流体力学-孔口管嘴管路流动课件.ppt

1、5.1 孔口自由出流孔口自由出流5.2 孔口淹没出流孔口淹没出流5.3 管管嘴出流嘴出流5.4 简单管路简单管路 5.5 管路的串联与并联管路的串联与并联5.6 管网计算基础管网计算基础5.7 有压管中的水击有压管中的水击【教学基本要求【教学基本要求】【学习重点【学习重点】教学基本要求 1、了解有压管流的基本特点，掌握管流分为长管流动和短管流动的条件。2、掌握简单管道的水力计算和测压管水头线、总水头线的绘制，并能确定管道内的压强分布。3、了解复杂管道的特点和计算方法。4、了解有压管道中的水击现象和水击传播过程。回到总目录回到总目录学习重点 1、掌握长管、短管以及有压流的计算及其应用，了解管道的

2、串、并联；2、理解有压管道的水击现象和水击传播过程。回到总目录回到总目录 有压管道：管道周界上的各点均受到液有压管道：管道周界上的各点均受到液体压强的作用。有压管中的恒定流：有压管体压强的作用。有压管中的恒定流：有压管中液体的运动要素不随时间而变。中液体的运动要素不随时间而变。1.1.简单管道和复杂管道简单管道和复杂管道 根据管道的组成情况我们把它分为简单根据管道的组成情况我们把它分为简单管道和复杂管道。管道和复杂管道。简单管道简单管道是是指直径和流量指直径和流量沿流程不变的管沿流程不变的管道；道；复杂管道复杂管道是指由两根以是指由两根以上管道组成的管道系统。复杂管道又可以分上管道组成的管道系

3、统。复杂管道又可以分为串联管道、并联管道、分叉管道、沿程泄为串联管道、并联管道、分叉管道、沿程泄流管和管网。流管和管网。基本知识点基本知识点2.2.短管和长管短管和长管 短管短管是指管路中水流的流速水头和局部水头损是指管路中水流的流速水头和局部水头损失都不能忽略不计的管道；失都不能忽略不计的管道；长管长管是指流速水头与局部水头损失之和远小于是指流速水头与局部水头损失之和远小于沿程水头损失，在计算中可以忽略的管道为，一般认沿程水头损失，在计算中可以忽略的管道为，一般认为（局部水头损失为（局部水头损失+流速水头）流速水头）10%10%的沿程水头损失，的沿程水头损失，可以按长管计算。可以按长管计算。

4、需要注意的是：长管和长管不是完全按管道的长短来区需要注意的是：长管和长管不是完全按管道的长短来区分的。将有压管道按长管计算，可以简化计算过程。但在不能分的。将有压管道按长管计算，可以简化计算过程。但在不能判断流速水头与局部水头损失之和远判断流速水头与局部水头损失之和远小于沿程水头损失之前，小于沿程水头损失之前，按短管计算不会产生较大的误差。按短管计算不会产生较大的误差。回到总目录回到总目录5.1 孔口自由出流 孔口出流-液体经容器壁上孔口流出的水力现象。孔口分类：大孔口 H/d10 小孔口 H/d10 流动分类：恒定和非恒定出流 出流分类：自由出流和淹没出流 收缩分类：完善收缩和不完善收缩 回

5、到总目录回到总目录完全收缩与部分收缩完全收缩与部分收缩（1）完善收缩：完善收缩：孔口距离器壁很远，因此器壁对孔口的收缩情况毫无影响，这种收缩称为完全收缩完全收缩。（2）不完善收缩：不完善收缩：孔口四周都有收缩，但某一边距离器壁较近，其收缩情况受到器壁的影响，因而这种收缩称为不完善收缩不完善收缩。（2）不全部收缩：不全部收缩：有的边根本不收缩，只有部分边有收缩，因而称为不全部收缩不全部收缩。全部收缩 不全部收缩 完善收缩 不完善收缩 1、薄壁小孔口恒定出流 薄壁：出孔水流与孔壁仅在周线上接触，即孔壁厚度对出孔水股没有影响。小孔口：H/d10 1)小孔口的自由出流 pc=pa=0 薄壁小孔口出流公

6、式2222CCCAAAACwpVpVzzhgggg22200000222cccVVVHggg2222000()2222cccccVVVVHHgggg012ccVgH1.自由出流02cVgH012ccVgH称为流速系数cAA称为收缩系数02ccQAVAgH 02AgH称为孔口流量系数薄壁小孔口出流的各项系数 流速系数00111c98.097.006.097.011122064.0/AAc实验测得孔口流速系数实验测得孔口流速系数孔口的局部阻力系数孔口的局部阻力系数 0孔口的收缩系数孔口的流量系数孔口的流量系数 对薄壁小孔口对薄壁小孔口=0.600.62。典型例题典型例题 例例1 有一贮水容器如图6

