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1、第第第第1 1章章章章 流体及其主要物理性流体及其主要物理性流体及其主要物理性流体及其主要物理性质质第第第第2 2章章章章 流体静力学流体静力学流体静力学流体静力学第第第第3 3章章章章 流体流体流体流体动动力学根底力学根底力学根底力学根底第第第第4 4章章章章 流流流流动动阻力和水阻力和水阻力和水阻力和水头损头损失失失失第第第第5 5章章章章 孔口、管嘴和有孔口、管嘴和有孔口、管嘴和有孔口、管嘴和有压压管流管流管流管流第第第第6 6章章章章 明渠恒定流明渠恒定流明渠恒定流明渠恒定流动动第五章第五章 孔口、管嘴出流及有压管流孔口、管嘴出流及有压管流第一第一节 薄壁孔口出流薄壁孔口出流第二第二节
2、 管嘴出流管嘴出流第三第三节 有有压管道恒定流管道恒定流计算算第四第四节 有有压管中的水管中的水击教学内容、重点及难点教学内容、重点及难点 根本内容根本内容本章在定量分析沿程水本章在定量分析沿程水头损失和部分水失和部分水头损失的根底上，失的根底上，对工程工程实践中最常践中最常见的有的有压管道恒定流管道恒定流动和孔口、管嘴和孔口、管嘴出流出流进展水力展水力计算。算。重、难点 水头损失的分析和确认HH011CAACdCvCv0第一节第一节 薄壁孔口出流薄壁孔口出流液体从孔口以射流形状液体从孔口以射流形状流出，流流出，流线不能在孔口不能在孔口处急急剧改改动方向，而会方向，而会在流出孔口后在孔口附在流
3、出孔口后在孔口附近构成收近构成收缩断面，此断断面，此断面可面可视为处在在渐变流段流段中，其上中，其上压强均匀。均匀。c-c为收收缩断面，收断面，收缩系数：系数： 收收缩断面面断面面积 孔口断面面孔口断面面积 pa对薄壁小孔口：薄壁小孔口：= 0.630.64孔口出流的分类孔口出流的分类 小孔口小孔口 大孔口大孔口HH011CAACdCvCv0pa射流断面上各点流速相等，射流断面上各点流速相等，水水头相等相等射流断面上各点水射流断面上各点水头、压强、流速沿孔口高度流速沿孔口高度变化化 (1) d/Hd 为孔口直径或高度孔口直径或高度H 为孔口形心以上水孔口形心以上水头高度高度孔口出流的分类孔口出
4、流的分类自在出流：孔口水流直自在出流：孔口水流直接接进入空气，收入空气，收缩断面断面压强为大气大气压强HH011CAACdCvCv0pa (2) 出流条件出流条件淹没出流：孔口水流淹没出流：孔口水流进入下游水体，孔口在下入下游水体，孔口在下游水面以下游水面以下恒定出流：水箱的水面高度恒定出流：水箱的水面高度坚持持恒定恒定 (3) 孔口水头变化孔口水头变化非恒定出流：水箱的水面高度非恒定出流：水箱的水面高度变化化对0-0，c-c 列能量方程列能量方程其中其中设设那那么么流速系数流速系数流量系数流量系数其中其中1. 薄壁小孔口自在出流薄壁小孔口自在出流HH0OOCAACdCvCv0其中其中那那么么
5、H0 作用总水头孔口流速系数孔口流速系数孔口流量系数孔口流量系数流流经孔口的部分阻力系数孔口的部分阻力系数收收缩断面突断面突扩的部分阻力系数的部分阻力系数2.2.薄壁小孔口淹没出流薄壁小孔口淹没出流对1-11-1，2-2 2-2 列能量方程列能量方程ab完全收完全收缩非非完完全全收收缩无收无收缩边壁壁的的整整流流作作用用会会影影响响收收缩系系数数，故故有有完完全全收收缩与与非非完完全全收收缩之之分分，收收缩系系数数视孔孔口口边缘与与容容器器边壁壁间隔隔与与孔孔口口尺尺寸之比的大小而定，大于寸之比的大小而定，大于3 3那么可以那么可以为完全收完全收缩。3.3.流量系数的影响要素流量系数的影响要素
