管內(nèi)流動(dòng)損失和阻力計(jì)算

1、第五章第五章 管流損失和水力管流損失和水力計(jì)算計(jì)算主要內(nèi)容主要內(nèi)容5.2 粘性流體的流動(dòng)狀態(tài)粘性流體的流動(dòng)狀態(tài) 5.1 管內(nèi)流動(dòng)的能量損失管內(nèi)流動(dòng)的能量損失5.3 管道入口段中的流動(dòng)管道入口段中的流動(dòng) 5.4 圓管中粘性流體的層流流動(dòng)圓管中粘性流體的層流流動(dòng) 5.5 粘性流體的紊流流動(dòng)粘性流體的紊流流動(dòng)5-6 沿程損失的實(shí)驗(yàn)研究沿程損失的實(shí)驗(yàn)研究5.7 非圓形管道沿程損失的計(jì)算非圓形管道沿程損失的計(jì)算5.8 局部損失局部損失5.9 管道水力計(jì)算管道水力計(jì)算5.10 幾種常用的技術(shù)裝置幾種常用的技術(shù)裝置5.11、液體出流、液體出流5.12 壓力管路中的水擊現(xiàn)象壓力管路中的水擊現(xiàn)象式中沿程損失系數(shù)

2、：（達(dá)西式中沿程損失系數(shù)：（達(dá)西魏斯巴赫公式）魏斯巴赫公式）22flvhmdgdfRe,管道長(zhǎng)度管道長(zhǎng)度管道內(nèi)徑管道內(nèi)徑管壁絕對(duì)粗糙度管壁絕對(duì)粗糙度單位重力流體的動(dòng)壓頭單位重力流體的動(dòng)壓頭5.1 管內(nèi)流動(dòng)的能量損失管內(nèi)流動(dòng)的能量損失一、沿程能量損失一、沿程能量損失在緩變流整個(gè)流程中，由于粘性耗散產(chǎn)生的能量損失，在緩變流整個(gè)流程中，由于粘性耗散產(chǎn)生的能量損失，其大小與流動(dòng)狀態(tài)密切相關(guān)。其大小與流動(dòng)狀態(tài)密切相關(guān)。單位質(zhì)量流體沿程能量損失：?jiǎn)挝毁|(zhì)量流體沿程能量損失：whgvgpzgvgpz222222221111在急變流中，由于流體微團(tuán)碰撞或漩渦產(chǎn)生的能量在急變流中，由于流體微團(tuán)碰撞或漩渦產(chǎn)生的能量

3、損失，其大小與部件的形狀和相對(duì)大小有關(guān)。損失，其大小與部件的形狀和相對(duì)大小有關(guān)。單位重力流體局部能量損失：?jiǎn)挝恢亓α黧w局部能量損失： mgvhj22 局部損失系數(shù)局部損失系數(shù)不同的管件由實(shí)驗(yàn)確定不同的管件由實(shí)驗(yàn)確定整個(gè)管道的能量損失：整個(gè)管道的能量損失： jfwhhh二、局部能量損失二、局部能量損失5.2 粘性流體的流動(dòng)狀態(tài)粘性流體的流動(dòng)狀態(tài) 層流，紊流（湍流）層流，紊流（湍流）2vvhfv平均流速平均流速雷諾實(shí)驗(yàn)雷諾實(shí)驗(yàn) 層流管流層流管流 湍流管流湍流管流層流層流vhf紊流（湍流）紊流（湍流）275.1 vhf2320Redvcc臨界雷諾數(shù)（直圓管）臨界雷諾數(shù)（直圓管）上臨界雷諾數(shù)上臨界雷諾

4、數(shù) ？ 下臨界雷諾數(shù)下臨界雷諾數(shù)上臨界雷諾數(shù)與擾動(dòng)的幅度和頻率有關(guān)上臨界雷諾數(shù)與擾動(dòng)的幅度和頻率有關(guān)臨界速度臨界速度vc并不是定值并不是定值dvcmfkvh 層流 m=1湍流 m=1.752.0能量損失與平均流速的關(guān)系能量損失與平均流速的關(guān)系fhgvgpzgvgpz222222221111雷諾試驗(yàn)裝置的能量損失雷諾試驗(yàn)裝置的能量損失判別流態(tài)（層流，湍流）！判別流態(tài)（層流，湍流）！m=1.752m=1由實(shí)驗(yàn)所得的可知，當(dāng)由實(shí)驗(yàn)所得的可知，當(dāng) v 水力光滑管水力光滑管（圖（圖a) 水力粗糙管水力粗糙管 ( (圖圖b）（管道粗糙度對(duì)沿程能量損（管道粗糙度對(duì)沿程能量損失的影響只有在水力粗糙狀失的影響只