7、-5所示，贮水深度 ，在距底 处，有一直径 的孔口。假设容器内水位恒定，试确定一天经孔口的泄水量。解：贮水容器经孔口的泄水按薄壁小孔口自由出流计算。取流量系数 ；忽略行进流速水头，则 流量为 一天的泄水量 5.2 孔口淹没出流 当出孔水流淹没在下游水面之下0022gHAgHAAvQccgvgvHH222222110孔口淹没出流的流速和流量孔口淹没出流的流速和流量均与孔口的淹没深度无关，均与孔口的淹没深度无关，也无也无“大大”、“小小”孔口的区别孔口的区别回到总目录回到总目录211应用：孔板流量计gpgvvgppzzH222212121002gHAQ注意：A孔口面积，也可查表（1）计算公式一样，

8、各项系数值相同，但要注意，流速系数含义不同；淹没出流 自由出流 11 c1c21112111111自由出流与淹没出流的比较自由出流与淹没出流的比较自由出流自由出流淹没出流淹没出流若0v000appH0H)g2vpH()g2vpH(H22222211110若容器也是封闭的若容器也是封闭的若若0vv21021appp210HHH02000pg2vHH液面相对压强为液面相对压强为p p0 0（2）公式中作用水头不一样：3）小孔口的收缩系数及流量系数 实验证明，不同形状小孔口的流量 系数差别不大，但孔口边缘情况对 收缩系数会有影响，薄壁孔口的收 缩系数最小，圆边孔口收缩系数较大，甚至等于1。孔口在壁面

9、上 的位置，对收缩系数有直接影响，不完善收缩孔口的流量系数c大于完善收缩的流量系数。薄壁小孔口各项系数薄壁小孔口各项系数 收缩系数 阻力系数 流速系数 流量系数 0.64 0.06 0.97 0.62 5.3 管嘴出流 在孔口接一段长l=(34)d的短管，液流经过短管并充满出口断面流出的水力现象。根据实际需要管嘴可设计成：1）圆柱形：内管嘴和外管嘴 2）非圆柱形：扩张管嘴和收缩管嘴。回到总目录回到总目录取A-A、B-B两缓变流断面列伯努利方程：2222AAABBBPvPvHhgggg222vvv222cBBcBLhggdg（1）管嘴出流只有内收缩而无外收缩；（2）管嘴出流阻力损失由下列三部分组

10、成：一是入口阻力损失，二是c-c断面后的扩大阻力损失，三是后半段上沿程能头损失。薄壁孔口与管嘴出流的区别：薄壁孔口与管嘴出流的区别：cBBcAvvvA222111cAA222112cBvLhdg12pppgg2BpvgH122211cBLd扩大阻力损失系数 1、圆柱形外管嘴恒定出流 whgvgvH22220000221gHgHvnngvhnw22管嘴的流量系数 管嘴阻力系数 n=0.5 82.05.0111nn管嘴流速系数管嘴流速系数管嘴流量系数，因出口无收缩n=n=0.82显然n=1.32。可见在相同条件，管嘴的过流能力是孔口的1.32倍。孔口外加了管嘴，增加了阻力，但流量并未减少，反而比原

11、来提高了32，这是因为收缩断面处真空起的作用。产生这个结果的原因解释：产生这个结果的原因解释：当液体从管嘴流到大气中时流速为vB，在收缩断面上的流速vc vB，因此收缩断面上的压强pc一定小于管嘴出流断面上的压强，即小于大气压强pa，这样就在厚壁孔口的内收缩断面上产生真空，将液体从容器中吸入流体，从而使厚壁孔口比面积相同的薄壁孔口流出更多的流量 孔口外加了管嘴，增加了阻力，但流量并未减少，反而比原来提高了32，这是因为收缩断面处真空起的作用。如对图74的cc和BB断面列能量方程有式中 由cc扩大到满管的水头损失系数。1cBBcAvvvAu221(1)(1)mcAA222202222cccBBB

12、Bmpa va vvl vrgggdg222222BcccBBmvpa va vrggg2圆柱形外管嘴的真空 所以取 ，又 ，所以 与孔口自由出流比较，后者出流收缩断面在大气中，而管嘴出流收缩断面为真空区，真空度达作用水头的0.75倍，真空对液体起抽吸的作用，相当于把孔口的作用水头增大75，这就是管嘴出流比孔口出流增大的原因。0.1 aac64.002gHvn0222Hgvn82.0n22002110.82110.02*30.750.640.64cPHHr 22222222211(1)(1)22222cccBBBBBPaavavvvvllargggdggd 孔口自由出流的收缩断面在大气孔口自由

