较多，教材仅对哈迪克罗斯的方法做一简单介绍，采用此方法，易于编制计算机程序。,2019/2/26,1将管网分成若干环路如图519上分成I、II、III三个闭合环路，按节点流量平衡确定流量Q，选取限定流速v，定出管径D。,2按照上面规定的流量与损失在环路中的正负值，求出每一环路的总损失 hH(以后写作hi)。,3根据上面给定的流量Q，若计算出来的hi 不为零，则每段管路应加校正流量Q，而与此相适应的阻力损失修正值为hi。,2019/2/26,0.15,0.15,0.15,0.10,-0.03,-0.08,-
12、0.01,-0.01,0.04,-0.03,2019/2/26,5.7 有压管中的水击,水击：在压力管路中，由于液体流速的急剧变化，从而造成管中液体的压力显著、反复、迅速的变化，对管道有一种“锤击”的特征，称这种现象为水击。(或叫水锤),由于水击而产生的压强增加可能达到管中原来正常压强的几十倍甚至几百倍，而且增压和减压交替频率很高，其危害性很大，严重对会便管路发生破裂。,2019/2/26,水击传播过程,a、压缩过程在时间为 时，水击波传播到管道进口，这时整个管道压力都升高了Ph，液体受到压缩，密度增高，管壁膨胀。,b、压缩恢复过程由M-M断面以水击波的传播速度向管道末端N-N传播。从阀门关闭
13、时算起，经过 时间后，管道中液体压缩恢复，各处压力正常P,2019/2/26,d、膨胀恢复过程压力的恢复由M-M断面以水击波的传播速度向N-N断面传播，从关闭阀门时算起，经过 时，管道中液体压力都恢复到正常情况下的密度，结束膨胀状态。,c、膨胀过程与压缩过程的传播情形一样，膨胀将由N-N断面以水击波传播速度向M-M断面传播，从关闭阀门算起，经过 后，管道中液体处于膨胀状态，压力比正常情况下低Ph,2019/2/26,水击类型,间接水击： 即反射的膨胀波陆续到达阀门时，阀门还没有完全关闭，阀门处压强还不到最大值Ph。,正水击：阀门迅速关小。流量急剧减少，表现为管道中压力骤然升高。,负水击：阀门迅
14、速开大，流量急剧增大，表现为管道中压力骤然下降,直接水击：阀门关闭的时间 ，即第一道反射的膨胀波还未到达阀门，阀门已经关闭。阀门处将产生最大的水击压强Ph。,2019/2/26,水 击 危 害,1、影响管道系统的正常流动和水泵的正常运转 2、水击现象发生时，引起压力升高的数值可能达到正常压力的几倍甚至几百倍，使管壁材料及管道上的设备受到很大的压力产生严重变形以致破坏。 3、反复冲击会使金属表面损坏，打出许多麻点。,2019/2/26,水击消除方法,产生水锤的内因是液体的惯性和压缩性，外因是外部扰动(如阀门的开闭、水泵的启停。) 防止措施： 增加阀门启闭时间； 尽量缩短管道的长度； 增大管道直径； 以及管道上装设安全阀门或空气室，以限制压力突然升高的数值或压力降得太低的数值； 汽水管道投入运行前，应彻底疏水和充分暖管。,