5、有在水力粗糙狀態(tài)時(shí)才會(huì)顯現(xiàn)出來(lái)）態(tài)時(shí)才會(huì)顯現(xiàn)出來(lái)） 875. 0Re2 .34 dd計(jì)算粘性底層厚度的半計(jì)算粘性底層厚度的半經(jīng)驗(yàn)公式：經(jīng)驗(yàn)公式：四、圓管中紊流的速度分布四、圓管中紊流的速度分布一、水力光滑管的速度分布一、水力光滑管的速度分布1. 粘性底層的速度分布粘性底層的速度分布在粘性底層中在粘性底層中yxxvvdydvdydvx實(shí)驗(yàn)證明，實(shí)驗(yàn)證明，在粘性底層中切應(yīng)力變化不大在粘性底層中切應(yīng)力變化不大，所以，所以dydvxww- - 壁面切應(yīng)力壁面切應(yīng)力邊界條件：邊界條件：y=0 時(shí)時(shí)0 xvyvwx定義定義wv - - 摩擦速度摩擦速度yvyyvwwx2yvvvx5yv2. 湍流核心區(qū)的速

6、度分布湍流核心區(qū)的速度分布在湍流核心區(qū)在湍流核心區(qū)yxxvvdydvlvldydvwx1假設(shè)假設(shè) l=ky實(shí)驗(yàn)證明，實(shí)驗(yàn)證明，湍流核心區(qū)切應(yīng)力變湍流核心區(qū)切應(yīng)力變化也不大化也不大。yxwvv 混合長(zhǎng)公式混合長(zhǎng)公式22dydvlxwkyvdydvxCykvvxln積分積分Cyvkvvxln1或者或者yvvvx在粘性底層在粘性底層Cyvkvvxln1在湍流核心區(qū)在湍流核心區(qū)在在y=d d 處，兩式相等處，兩式相等Cvkvddln1ddvkvCln11ln1Cyvkddvkvyvkvvxln1ln1k- - 卡門(mén)常數(shù)卡門(mén)常數(shù)尼古拉茲由水力光滑管實(shí)驗(yàn)得出尼古拉茲由水力光滑管實(shí)驗(yàn)得出 ，并，并換算成以換

7、算成以1010為底的對(duì)數(shù)，得為底的對(duì)數(shù)，得5 . 5,40. 01Ck5 . 5lg75. 5*vyvvx30yv計(jì)算光滑管紊流速度還可以用一個(gè)更方便的指數(shù)計(jì)算光滑管紊流速度還可以用一個(gè)更方便的指數(shù)方程方程)2)(1(2,)(max0maxnnvvryvvxnxx平均流速平均流速 最大流速最大流速 假設(shè)假設(shè)2*111lnlnlnxxbvvyyCvkvkkxxbyvv處由管壁粗糙性質(zhì)確由管壁粗糙性質(zhì)確定的形狀系數(shù)定的形狀系數(shù) 48. 8,40. 02Ck尼古拉茲由水力粗糙管實(shí)驗(yàn)得出尼古拉茲由水力粗糙管實(shí)驗(yàn)得出48. 8lg75. 5*yvvx得得二、水力粗糙管的速度分布二、水力粗糙管的速度分布五

8、、圓管中紊流的沿程損失五、圓管中紊流的沿程損失一、水力光滑管的沿程阻力系數(shù)一、水力光滑管的沿程阻力系數(shù)平均速度平均速度0000002020221rxrxVrydryvrdrvrrqv由于粘性底層的流量很小，由于粘性底層的流量很小，只在湍流核心區(qū)積分只在湍流核心區(qū)積分5 . 5lg75. 5*vyvvx75. 1lg75. 50rvvv02Revr75. 12Relg75. 5vvvvrlrpp2)(2212221rlprlpp2/dr w4dlpwgvdLgvgpzgvgpz22222222221111gvdlgpgpp222128vwwv 82vv75. 12Relg75. 5vvvv比較比