13、出流的收缩断面在大气中，而管嘴出流收缩断面为真空区，中，而管嘴出流收缩断面为真空区，真空度达作用水头的真空度达作用水头的0.75倍，真空对倍，真空对液体起抽吸的作用，相当于把孔口的液体起抽吸的作用，相当于把孔口的作用水头增大作用水头增大75，这就是管嘴出流，这就是管嘴出流比孔口出流增大的原因。比孔口出流增大的原因。00.75CpH 3.圆柱形外管嘴的正常工作条件 收缩断面的真空是有限制的，如常温下的水，当真空度达7米水柱以上时，由于液体的压强低于饱和蒸汽压时会发生汽化。圆柱形外管嘴的正常工作条件是：圆柱形外管嘴的正常工作条件是：(1)作用水头作用水头H09米；米；(2)管嘴长度管嘴长度l=(3

14、4)d。由上式知，作用水头越大，收缩断面的真空值越大。真空度达7m以上，即 ，液体内部会放出大量的汽泡，这种现象称为空化（或叫作汽化）。其次，管嘴的长度也有一定的限制。长度过短，流束收缩后来不及扩到整个断面，其空不能形成，管嘴不能发挥作用；长度过长，沿程损失不能忽赂，出流将变为短管流，因此圆柱形外管嘴的工作条件是：(1)作用水头 ；(3)管嘴长度L(34)d。09Hmmpv0.7mH0.903.圆柱形外管嘴的正常工作条件 空化（或叫作汽化）：空化（或叫作汽化）：低压区放出的汽泡随流带走，低压区放出的汽泡随流带走，当到达高压区时，由于压差的作用使汽泡突然溃灭，汽泡当到达高压区时，由于压差的作用使

15、汽泡突然溃灭，汽泡溃灭的过程时间极短。只有几百分之一秒，四周的水流质溃灭的过程时间极短。只有几百分之一秒，四周的水流质点以极快的速度去填充汽泡空间，以致这些质点的动量在点以极快的速度去填充汽泡空间，以致这些质点的动量在极短的时间变为零，从而产生巨大的冲击力，不停地冲击极短的时间变为零，从而产生巨大的冲击力，不停地冲击固体边界，致使固体边界产生剥蚀，这就是汽蚀固体边界，致使固体边界产生剥蚀，这就是汽蚀(或称为或称为空蚀空蚀)。另外当汽泡被液流带出管嘴时，管嘴外的空气将在大气压另外当汽泡被液流带出管嘴时，管嘴外的空气将在大气压的作用下冲进管嘴内，使管嘴内液流脱离内壁管，成为非的作用下冲进管嘴内，使

16、管嘴内液流脱离内壁管，成为非满管出流，此时的管嘴已不起作用。满管出流，此时的管嘴已不起作用。4.其他形式管嘴 工程上为了增加孔口的泄水能力或为了增加(减少)出口的速度，常采用不同的管嘴形式 (1)圆锥形扩张管嘴（=57）(2)圆锥形收敛管嘴（较大的出口流速）(3)流线形管嘴（阻力系数最小）孔口、管嘴的水力特性 题题 目目 如图，两水箱中间的隔板上有一直径如图，两水箱中间的隔板上有一直径 d0=90 mm的薄壁小孔口，水箱底部装有外伸管嘴，它们的内径的薄壁小孔口，水箱底部装有外伸管嘴，它们的内径分别为分别为 d1=70 mm,d2=80 mm。如将。如将流量流量Q=70 L/s 的的水连续地注入

17、左侧水连续地注入左侧水箱，试求在恒定水箱，试求在恒定出流时两水箱的液出流时两水箱的液深深 H1、H2 和出流和出流流量流量Q1、Q2 。QQ1Q2d0d1d2H1H2Q0题题 目目QQ1Q2d0d1Q0d2H1H2解题步骤Qd1d2H1H2Q1Q2Q0d0H1-H221QQQ （a）20QQ （b）000122()QAg HH（c）解：解：由于是恒定出流，两水箱由于是恒定出流，两水箱水位保持不变，因此，可根据水位保持不变，因此，可根据连续方程连续方程和和孔口恒定出流孔口恒定出流计算计算与与管嘴恒定出流管嘴恒定出流计算，通过联计算，通过联立方程组求解。即立方程组求解。即 以上式中，以上式中，0

18、为为 孔口出流孔口出流流量系数，流量系数，1、2 为为 管嘴出流管嘴出流流量系数流量系数;A0 为孔口面积，为孔口面积，A1、A2 为为 管嘴面积。管嘴面积。解题步骤22222QAgH（e）11112QAgH（d）本题可先求两水箱的液深本题可先求两水箱的液深 H 1 、H2 ，然后，分，然后，分别计算管嘴别计算管嘴 1 出流流量出流流量 Q1 与与管嘴管嘴 2 出流流量出流流量 Q2。Qd1d2H1H2Q1Q2Q0d0H1-H22221 222211220021QHAgAAA将式将式(f)式代入式（式代入式（d）消去）消去 H1 后，连同式（后，连同式（e）代）代入式（入式（a），得），得22

