有压管流与孔口管嘴出流(1)

第第5 5章章 有压管流与孔口、管嘴出流有压管流与孔口、管嘴出流 基本概念：基本概念：1 1、压力管路、压力管路：在一定压差下，液流充满全管的流动管在一定压差下，液流充满全管的流动管路。路。管路中的压强可以大于大气压，管路中的压强可以大于大气压，eg：泵的压水管：泵的压水管也可以小于大气压，也可以小于大气压，eg：泵的吸水管：泵的吸水管编辑课件2 2、简单管路、简单管路：是指管径、流速、流量沿程不变，且是指管径、流速、流量沿程不变，且无分支的单线管道。无分支的单线管道。d=C复杂管路：复杂管路：是指由两根以上管道所组成的管路系统。是指由两根以上管道所组成的管路系统。3 3、长管、长管：局部损失与速度水头局部损失与速度水头的总和与沿程损失相的总和与沿程损失相比很小，以至于可以忽略不计的管道。比很小，以至于可以忽略不计的管道。(局部水头损失和流速水头所占比重小于局部水头损失和流速水头所占比重小于5%-10%)短管：短管：局部损失与速度水头的总和超过沿程损失或与局部损失与速度水头的总和超过沿程损失或与沿程损失相差不大，计算水头损失时不能忽略的管道。沿程损失相差不大，计算水头损失时不能忽略的管道。编辑课件4 4、管路的特性曲线、管路的特性曲线：定义：定义：水头损失与流量的关系曲线。水头损失与流量的关系曲线。S管道摩阻。管道摩阻。l编辑课件5.1.1 5.1.1 短管的水力计算短管的水力计算沿程损失、局部损失分别计算，不可忽略沿程损失、局部损失分别计算，不可忽略5.1.2 5.1.2 长管的水力计算长管的水力计算如图，由水池接出一根管路，建立如图所示基准面，如图，由水池接出一根管路，建立如图所示基准面，取取11、22断面建立伯努利方程：断面建立伯努利方程：对于对于长管长管，则有：，则有：Hhf，hf由蔡西公式确定：由蔡西公式确定：式中：式中：K为为流量模数流量模数或特性流量或特性流量水力坡度等于水力坡度等于1时的流量。时的流量。5.1 5.1 简单管路的水力计算简单管路的水力计算编辑课件例例5.1：水泵管路如图，铸铁管直径水泵管路如图，铸铁管直径d=150mm，管长，管长l=180m，管路上装有吸水网（无底阀），管路上装有吸水网（无底阀）一个，全开截止阀一个，管半径与曲率半径之比一个，全开截止阀一个，管半径与曲率半径之比为为r/R=0.5的弯头三个，高程的弯头三个，高程h=100m，流量，流量Q=225m3/h，水温为，水温为20。试求试求水泵的输出功率。水泵的输出功率。编辑课件c值可按值可按巴甫洛夫斯基公式巴甫洛夫斯基公式计算：计算：式中：式中：R水力半径（米）。适用范围水力半径（米）。适用范围0.1R3n粗糙系数，视材料而定。粗糙系数，视材料而定。y与与n及及R有关的指数。有关的指数。对于一般输水管道，常取对于一般输水管道，常取y1/6。曼宁公式：。曼宁公式：K可根据可根据d、n查表选取。查表选取。蔡西系数蔡西系数 或或 编辑课件 1）已知流量已知流量Q、管长、管长l、管壁粗糙系数、管壁粗糙系数n、能量损失、能量损失hf（或作用水头（或作用水头H）时，可通过特性流量）时，可通过特性流量K求出管道求出管道直径直径d。（。（d需规格化）需规格化）2)已知流量已知流量Q、管长、管长l和管径和管径d时，可求出能量损失。时，可求出能量损失。3）已知管长已知管长l、管径、管径d和能量损失，可求出流量和能量损失，可求出流量Q。问题：问题：图示两根完全相同的长管道，只是安装高度不图示两根完全相同的长管道，只是安装高度不同，两管道的流量关系为：同，两管道的流量关系为：A.Q1Q2；C.Q1=Q2；D.不定。不定。公式公式 可用以解决下列三类问题：可用以解决下列三类问题：C编辑课件例例例例5.25.2 已知流量已知流量已知流量已知流量QQ250250升升升升/秒，管路长秒，管路长秒，管路长秒，管路长l l25002500米，作用米，作用米，作用米，作用水头水头水头水头HH3030米。