9、較9129. 0)lg(Re035. 21根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)系數(shù)進(jìn)行修正后，得到根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)系數(shù)進(jìn)行修正后，得到64103105Re8 . 0)lg(Re0 . 21普朗特普朗特施里希廷公式施里希廷公式由于它是由于它是 的隱式公式，使用并不方便。的隱式公式，使用并不方便。運(yùn)用量綱分析方法和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)運(yùn)用量綱分析方法和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)5310103Re4/1Re3164. 0布拉修斯公式布拉修斯公式二、水力粗糙管的沿程阻力系數(shù)二、水力粗糙管的沿程阻力系數(shù)75. 4lg75. 50rvv平均速度平均速度67. 1)2lg(03. 21d沿程損失系數(shù)沿程損失系數(shù)74. 1)2lg(21d實(shí)驗(yàn)修正后得實(shí)驗(yàn)修正后得

10、理論理論(theory)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)(experiment)應(yīng)用應(yīng)用(application)預(yù)測(cè)與設(shè)計(jì)預(yù)測(cè)與設(shè)計(jì)8 . 0)lg(Re0 . 21:用對(duì)實(shí)驗(yàn)起了很重要的作普朗特推出的下列公式尼古拉茲尼古拉茲實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)峁爬潓?shí)驗(yàn)?zāi)峁爬潓?shí)驗(yàn)普朗特混合長(zhǎng)普朗特混合長(zhǎng)度模型度模型(湍流湍流邊界層邊界層)相似理論相似理論雷諾沿程損失實(shí)驗(yàn)雷諾沿程損失實(shí)驗(yàn)層流模型層流模型莫迪圖莫迪圖經(jīng)驗(yàn)公式經(jīng)驗(yàn)公式上述線(xiàn)路是在對(duì)湍流機(jī)理并不完全了解的基礎(chǔ)上上述線(xiàn)路是在對(duì)湍流機(jī)理并不完全了解的基礎(chǔ)上, 因因而應(yīng)用時(shí)有一定誤差而應(yīng)用時(shí)有一定誤差, 預(yù)測(cè)誤差一般在預(yù)測(cè)誤差一般在1020%左右左右尼古拉茲對(duì)不同直徑不同流量的管流（

11、人工粗糙管）進(jìn)行了實(shí)尼古拉茲對(duì)不同直徑不同流量的管流（人工粗糙管）進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)范圍：驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)范圍：dfRe,5-6 沿程損失的實(shí)驗(yàn)研究沿程損失的實(shí)驗(yàn)研究30/11014/1,10500Re6dI I：層流區(qū)：層流區(qū)IIII：過(guò)渡區(qū)：過(guò)渡區(qū)IIIIII：紊流光滑管區(qū)：紊流光滑管區(qū)IVIV：紊流粗糙管過(guò)渡：紊流粗糙管過(guò)渡區(qū)區(qū)V V：紊流粗糙管平方：紊流粗糙管平方阻力區(qū)阻力區(qū)1.層流區(qū)（層流區(qū)（Re 2320） (一次方阻力區(qū)，管壁的相對(duì)一次方阻力區(qū)，管壁的相對(duì)粗糙度對(duì)沿程損失系數(shù)沒(méi)有影響粗糙度對(duì)沿程損失系數(shù)沒(méi)有影響) Re64)R51.271.3lg(21ed)R7 .182lg(274.1e

12、d2.層流向紊流過(guò)渡的不穩(wěn)定區(qū)（層流向紊流過(guò)渡的不穩(wěn)定區(qū)（2320Re4000） 層流層流vhf3.紊流光滑管區(qū)紊流光滑管區(qū)25.0Re3164.02Relg42. 1d237.0Re221.00032.04. 紊流粗糙管過(guò)渡區(qū)紊流粗糙管過(guò)渡區(qū)8/74000Re26.98/d其中對(duì)于其中對(duì)于 的范圍的范圍54000Re10代入代入hf 的計(jì)算式中，得到的計(jì)算式中，得到hf與與v1.75成正比，故稱(chēng)成正比，故稱(chēng) 1.75次方阻力區(qū)次方阻力區(qū))對(duì)于對(duì)于 的范圍的范圍5610Re3 108/70.8526.98/Re2308/dd75.1vhf5. 紊流粗糙管區(qū)紊流粗糙管區(qū)274. 12lg2d0.