19、42222122000011AdHHHAd （f）解题步骤 将式将式(c)、式、式(e)代入式代入式（b）,得得解题步骤取取 1=2=0.82,0=0.61,并将其它已知数据代入上式，并将其它已知数据代入上式，可求得可求得 m287.32 HH1H2将将 H2 代入式代入式（f），得，得m995.6m287.3m09.0m08.061.082.01421 HsL1.3312 QQQ解题步骤将将 H2 代入式代入式（d）、（）、（e），得通过管嘴，得通过管嘴 1 的流量的流量m995.6m/s80.92m)07.0(482.0221 QsL9.36sm0369.03 由连续性方程得通过管嘴由连续

20、性方程得通过管嘴 2 的的流量流量Qd1d2H1H2Q1Q2Q0d0讨 论 从以上计算结果可见，当从以上计算结果可见，当其他条件不变时，加其他条件不变时，加大输入水箱的流量大输入水箱的流量 Q 值，两值，两水箱的液深水箱的液深 H1、H2 将将随之增加，那么随之增加，那么 Q 能否无限制的加大？能否无限制的加大？不能不能无限制的加大。因为管嘴出流时，在管嘴无限制的加大。因为管嘴出流时，在管嘴收缩断面存在真空，为了避免由于真空度收缩断面存在真空，为了避免由于真空度 hv 过大过大使液体产生汽化现象，管嘴收缩断面的真空度使液体产生汽化现象，管嘴收缩断面的真空度 hv应小于最大允许真空度应小于最大允

21、许真空度 hv。即。即 v2n22ccav11ghHaapph 讨 论Hpph75.0gcav 液体的最大允许真空度液体的最大允许真空度 hv 一般不大于一般不大于7 8 m。由此可见，水箱的输入流量不能无限制加大。由此可见，水箱的输入流量不能无限制加大。式中式中管嘴收缩系数管嘴收缩系数,一般为一般为0.64；为为管嘴流量管嘴流量系数，对于直角进口系数，对于直角进口 ；H 为管嘴作用水为管嘴作用水头。故头。故管嘴的真空度可写为管嘴的真空度可写为0.82习题课 511.图图 示示 水水 箱箱 侧侧 壁壁 同同 一一 竖竖 线线 上上 开开2 相相 同同 孔孔 口，口，上上 孔孔 距距 水水 面面

22、 为为a，下下 孔孔 距距 地地 面面 为为c，两两 孔孔 流流 速速 相相 等，等，试试 求求 两两 水水 股股 在在 地地 面面 相相 遇遇 的的 条条 件。件。xabc解.孔 口 出 流 流 速 流速射程 流 速 落 地 时 间 流 速 射 程 对 上 孔 口 对 下 孔 口 相 遇 时 即 当a=c时上式成立 vgh2xvttyg2gygHx22 cbax 41 aH cbax 42 baH xx12bcacacab4444 习题课 522.A，B 两两 容容 器器 有有 一一 薄薄 壁壁 圆圆 形形 小小 孔孔 相相 同，同，水水 面面 恒恒 定，定，两两 容容 器器 水水 面面 高

23、高 差差，B 容容 器器 开开 敞敞 水水 面面 压压 强强 ，A 容容 器器 封封 闭，闭，水水 面面 压压 强强 ，孔孔 口口 淹淹 没没 出出 流流 的的 流流 量量 ，当当 流流 速速 系系 数数 ,收收 缩缩 系系 数数 ，不不 计计 流流 速速 水水 头头 时，时，求求 孔孔 口口 直直 径径d。H 2 0.mp2981.kN m2p149 05.kN m2Q 37 4.l s 0 97.0 64.解解.设设 以以 容容 器器B 水水 面面 为为 基基 准准 面，面，且且 为为11 断断 面面；A 容容 器器 水水 面面 为为22 断断 面，面，列列 能能 量量 方方 程程 得：得

24、：38079mKNg/.gvpHpc21212 又211 Hppgvc 122cccAvvAQ m102412.HppgQd Qd4 又水往哪流？水往哪流？习题课 533.矩矩 形形 平平 底底 船船 宽宽B=2m,长长L=4m,高高H=0.5m,船船 重重G=7.85KN，底底 部部 有有 一一 直直 径径 d=8mm的的 小小 圆圆 孔，孔，流流 量量 系系 数数=0.62，问问 打打 开开 小小 孔孔 需需 多多 少少 时时 间间 船船 将将 沉沉 没？没？(船船 壳壳 厚厚 不不 计计)解.船 沉 没 前，船 内 外 水 位 h不 变 dBH打打 开开 小小 孔孔 前前 船船 吃吃 水