6、流量系数流量系数部分阻力系数部分阻力系数 收收缩系数系数雷雷诺数数 边境条件境条件第二节第二节 管嘴出流管嘴出流一一. 管嘴出流的水力景象管嘴出流的水力景象(a)外管嘴外管嘴内管嘴内管嘴 (b)(c)(d)外管嘴外管嘴(a) 直角型外管嘴直角型外管嘴(b) 收收缩型外管嘴型外管嘴(c) 分散型外管嘴分散型外管嘴(d) 流流线型外管嘴型外管嘴孔口周孔口周边接接长度度为34倍直径的倍直径的短管，流体短管，流体经短管流出短管流出二、管嘴恒定出流二、管嘴恒定出流对1-11-1，2-2 2-2 列能量方程列能量方程忽略管嘴沿程损失，且令忽略管嘴沿程损失，且令那么管嘴出口速那么管嘴出口速度度其中其中n为管
7、嘴的部分阻力系数，取管嘴的部分阻力系数，取0.5；那么；那么流量系数流量系数流速系数流速系数阐明管嘴明管嘴过流才干比孔口更流才干比孔口更强D34DvCvcC管嘴出流流量系数的加大可以从管嘴收管嘴出流流量系数的加大可以从管嘴收缩断面断面处存在存在的真空来解的真空来解释，由于收，由于收缩断面在管嘴内，断面在管嘴内，压强要比孔要比孔口出流口出流时的零的零压低，必然会提高吸出流量的才干低，必然会提高吸出流量的才干 管嘴管嘴过流才干比孔口流才干比孔口强的的缘由由对 B-B，c-c 列能量方程列能量方程取真空压强和真空高度值，得取真空压强和真空高度值，得由由而而hw 按突按突扩计算，得算，得阐明管嘴真空度
8、可达作用水明管嘴真空度可达作用水头的的7575以以 代入代入那那么么得得所以所以得得AABBccv2HH0AABBccv2HH0又又三、管嘴真空度三、管嘴真空度 构成真空时作用水头不能够无穷大，由于当真构成真空时作用水头不能够无穷大，由于当真空度到达一定时，其压强小于汽化压强，出现汽蚀空度到达一定时，其压强小于汽化压强，出现汽蚀破坏，而且会将空气从管嘴处吸入，破坏真空，而破坏，而且会将空气从管嘴处吸入，破坏真空，而成为孔口出流。成为孔口出流。 实验测得，当液流得，当液流为水流，管嘴水流，管嘴长度度 l =(34)d 时，管嘴正常任，管嘴正常任务的最大真空度的最大真空度为7.0m，那么作用，那么
9、作用水水头 阐明明圆柱形外管嘴正常任柱形外管嘴正常任务条件是：条件是： l = (3 4) dH09m实践流体恒定总流能量方程沿程沿程损失失部分部分损失失第三节第三节 有压管道恒定流计算有压管道恒定流计算 已能定量分析，原那么上处理了恒定总流能量方程中的粘性损失项。短管：短管：长管：长管：hf 与与 hj 均均较大，不能忽略不大，不能忽略不计hj5hfhf 很大，不能忽略，而很大，不能忽略，而hj可忽略不可忽略不计 hj 5hf= H0=0 =管系管系流量流量系数系数作用作用水水头 H H一、短管的水力计算一、短管的水力计算vOO1122H自在出流自在出流vOO112233Hh= H+h0=