13、85Re2308/d 流動(dòng)進(jìn)入完全紊流粗糙管區(qū)，能量損失主要流動(dòng)進(jìn)入完全紊流粗糙管區(qū)，能量損失主要決定于脈動(dòng)運(yùn)動(dòng)，粘性影響可以忽略。沿程損失決定于脈動(dòng)運(yùn)動(dòng)，粘性影響可以忽略。沿程損失系數(shù)與系數(shù)與ReRe無(wú)關(guān)，只與相對(duì)粗糙度有關(guān)，沿程損失無(wú)關(guān)，只與相對(duì)粗糙度有關(guān)，沿程損失與流速的平方成正比，故稱(chēng)為平方阻力區(qū)。與流速的平方成正比，故稱(chēng)為平方阻力區(qū)。/d尼古拉茲實(shí)驗(yàn)給出了沿程損失系數(shù)尼古拉茲實(shí)驗(yàn)給出了沿程損失系數(shù) 以相對(duì)粗糙以相對(duì)粗糙度度 為參變量而隨雷諾數(shù)為參變量而隨雷諾數(shù)Re變化的規(guī)律。變化的規(guī)律。2vhf莫迪圖（莫迪圖（Moody）利用利用Moody圖進(jìn)行管內(nèi)水力計(jì)算圖進(jìn)行管內(nèi)水力計(jì)算三種類(lèi)型

14、的問(wèn)題三種類(lèi)型的問(wèn)題: :1. 給定管路參數(shù)給定管路參數(shù)( (管徑管徑, , 粗糙度等粗糙度等) )和流速和流速, ,求沿程損失求沿程損失? ? 正問(wèn)題正問(wèn)題2.給定管路參數(shù)給定管路參數(shù)( (管徑管徑, , 粗糙度等粗糙度等) )和水頭損失和水頭損失, ,求流量或流速求流量或流速? ? 反問(wèn)題一反問(wèn)題一3.給定流量和一部分管路參數(shù)給定流量和一部分管路參數(shù)( (粗糙度等粗糙度等) )以及水頭損失以及水頭損失, ,設(shè)計(jì)管設(shè)計(jì)管 徑徑? ? 反問(wèn)題二反問(wèn)題二1.先求出先求出Re數(shù)數(shù), 判斷管內(nèi)流動(dòng)狀態(tài)判斷管內(nèi)流動(dòng)狀態(tài);2.若是層流若是層流, 則根據(jù)層流公式計(jì)算沿程損失系數(shù)則根據(jù)層流公式計(jì)算沿程損失系

15、數(shù); 若是湍流若是湍流, 由由Re數(shù)和相對(duì)粗糙度數(shù)和相對(duì)粗糙度,根據(jù)根據(jù)Moody 圖或湍流公式計(jì)算沿程損失系數(shù)圖或湍流公式計(jì)算沿程損失系數(shù);3.最后計(jì)算沿程損失和壓力損失最后計(jì)算沿程損失和壓力損失;1.1.因流速未知因流速未知, ,所以無(wú)法事先求出所以無(wú)法事先求出Re數(shù)數(shù), ,不能不能直接求解直接求解, ,宜采用試湊法宜采用試湊法; ;2.試湊時(shí)試湊時(shí),可以先在湍流粗糙區(qū)取可以先在湍流粗糙區(qū)取 值值(一般是一般是趨于平緩時(shí)的最小值趨于平緩時(shí)的最小值,然后根據(jù)下式計(jì)算速度然后根據(jù)下式計(jì)算速度:212)2(2lgdhvgvdlhff3.根據(jù)流速即可求得試湊的根據(jù)流速即可求得試湊的Re數(shù)數(shù),然后再