25、水 深深 打打 开开 小小 孔孔 后后 孔孔 口口 进进 水水 流流 量量 打打 开开 小小 孔孔 后后 船船 沉沉 没没 需需 时时 m100819.LBGhsm1037424352 .ghdQ h3420.QhHLBT习题课 544.已已 知知 室室 外外 空空 气气 温温 度度 室室 内内 空空 气气 温温 度度 ，上、下，上、下 通通 风风 窗窗 面面 积积 为为A8m2 窗窗 孔孔 流流 量量 系系 数数0.64，上上 下下 窗窗 口口 高高 程程 度度H8m，只只 计计 窗窗 孔孔 阻阻 力力 求求 车车 间间 自自 然然 通通 风风 的的 质质 量量 流流 量。量。320mN82

26、1120.gC 330mN43.1130gC20CoGBH30CoBGAA解.设 只 计 窗 孔 阻 力，压强损失位压 gpppHAB2030312.N m2下窗 孔 进 气 质 量 流 量 20202 AmApgAq 上 窗 孔 出 气 质 量 流 量 30302 BmBpgAq 由 代 入 数 据 简 化 得 qqmAmB1034.ppAB代 入 式（1）pA153.N m2pB159.N m2质 量 流 量 skg84922020.AmBmAmpgAgqqq习题课 555.图图 式式 水水 箱，箱，在在 侧侧 壁壁 孔孔 径径 为为d 的的 圆圆 孔孔 上，上，拟拟 分分 别别 接接 上

27、上 内内 径径 均均 为为d 的的 三三 种种 出出 流流 装装 置，置，请请 把把 这这 三三 种种 装装 置置 的的 出出 流流 量量Q 按按 大大 小小 顺顺 序序 排排 列列 并并 说说 明明 这这 样样 排排 列列 的的 理理 由由(弯弯 管管 局局 部部 损损 失失 很很 小小)HdQAHdQBlHdQCl 管咀 短管 短管解解.1、QQQcAB2、Qc最最 大大 是是 由由 于于 长长 度度 为为l 的的 竖竖 向向 短短 管管 使使Qc的的 作作 用用 水水 头头 大大 大大 增增 加，加，尽尽 管管 存存 在在 弯弯 管管 水水 头头 损损 失，失，但但 相相 对对 于于 增

28、增 加加 的的 作作 用用 水水 头头 要要 小小 得多得多 QA、QB 作作 用用 水水 头头 相相 同同 但但 短短 管管 水水 头头 损损 失失 比比 管管 嘴嘴 大大 QAQB6.两两 水水 池池 水水 面面 高高 差差 H=25m用用 直直 径径d1=d2=300mm，长长L1=400m,L2=L3=300m，直直 径径d3=400mm，沿沿 程程 阻阻 力力 系系 数数 的的 管管 段段 联联 接接 如如 图图 所所 示，示，不不 计计 局局 部部 水水 头头 损损 失，失，(1)求求 流流 量，（量，（2）若若 管管 段段3 因因 损损 坏坏 停停 用用 问问 流流 量量 减减

29、少少 至至 多多 少？少？0 03.习题课 56H1112ld22ld333ld解.1)、对 管 道 系 统 有 321323121QQQhhhhhhH 2353232252222252222151218888QgdlQgdlQgdlQgdlH 代 入 数 据 得 sl160sl 78sl 238321 QQQ,2)、若 管 段3 损 坏 则 QQQ3120,251221218QdgllhhH 代 入 数 据 解 得 sl187 Q7.一一 水水 库库 通通 过过 宽宽 B=0.7m，高高L=1.5m 的的 大大 孔孔 口口 泄泄 流，流，已已 知知 H1=0.5m,H2=2.0m 试试 求求

30、(1)通通 过过 大大 孔孔 口口 的的 泄泄 流流 量量Q；(2)若若 用用 小小 孔孔 口口 的的 流流 量量 公公 式式 计计 算，算，试试 分分 析析 将将 会会 造造 成成 多多 大大 的的 误误 差？差？习题课 57解.求 大 孔 口 的 泄 流 量，在 矩 形 大 孔 口 上 通 过 微 小 面 积 的 流 量 差 可 按 小 孔 流 量 公 式 计 算：积分HlB1H2HgHbgHAQd22dd 231232232d221HHgbHgHbQHH 取取0.62并并 代代 入入 数数 据据 则则Qmax=3.17m3/s 按按 小小 孔孔 计计 算算 泄泄 流流 差：差：sm223

31、2512230.min gAgHAQ 0151173223.maxmin QQ 即即 会会 造造 成成 的的 误误 差差 1.58.设有两个圆柱形容器，如图。左边的一个横断面面积为设有两个圆柱形容器，如图。左边的一个横断面面积为100，右边的一个横断面，右边的一个横断面 面积为面积为50，两个容器之间用直径，两个容器之间用直径d1m长长l100m的圆管连接，两容器水位差的圆管连接，两容器水位差 z3m，设进口局部水头损失系数为，设进口局部水头损失系数为10.5，出口局部水头损失系数，出口局部水头损失系数21，沿，沿 程损失系数程损失系数0.025，试求两个容器中水位达到齐平时所需的时间？，试求