10、=h作用作用水水头 H H淹没出流淹没出流vOO112233Hh= H+h0= =用用 3-33-3断断 面面作下游断面作下游断面0h=出出口口水水头损失失按突按突扩计算算vOO112233Hh管系管系流量流量系数系数淹没出流淹没出流与自在出与自在出流相比，流相比，作用水作用水头不同，管不同，管系流量系系流量系数一数一样，部分部分损失失中不包含中不包含2-22-2断面出断面出口口损失。失。 zz2112233l2l1要求要求确定确定计算算知知【例】【例】 1 1 离心离心泵管路系管路系统的水力的水力计算算 流量流量Q Q，吸水管，吸水管长L1L1，压水管水管长L2L2， 管径管径d d，提水高
11、度，提水高度z z ，各部分水，各部分水头 损失系数，沿程水失系数，沿程水头损失系数失系数 水水泵最最大大真真空空度不超越度不超越6m6m水水泵允允许安装高度安装高度 水水泵扬程程zz2112233l2l1Q，dv【解】【解】 水水泵允允许安装高度安装高度zz2112233l2l1 水泵扬程 = 提水高度 + 全部水头损失作用水作用水头全部用于支付沿程全部用于支付沿程损失失1122Hvv那那么么二、长管的水力计算二、长管的水力计算一、一、简单管路管路比阻比阻单位流量位流量经过单位位长度管段度管段产生的水生的水头损失失比阻比阻S S由由谢才公式和曼宁公式才公式和曼宁公式对钢管和管和铸铁管管对塑料
12、管材塑料管材 阻力平方区 过渡粗糙区渡粗糙区【例】知简单管路的【例】知简单管路的l =2500ml =2500m，H =30mH =30m，Q =250l/sQ =250l/s， n =0.011n =0.011。求管径。求管径d d。【解】【解】 由由得得由由谢才及曼宁公式，得才及曼宁公式，得代入数据得代入数据得d 388mm介于介于规范管径范管径350mm400mm之之间 串串联管路管路 并并联管路管路Q1Q2Q3QQ1122HAB1122Hl1 d1l2 d2Q1Q2二、复杂管路二、复杂管路【例】知简单管路的【例】知简单管路的l =2500ml =2500m，H =30mH =30m，Q
13、 =250l/sQ =250l/s，n n =0.011=0.011。求管径。求管径d d。【解】【解】 由由谢才及曼宁公式，得才及曼宁公式，得其中取其中取 d1=400mm，d2=350mm，得，得采用串采用串联管路，那么管路，那么水击：在有压管路中流动的液体，由于某种外界水击：在有压管路中流动的液体，由于某种外界缘由，如阀门或水泵机组忽然启闭，转向阀忽缘由，如阀门或水泵机组忽然启闭，转向阀忽然变换工位，使得液体流速发生忽然变化，并然变换工位，使得液体流速发生忽然变化，并由于液体的惯性作用，引起压强急剧升高和降由于液体的惯性作用，引起压强急剧升高和降低的交替变化，这种景象称为水击。升压和降低
14、的交替变化，这种景象称为水击。升压和降压交替进展时，对于管壁和阀门的作用好像锤压交替进展时，对于管壁和阀门的作用好像锤击一样，因此水击也称为水锤。击一样，因此水击也称为水锤。水击景象是一种典型的有压管道非恒定流问题，水击景象是一种典型的有压管道非恒定流问题，在水击景象中，由于压强变化急剧，必需思索流在水击景象中，由于压强变化急剧，必需思索流体的紧缩性及管道的弹性。体的紧缩性及管道的弹性。第四节第四节 有压管中的水击有压管中的水击水击的危害：细微时引起噪声和管路振动；水击的危害：细微时引起噪声和管路振动；严严重时那么呵斥阀门损坏，管路接头断开，甚重时那么呵斥阀门损坏，管路接头断开，甚至引起至引起