16、由相然后再由相對(duì)粗糙度對(duì)粗糙度,查查Moody圖可得新的圖可得新的 值值;如果兩沿如果兩沿程損失系數(shù)不一致程損失系數(shù)不一致,那么以新那么以新 值進(jìn)行迭代計(jì)值進(jìn)行迭代計(jì)算算,收斂一般比較快收斂一般比較快.1.因管徑因管徑D未知未知, Re數(shù)和相對(duì)粗糙度數(shù)和相對(duì)粗糙度/D都是未知都是未知的的,不能直接求解不能直接求解,宜采用試湊法宜采用試湊法;2.試湊時(shí)試湊時(shí),可以先取可以先取 值變化范圍的中間值值變化范圍的中間值(0.03),作作為良好的開(kāi)端為良好的開(kāi)端,然后根據(jù)然后根據(jù):24dqvVfVVffVhglqddqghlgvhlddqvd2252228)4(224Re51:kd 因此這樣假設(shè)一個(gè)這樣

17、假設(shè)一個(gè)值可求得一值可求得一管徑值管徑值, ,不斷迭代可求得真不斷迭代可求得真正的設(shè)計(jì)管徑正的設(shè)計(jì)管徑. .例例5-2 已知通過(guò)直徑已知通過(guò)直徑200mm、長(zhǎng)、長(zhǎng)300m、絕對(duì)粗糙度、絕對(duì)粗糙度0.4mm的鑄鐵管的油的體積流量為的鑄鐵管的油的體積流量為1000m3/h，運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)粘度粘度 ，試求能量損失，試求能量損失 。解：解：622.5 10/msfh2244 1000/36008.842/0.2Vqvm sd68.8420.2Re7073552.5 10vd0.850.852308/2308 200/0.4454318Red平方阻力區(qū)平方阻力區(qū)222002lg1.742lg1.740.02

18、34220.4d223008.8420.023414020.22 9.80665fl vhmdg沿程損失問(wèn)題：已知沿程損失和流量求管徑沿程損失問(wèn)題：已知沿程損失和流量求管徑已知已知: : l400m 的無(wú)縫鋼管的無(wú)縫鋼管(=0.2 mm), 輸送比重輸送比重0.9, v =10 -5 m2/s 的油的油,qV= 0.0319 m3/s , p=800kPa求：求： 管徑管徑d 應(yīng)選多大應(yīng)選多大 解：解：2204. 040318. 0ddAqvV由沿程損失公式由沿程損失公式 )(7 .90油柱油mgphf522221086. 0)4(212dlqdqgdlgvdlhVVf42251069. 37

19、 .900318. 04000826. 00826. 0fVhlqddd.dd.vd400010040040Re52選選1=0.03 md102. 0)03. 01069. 3(5 04000Re1由由/ d = 0.2 / 102 = 0.00196，查，查穆迪穆迪圖得圖得2 0.024 md097. 0)024. 01069. 3(5 04000Re1由由/ d = 0.2 / 97 = 0.0021，查，查穆迪穆迪圖得圖得2 0.024 最后取最后取 d =0.1m 能滿(mǎn)足要求能滿(mǎn)足要求關(guān)鍵是尋求關(guān)鍵是尋求d與與( (沿程損失系數(shù)沿程損

20、失系數(shù)) )的關(guān)系的關(guān)系關(guān)鍵是當(dāng)量直徑的計(jì)算關(guān)鍵是當(dāng)量直徑的計(jì)算當(dāng)量直徑：當(dāng)量直徑：4倍過(guò)水截面倍過(guò)水截面A與濕周與濕周x之比。之比。充滿(mǎn)流體的矩形管道：充滿(mǎn)流體的矩形管道：充滿(mǎn)流體的圓環(huán)形管道：充滿(mǎn)流體的圓環(huán)形管道：充滿(mǎn)流體的管束：充滿(mǎn)流體的管束： ddSSddSSD212214)4(4hRxAD44水力半徑水力半徑 bhhbbhhbD2)(245.7 非圓形管道沿程損失的計(jì)算非圓形管道沿程損失的計(jì)算12212122)44(4ddddddD典型非圓形管道的截面典型非圓形管道的截面流體在非圓形管道中流動(dòng)的雷諾數(shù)流體在非圓形管道中流動(dòng)的雷諾數(shù)流體在非圓形管道中的沿程損失流體在非圓形管道中的沿程損