如用新的铸铁管，求此管径是多少？米。如用新的铸铁管，求此管径是多少？米。如用新的铸铁管，求此管径是多少？米。如用新的铸铁管，求此管径是多少？解：解：解：解：由由由由HHh hf f，得，得，得，得取取取取n n0.01110.0111，查表，查表，查表，查表5.25.2，当，当，当，当KK22832283升秒时：升秒时：升秒时：升秒时：管径在管径在管径在管径在350mm350mm（KK17271727）和）和）和）和400mm400mm（KK24642464）之间）之间）之间）之间采用采用采用采用350mm350mm管：管：管：管：，流量不足，流量不足，流量不足，流量不足采用采用采用采用400mm400mm管：管：管：管：，流量满足，流量满足，流量满足，流量满足，水头有富余，管材消耗多。水头有富余，管材消耗多。水头有富余，管材消耗多。水头有富余，管材消耗多。理想方案：理想方案：理想方案：理想方案：350mm350mm和和和和400mm400mm各用一部分（串联）。各用一部分（串联）。各用一部分（串联）。各用一部分（串联）。编辑课件5.2.1 5.2.1 串联管路串联管路由直径不同的数段管子串联在由直径不同的数段管子串联在一起组成的管路。一起组成的管路。流量流量：各段不一定相同，但每一段范围内不变。（可各段不一定相同，但每一段范围内不变。（可在每段末端分出）在每段末端分出）每一段都是简单管路每一段都是简单管路整个管路总水头损失：整个管路总水头损失：按长管计算按长管计算 若无分出流量，各段流量相同，则：若无分出流量，各段流量相同，则：5.2 5.2 管网的水力计算基础管网的水力计算基础编辑课件5.2.2 5.2.2 并联管路并联管路两条或两条以上的简单管道在两条或两条以上的简单管道在同一点分出同一点分出，又，又在另一在另一点汇合点汇合的管路。的管路。如如图图，管管段段1、2、3为为节节点点A、B间间的的并并联联管管路路，其其在在A、B间的水头损失相同。间的水头损失相同。即：即：hfAB=hf1=hf2=hf3流量关系流量关系：Q=Q1+Q2+Q3注注意意：A、B间间1、2、3管管段段的的比比能能损损失失相相等等，各各管管段段的的总总机机械械能能损损失失不不一一定定相相等等（流量不同）。（流量不同）。编辑课件例例5.4：如图各并联管段的直径和长度分别为如图各并联管段的直径和长度分别为d1=150mm，l1=500m，d2=150mm，l2=350m，d3=200mm，l3=1000m。管路。管路总的流量总的流量Q=80L/s，所有管段均为正常管。，所有管段均为正常管。试求并联管路各管段的流量是多少？并联管路的水试求并联管路各管段的流量是多少？并联管路的水头损失是多少？头损失是多少？解解：正常管：正常管K K1 1=K=K2 2=158.4L/s=158.4L/s，K K3 3=341.0L/s=341.0L/s根据并联管路水头损失根据并联管路水头损失h hf1f1=h=hf2f2=h=hf3f3得：得：编辑课件并联管路流量关系：并联管路流量关系：Q=Q1+Q2+Q3=（1+1.195+1.522）Q1=3.717Q1=80 Q1=21.52L/sQ2=25.72L/sQ3=32.76L/s并联水头损失：并联水头损失：编辑课件【例】【例】如图所示的具有并联、串连管路的虹吸管，已如图所示的具有并联、串连管路的虹吸管，已知知H40m，l1200m，l2100m，l3500m，d10.2m，d20.1m，d30.25m，各管段均为正常管。求，各管段均为正常管。求总流量总流量Q。【解】【解】管管1和管和管2并联，此并联管路又与管并联，此并联管路又与管3串连，因此：串连，因此：Hhf2+hf3，查表得：查表得：K1341.0L/s，K253.72L/s，K3618.5L/s，总流量总流量QQ1Q2，故，故Q20.1822Q即即400.002457Q，Q127.6升升/秒秒123H编辑课件5.2.3 5.2.3 连续均匀出流管路连续均匀出流管路连续出流管路：连续出流管路：沿管长连续向外泄出流量沿管长连续向外泄出流量Qp的管路。