32、两个容器中水位达到齐平时所需的时间？习题课 58解.简单管路淹没出流，流量的计算式为：02gzAQ 因两容器较大，行进速度忽略不计，则，z0=z5027412412.zgzddLgzAQ 习题课 58整理化简得：sdzzzdzdzQdt37667413100T74131003100035050.积分：50100QdtQdtdz 在dt时间内，左边容器水位下降的高度是Qdt/100,右边容器水位上升的高度是Qdt/50,上下容器的水位变化为dz（z为液面距离，由3m逐渐减小为0），即：5.4简单管路简单管路 简单管道的水力计算可分为自由出流和简单管道的水力计算可分为自由出流和淹没出流两种情况。1

33、.1.自由出流自由出流 管道出口水流流入大气，水股四周都受管道出口水流流入大气，水股四周都受大气压强的作用，称为自由出流管道。大气压强的作用，称为自由出流管道。简单管路简单管路具有相同管径具有相同管径d d，相同流量，相同流量Q Q的管段的管段回到总目录回到总目录一、简单短管水力计算的分类一、简单短管水力计算的分类 右图中，列断面右图中，列断面1 11 1、2 22 2的能量方程的能量方程 管道出口中心到上游水位的高差，全部消管道出口中心到上游水位的高差，全部消耗于管道的耗于管道的水头损失水头损失和和保持出口的动能保持出口的动能。10当时gdlgggdlH2)1(2222222中，则有：包括到

34、作为若将01242282)(QgddlgdlHgddlSH428令2HQSH则2pQSp对于气体，HpSS或综合反映了管路上的沿程阻力和局部阻力情况，称为管路阻抗管道自管道自由出流由出流的流量的流量系数系数 2.2.淹没出流淹没出流管道出口淹没在水下，称管道出口淹没在水下，称淹没出流。在右图中，列断面在右图中，列断面与的能量与的能量方程：方程：2001 22wzhg 0zz 若不计上游流速水头，则若不计上游流速水头，则2201 22fjLzhhdg 说明：说明：简单管道在淹没出流的情况下，其简单管道在淹没出流的情况下，其作用水头作用水头完全被消耗于完全被消耗于克服管道的沿程阻力和克服管道的沿程

35、阻力和局部阻力所作负功而产生的水头损失局部阻力所作负功而产生的水头损失上。上。管中流速：管中流速：通过管道的流量：通过管道的流量：管道淹没出流管道淹没出流的流量系数的流量系数三、简单短管水力计算的基本类型三、简单短管水力计算的基本类型2、已知流量、已知流量Q和管道直径和管道直径d，计算管道的作用水头，计算管道的作用水头根据具体流态选用相应的沿程阻力系数公式，解出沿根据具体流态选用相应的沿程阻力系数公式，解出沿程阻力系数后，应用流量计算公式计算作用水头。程阻力系数后，应用流量计算公式计算作用水头。1、已知水头、已知水头H和管道直径和管道直径d，计算通过的流量，计算通过的流量Q假设一个最可能的流态

36、并计算沿程阻力系数，得假设一个最可能的流态并计算沿程阻力系数，得到结果后，校核流态是否与假设的流态相符合。到结果后，校核流态是否与假设的流态相符合。若符合则计算结束，否则应另外假设流态重新计算。若符合则计算结束，否则应另外假设流态重新计算。3、已知通过管道流量、已知通过管道流量Q，确定管道直径，确定管道直径d（1）管道的作用水头）管道的作用水头H确定，管道的直径由流量公式计算。确定，管道的直径由流量公式计算。（2）确定所需的管道直径）确定所需的管道直径d及相应的作用水头及相应的作用水头H根据管道类型选定管道允许流速，计算出管道直径根据管道类型选定管道允许流速，计算出管道直径d，通过通过已知流量

37、计算已知流量计算H。4、已知管道直径，作用水头、已知管道直径，作用水头H和流量和流量Q，确定管道各断，确定管道各断面压强的大小面压强的大小（1）绘制步骤）绘制步骤1）计算各项局部水头损失和各管段的沿程水头损失。）计算各项局部水头损失和各管段的沿程水头损失。2 2）从管道进口断面的总水头依次减去各项损失，得）从管道进口断面的总水头依次减去各项损失，得各断面的总水头值，连结成总水头线（逐渐绘制从各断面的总水头值，连结成总水头线（逐渐绘制从进口到出口的总水头线）。假定进口到出口的总水头线）。假定h hf f均匀分布在整个均匀分布在整个管段上（直线），管段上（直线），假定假定hmhm集中发生在边界改变