15、管路的爆裂。水击引起的压强降低，使管内管路的爆裂。水击引起的压强降低，使管内形形成真空，有能够使管路扁缩而损坏。成真空，有能够使管路扁缩而损坏。有有压管道管道流流动的流的流量突量突变流速突流速突变由于流由于流动的的惯性，呵斥性，呵斥压强大幅大幅动摇 水击景象的大致描画：水击景象的大致描画：流流体体的的紧缩性性和和管管道道的的弹性性使使动摇在管道中以有限的速度在管道中以有限的速度传播播p以阀门忽然封锁为例，将有一个增压、增密度、以阀门忽然封锁为例，将有一个增压、增密度、增管道断面积、减流速的过程从阀门向上游传播，增管道断面积、减流速的过程从阀门向上游传播，压强、流速、密度、管道断面积的延续面在管
16、道压强、流速、密度、管道断面积的延续面在管道中运动，这就是水击波。中运动，这就是水击波。水击危害的预防水击危害的预防1 1延伸阀门封锁时间；延伸阀门封锁时间；2 2缩短管路长度；缩短管路长度；3 3在管路系统的适当位置装设蓄能器空气罐或平安阀；在管路系统的适当位置装设蓄能器空气罐或平安阀；4 4在管路上装设调压塔。在管路上装设调压塔。 水击的利用水击的利用 例如，水击泵便是利用水击原理设计的一种无动力扬水例如，水击泵便是利用水击原理设计的一种无动力扬水 设备，这种设备对于无动力和电源的地方是很方便的。设备，这种设备对于无动力和电源的地方是很方便的。本章作业本章作业习题习题 5.1 5.1，习题
17、习题 5.9 5.9，习题习题 5.10 5.10习习 题题例例1 薄壁孔口出流，直径薄壁孔口出流，直径d=2cm，水箱水位恒定，水箱水位恒定H=2m。求。求 1、孔口流量、孔口流量Q；2、此孔口外接圆柱形管嘴的流量、此孔口外接圆柱形管嘴的流量Qn; 3、管嘴收缩断面的真空。、管嘴收缩断面的真空。解：解：2 2、3 3、1 1、 解：解：例例2 如下图水箱用隔板分为左右两个水箱，隔板上开如下图水箱用隔板分为左右两个水箱，隔板上开不断径不断径d1=40mm的薄壁小孔口，水箱底接不断径的薄壁小孔口，水箱底接不断径d2=30mm的外管嘴，管嘴长的外管嘴，管嘴长l=0.1m,H1=3m。试求在。试求在
18、恒定出流时的水深恒定出流时的水深H2和水箱出流流量和水箱出流流量Q1，Q2。解：解：例例3 如下如下图虹吸管，上下游水池的水位差虹吸管，上下游水池的水位差H=2.5m，管，管长LAC=15m,LCB=25m，管径，管径d=200mm,沿程阻力系数沿程阻力系数=0.025，入口部分阻力系数，入口部分阻力系数c=1.0，各弯，各弯头部分阻力系数部分阻力系数0.2，管，管顶允允许真空度真空度7m，求，求经过流量及最大允流量及最大允许超高超高hs最大允最大允许超高：超高： 例例4 如如图知水知水泵的功率的功率N=25kW，流量，流量Q=60L/s，水，水泵的效的效率率p=75%,L1=8m,L2=50m,d1=250mm,d2=200mm,=0.025,底底阀=4.4，一个弯，一个弯头=0.2，阀门=0.5，逆止，逆止阀=5.5，水，水泵的允的允许真空度真空度hv=6m,求：求： 1、水、水泵的安装高度的安装高度zs; 2、水、水泵的提水高度的提水高度Hg.解：解：以水池水面为基准面以水池水面为基准面0 00 0，先对，先对0 00 0与水泵进口前与水泵进口前1 11 1列能量方程：列能量方程：仍以水池水面仍以水池水面为基准面基准面0 00 0，对0 00 0与水塔水面与水塔水面2 22 2列能量方程：列能量方程：