的管路。通过流量通过流量QT：某管段内通过的固定不变的流量。某管段内通过的固定不变的流量。途泄流量途泄流量Qp：沿管长连续向外泄出的流量。沿管长连续向外泄出的流量。连续均匀出流管路：连续均匀出流管路：沿管段任一单位长度上连续分配沿管段任一单位长度上连续分配的流量都一样。的流量都一样。对连续均匀出流管路：对连续均匀出流管路：近似式近似式 比流量比流量编辑课件实际计算时，引入计算流量：实际计算时，引入计算流量：当当QT0时：时：结论结论：连续均匀出流管路的能量连续均匀出流管路的能量损失，仅为同一通过流量所损失损失，仅为同一通过流量所损失能量的能量的1/3。编辑课件编辑课件类型类型5.2.4 5.2.4 管网的类型及水力计算管网的类型及水力计算枝（树）状管网枝（树）状管网环状管网环状管网经济流速：经济流速：d=100400mm：ve=0.60.9m/sd=4001000mm：ve=0.91.4m/s编辑课件例：枝状管网从水塔例：枝状管网从水塔B沿沿B-1干线输送用水，已知每干线输送用水，已知每段的流量及管路长度，段的流量及管路长度，B处地形标高为处地形标高为28m，供水，供水点末端点点末端点4和和7处标高为处标高为14m，保留水头均为，保留水头均为16m，管道用普通钢管。，管道用普通钢管。求每段直径、水塔高度。求每段直径、水塔高度。1、枝状网水力计算、枝状网水力计算编辑课件已知数值已知数值计算所得数值计算所得数值管段管段管段长度管段长度l管段流量管段流量q(L/s)管道直径管道直径d(mm)流速流速v(m/s)水头损失水头损失hf(m)上侧支管上侧支管3-42-31-23503502002003003500.790.640.831.880.700.56下侧支管下侧支管6-75-61-55002003001502002500.760.790.813.631.081.27水塔到分水塔到分叉点叉点B-14004000.961.2325458013.52540120编辑课件计算原则：计算原则：（1）各节点流入流量等于流出流量。（流）各节点流入流量等于流出流量。（流入为正，流出为负）入为正，流出为负）（2）任一闭合环水头损失之和为零。（顺）任一闭合环水头损失之和为零。（顺时针为正，逆时针为负）时针为正，逆时针为负）2、环状网水力计算、环状网水力计算Q Q1 1Q Q2 2Q Q3 3Q Q4 4Q Q5 5Q Q6 64 45 56 63 32 21 1编辑课件p例题：环状网计算。按最高时用水量例题：环状网计算。按最高时用水量Qh=219.8L/s，计算如下图所示管网。计算如下图所示管网。编辑课件编辑课件5.35.3孔口出流孔口出流孔口分类：孔口分类：大孔口大孔口 H/d10小孔口小孔口H/d105.3.15.3.1薄壁小孔口定常出流薄壁小孔口定常出流薄壁：出孔水流与孔壁仅在薄壁：出孔水流与孔壁仅在周线上接触，即孔壁厚度对周线上接触，即孔壁厚度对出孔水流没有影响。出孔水流没有影响。1 1、小孔口的自由出流、小孔口的自由出流液体经容器壁上孔口流出的水力现象。液体经容器壁上孔口流出的水力现象。编辑课件列列0-0和和c-c的伯努利方程：的伯努利方程：整理后得：整理后得：令：令：流速系数流速系数作用水头作用水头忽略忽略v0，则，则H0=H 编辑课件小孔口自由出流流量：小孔口自由出流流量：薄壁小孔口自由出流的基本公式薄壁小孔口自由出流的基本公式系数说明：系数说明：流量系数，：流量系数，=0.580.62：孔口的收缩系数：孔口的收缩系数0.600.64：流速系数，：流速系数，0.970.980：孔口局部阻力系数：孔口局部阻力系数编辑课件2 2、淹没出流、淹没出流孔口出流淹没在下游水面之下。孔口出流淹没在下游水面之下。由伯努利方程：由伯努利方程：整理后得：整理后得：得：得：孔口淹没出