38、处。集中发生在边界改变处。3）总水头线减去速度水头得测压）总水头线减去速度水头得测压管水头线。管水头线。（2）注意事项）注意事项 1）进口：注意总水头线的起点。）进口：注意总水头线的起点。2）出口：注意测压管水头线的终点）出口：注意测压管水头线的终点已知管道长度已知管道长度l，管径，管径d，沿程阻力系数，沿程阻力系数，局，局部水头损失的组成和作用水头部水头损失的组成和作用水头H，求流量，求流量Q。例例5-1 已知短管已知短管l=200m，d=400mm，H=10m，相相同的两个弯头局部水头损失系数为同的两个弯头局部水头损失系数为0.25，闸门，闸门全开的局部水头损失系数为全开的局部水头损失系数

39、为0.12，沿程阻力系，沿程阻力系数数=0.03=0.03，求闸门全开时通过管道的流量，求闸门全开时通过管道的流量Q。三、简单短管水力计算的问题三、简单短管水力计算的问题解：先计算流量系数先计算流量系数dlc112417.012.025.025.04.020003.011csmgHAQc/4254.0108.924.0412417.0222忽略行近水头，则忽略行近水头，则已知流量已知流量Q,管道长度管道长度l，管径，管径d，沿程阻力系数，沿程阻力系数，局部水头损失的组成，求作用水头，局部水头损失的组成，求作用水头H。例例5-2 水箱供水，水箱供水，l=20m，d=40mm，=0.03=0.03

40、，总局部水头损失系数为总局部水头损失系数为15。求流量。求流量Q=2.75L/s时时的作用水头的作用水头H。解：解：作用水头smdQv/188.204.041075.24232mgvdlH126.58.92188.2)1504.02003.01(2122已知流量已知流量Q,作用水头作用水头H，管道长度，管道长度l，沿程阻力，沿程阻力系数系数，局部水头损失的组成，求管径，局部水头损失的组成，求管径d。例例5-3 如图圆形有压涵管，如图圆形有压涵管，l=50m，上下游水位差，上下游水位差3m，=0.03=0.03，局部水头损失系数：进口局部水头损失系数：进口1 1=0.5。第一个转弯。第一个转弯2

41、 2=0.71，第二个转弯，第二个转弯3 3=0.65，4 4=1.0，求涵管流量，求涵管流量Q=3m3/s时的设计时的设计管径管径d。解：有压涵管出流相当于短管淹没出流问题。有压涵管出流相当于短管淹没出流问题。gHAQ2243214121dgHdlQ代入已知数据，化简得：代入已知数据，化简得：03718.07089.05dd用试算法得：用试算法得：md018.1取标准值：取标准值：md1例题例题 由水塔向工厂供水(图7.11)，采用铸铁管。已知工厂用水量Q280 m/h，管道总长2500 m，管径300 mm。水塔处地形标高为61m，工厂地形标高为42m，管道末端需要的自由水 头 ，求水塔水

42、面距地面高度。解：解：以水塔水面作为1l断面，管道末端为22断面，列出长管的伯努利方程：由上式得到水塔高度：而 fhHH0002211图 水塔fhHH12212SlQHhfmH252因为 说明管流处于紊流过渡区，故比阻S用（736）求：则水塔高度为smsmdQv/2.1/10.130.03600/2804422623.53.03.53.052/0398.13.0001736.010.1867.018.0001736.081852.0msddgSmSLQhf73.15360028025000398.12221.73m15.7361-2542 1221fhHH 虹吸管是一种压力输水管道，虹吸管是一

43、种压力输水管道，顶部弯曲且其高程高顶部弯曲且其高程高于上游供水水面于上游供水水面。在虹吸管内造成。在虹吸管内造成真空真空，使水流则能通，使水流则能通过虹吸管最高处引向其他处。过虹吸管最高处引向其他处。典型的工程水力计算实例典型的工程水力计算实例（1 1）虹吸管的水力计算）虹吸管的水力计算 虹吸管的优点在于能跨越高地，减少挖方。虹吸管的优点在于能跨越高地，减少挖方。虹吸管虹吸管长度一般不长，故按照短管计算。长度一般不长，故按照短管计算。虹吸管顶部的真空的理论值不能大于虹吸管顶部的真空的理论值不能大于最大真空值最大真空值（10mH10mH2 2O O）。当虹吸管内压强接近该温度下的汽化压强时，液体

44、当虹吸管内压强接近该温度下的汽化压强时，液体将产生汽化，破坏水流连续性，可能产生空蚀破坏，将产生汽化，破坏水流连续性，可能产生空蚀破坏，故一般虹吸管中的真空值故一般虹吸管中的真空值7 78mH8mH2 2O O。例例 有一渠道用两根直径为有一渠道用两根直径为1.0m的混凝土虹吸管来跨的混凝土虹吸管来跨越山丘，越山丘，渠道上游水位为渠道上游水位为1100.0m，下游水位为，下游水位为299.0m，虹吸管长度，虹吸管长度l1=8m l2=15m；l3=15m，中间，中间有有60的折弯两个，每个弯头的局部水头损失系数为的折弯两个，每个弯头的局部水头损失系数为0.365，若进口局部水头损失系数为，若进