21、失gvDlhvDf2Re2（1）只有規(guī)則形狀的截面可以應(yīng)用當(dāng)量直徑的計(jì)算式，）只有規(guī)則形狀的截面可以應(yīng)用當(dāng)量直徑的計(jì)算式，不規(guī)則形狀的截面不可以應(yīng)用當(dāng)量直徑進(jìn)行計(jì)算；不規(guī)則形狀的截面不可以應(yīng)用當(dāng)量直徑進(jìn)行計(jì)算；（2）截面形狀越接近圓形，計(jì)算誤差越小。）截面形狀越接近圓形，計(jì)算誤差越小。例例5-3 用鍍鋅鋼板制成的矩形風(fēng)道，截面積用鍍鋅鋼板制成的矩形風(fēng)道，截面積A=0.3 0.5m2，長(zhǎng)，長(zhǎng)30m，風(fēng)速，風(fēng)速14m/s，風(fēng)溫，風(fēng)溫34，試求沿程損，試求沿程損失。風(fēng)道入口風(fēng)壓失。風(fēng)道入口風(fēng)壓980.7Pa，出口比進(jìn)口高，出口比進(jìn)口高10m，求，求出口截面風(fēng)壓。（出口截面風(fēng)壓。（鍍鋅鋼板絕對(duì)粗糙度鍍

22、鋅鋼板絕對(duì)粗糙度0.15mm) )。解：風(fēng)道當(dāng)量直徑解：風(fēng)道當(dāng)量直徑22 0.3 0.50.3750.30.5hbDmhb查表得空氣運(yùn)動(dòng)粘度：查表得空氣運(yùn)動(dòng)粘度：521.63 10/ms514 0.375Re3220861.63 10vD0.15/0.15/3750.0004mmD由由Re和和 查莫迪圖查莫迪圖5-13：0.01762230140.017614.120.3752 9.80665flvhmdg/ D34空氣密度為空氣密度為1.14kg/m3，等截面管道的進(jìn)出口，等截面管道的進(jìn)出口動(dòng)能不變，由伯努利方程得出口截面風(fēng)壓：動(dòng)能不變，由伯努利方程得出口截面風(fēng)壓：2121980.7 1.1

23、4 9.80665 10 14.1711eefppg zzghPa5.8 局部損失局部損失產(chǎn)生原因產(chǎn)生原因微團(tuán)碰撞摩擦微團(tuán)碰撞摩擦形成渦旋形成渦旋速度重新分布速度重新分布計(jì)算公式計(jì)算公式局部損失局部損失閥閥 門(mén)門(mén)彎管與分叉管彎管與分叉管擴(kuò)大與縮小擴(kuò)大與縮小入口與出口入口與出口 v 除指定外均除指定外均指入口管速度指入口管速度hj 局部損失水頭局部損失水頭 局部損失因子局部損失因子典型部件典型部件gvhj22jhgvgpzgvgpz222222221111由此可推得由此可推得:gvvgpzgpzhj2)()(222122111p2v1v2p2A1A對(duì)控制體列對(duì)控制體列動(dòng)量方程動(dòng)量方程:12122

24、21212211122211)()(AvAvAApApApvvqFApApv對(duì)于湍流流動(dòng)對(duì)于湍流流動(dòng),1,2, 都近似都近似等于等于1.0一、突擴(kuò)管道的局部阻力損失一、突擴(kuò)管道的局部阻力損失1212222221AvAvApAp化簡(jiǎn)可得化簡(jiǎn)可得:gvvhj2)(221此式即為圓管突然擴(kuò)大局此式即為圓管突然擴(kuò)大局部水頭損失的表達(dá)式部水頭損失的表達(dá)式gvgvAAhj22) 1(22222212局部水頭損失可表示為局部水頭損失可表示為:或者或者:gvgvAAhj22)1 (21121221由于由于:212211zzvAvA按大截面流速計(jì)算的局部損失系數(shù)按大截面流速計(jì)算的局部損失系數(shù)按小截面流速計(jì)算的局