45、口局部水头损失系数为0.5；出口局部水头；出口局部水头损失系数为损失系数为1.0，沿程阻力系数为，沿程阻力系数为0.024。试确定：。试确定：当虹吸管中的最大允许真空度为当虹吸管中的最大允许真空度为 7mH2O时，虹吸管时，虹吸管最高安装高程最高安装高程 zs为多少？为多少？00BBzszl1l3l2 虹吸管为淹没出流虹吸管为淹没出流00BBzszl1l3l2sgHAQdlzgzAvAQcicc/m985.116.19114.325.0571.02571.01365.025.0135024.01)(1m0.100.9900.10023221求流量求流量 00BBzszl1l3l2虹吸管中最大真

46、空一般发生在管道最高位置。虹吸管中最大真空一般发生在管道最高位置。本题最大真空发生在第二个弯头后的本题最大真空发生在第二个弯头后的B-B B-B 断面。断面。考虑考虑0-00-0断面和断面和B-B B-B 断面的能量方程，则断面的能量方程，则 00BBzszl1l3l2m24.62)2(2)2(2)2(222002212122122122200gvdllhzhgvdlzpgvdlgvpzhgvpzgvvsvBsBBBswBs 00BBzszl1l3l2v例例5-4,如图如图，虹吸管越过山丘输水。虹吸管虹吸管越过山丘输水。虹吸管l=lAB+lBC=20+30=50m,d=200mm。两水池水位。

47、两水池水位差差H=1.2m，已知沿程阻力系数，已知沿程阻力系数=0.03，局部，局部水头损失系数：进口水头损失系数：进口e e=0.5=0.5,出口出口s s=1.0=1.0,弯头弯头a的的a a=0.2。弯头。弯头b、c的的b b=c c=0.4，弯头，弯头d d=0.3，B B点高出上游水面点高出上游水面4.5m4.5m，试求流经虹吸管，试求流经虹吸管的流量的流量Q Q和虹吸管顶点和虹吸管顶点B B的真空度。的真空度。虹吸管的水力计算虹吸管的水力计算解：以以O-O为基准面，列为基准面，列1-1和和2-2断面能量方程：断面能量方程：2100000whHgvdlhHw2)(221smgHdlv

48、/51.121smvdAvQ/0475.04132在对在对2-2和和3-3断面（断面（O-O为基准面），列能量方程：为基准面），列能量方程：2300025.42wBhgvpH3 22()2BCwcdslvhdg代入能量方程：代入能量方程：2(1)4.525.09()BCBcdslpvHdgm 水柱例题：如图所示的虹吸管，上、下游水位差H2m，管长 =15m，18m管径d200mm，进口的阻力系数 =1.0，转弯的阻力系数 0.2，沿程阻力系数 ，管顶c总的允许真空度 7m。求通过的流量Q和最大允许安装高度 。1l2lShfhenb025.0图 虹吸管解解：流量系数流量最大允许安装高度由式(72

49、9)得385.02.030.12.01815025.011311121bencdlldlusmgHAQc/0756.026.1942.014.3385.0232mgvdlrPPhbencas73.5)2.014.30756.04(6.191)2.015025.02.0211(72)21(2221 一个抽水系统通过水泵转动转轮的作用，在水泵一个抽水系统通过水泵转动转轮的作用，在水泵进口处形成真空，使水流在池面大气压强的作用下沿进口处形成真空，使水流在池面大气压强的作用下沿吸水管上升，流经水泵时从水泵获得新的能量，进入压吸水管上升，流经水泵时从水泵获得新的能量，进入压力管，再流入水塔。力管，再流入

50、水塔。（2 2）水泵的水力计算水泵的水力计算 图图11-6 11-6 离心泵工作示意图离心泵工作示意图 1-1-轴轴;2-;2-叶轮叶轮;3-;3-机壳机壳;4-;4-吸入口吸入口;5-;5-压出口压出口 水泵工作时，叶轮在电机作用下高速旋转，将水泵工作时，叶轮在电机作用下高速旋转，将水由压水管输出，泵内形成真空，将水池中的水由压水管输出，泵内形成真空，将水池中的水沿吸水管吸入水泵，保证连续抽水。水沿吸水管吸入水泵，保证连续抽水。水泵的作用是将原动机的机械能转换为液体的水泵的作用是将原动机的机械能转换为液体的能量，使液体得以提升。能量，使液体得以提升。水泵的扬程指水泵供水泵的扬程指水泵供给单位