25、部損失系數(shù)按小截面流速計(jì)算的局部損失系數(shù)實(shí)驗(yàn)證明，實(shí)驗(yàn)證明，gvvgvgvhcccj2)(2222222222) 11(,cccccCCAAC令01115. 0,617. 05 . 001212cccccCAACCAA時(shí)，當(dāng)，時(shí)，當(dāng)流束的收縮系數(shù)流束的收縮系數(shù)二、管道二、管道截面突截面突然縮小然縮小局部能量損失局部能量損失截面截面AA和和DD的壓強(qiáng)分別是均勻的，在的壓強(qiáng)分別是均勻的，在A(yíng)B和和CD這這兩段增壓過(guò)程中，有可能因?yàn)檫吔鐚幽芰勘徽硿啥卧鰤哼^(guò)程中，有可能因?yàn)檫吔鐚幽芰勘徽硿ο亩霈F(xiàn)邊界層分離，形成旋渦，造成損失。消耗而出現(xiàn)邊界層分離，形成旋渦，造成損失。在管道系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算中，

26、常常按損失能量相等的觀(guān)在管道系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算中，常常按損失能量相等的觀(guān)點(diǎn)把管件的局部損失換算成等值長(zhǎng)度的沿程損失。點(diǎn)把管件的局部損失換算成等值長(zhǎng)度的沿程損失。dleDCADBApppp(min)(max)三、彎管三、彎管例例5-4 如圖上下兩個(gè)貯水池由直徑如圖上下兩個(gè)貯水池由直徑d =10cm，長(zhǎng)，長(zhǎng) l = 50 m的鐵管連接（的鐵管連接（= 0.046 mm）中間連有球形閥一個(gè)（全開(kāi)）中間連有球形閥一個(gè)（全開(kāi)時(shí)時(shí) v= 5.7），），9090彎管兩個(gè)（每個(gè)彎管兩個(gè)（每個(gè)b= 0.64），為保證），為保證管中流量管中流量qV = 0.04m3/s , , 求：求： 兩貯水池的水位差兩貯水池的水

27、位差H解：管內(nèi)平均速度為解：管內(nèi)平均速度為 管內(nèi)流動(dòng)損失由兩部分組成：局部損失和沿程損失。管內(nèi)流動(dòng)損失由兩部分組成：局部損失和沿程損失。局部損失除閥門(mén)和彎頭損失外，還有入口（局部損失除閥門(mén)和彎頭損失外，還有入口（in= 0.5）和出口（和出口（out=1.0）損失）損失: smdqvV/09. 5) 1 . 0(04. 04422gvhoutbVinj2)2(2沿程損失為沿程損失為: : 由穆迪圖確定。設(shè)由穆迪圖確定。設(shè)=106 m2/s查查Moody圖圖, , 可得可得 = 0.0173 對(duì)兩貯水池液面對(duì)兩貯水池液面（1）和和（2）,由定常流動(dòng)能量方程由定常流動(dòng)能量方程: : 對(duì)液面對(duì)液面v

28、1=v2=0，p1=p2=0，由上式可得，由上式可得 gvdlhf2200046. 01 . 010046. 01009. 5101 . 009. 5Re356dvdwhgpzgvgpzgv2222112122討論：討論：（1 1）本例中在單管中包括入口和出口，有多個(gè)局部損失成分，）本例中在單管中包括入口和出口，有多個(gè)局部損失成分，只要正確確定每個(gè)部件的局部損失因子，將其累加起來(lái)，按一只要正確確定每個(gè)部件的局部損失因子，將其累加起來(lái)，按一個(gè)總的局部損失處理。個(gè)總的局部損失處理。 （2 2）計(jì)算結(jié)果表明，本例中管路局部損失與沿程損失大小相當(dāng)，）計(jì)算結(jié)果表明，本例中管路局部損失與沿程損失大小相當(dāng)，

29、兩者必須同時(shí)考慮兩者必須同時(shí)考慮 。 （3 3）本例若改為第三類(lèi)問(wèn)題：給定流量和水頭損失計(jì)算管徑，）本例若改為第三類(lèi)問(wèn)題：給定流量和水頭損失計(jì)算管徑，由于許多部件的局部損失因子與管徑有關(guān)，除了沿程損失系數(shù)由于許多部件的局部損失因子與管徑有關(guān)，除了沿程損失系數(shù)需要迭代計(jì)算外，局部損失因子也要迭代，計(jì)算的復(fù)雜性比不需要迭代計(jì)算外，局部損失因子也要迭代，計(jì)算的復(fù)雜性比不計(jì)局部損失時(shí)大大提高了。工程上通常將局部損失折算成等效計(jì)局部損失時(shí)大大提高了。工程上通常將局部損失折算成等效長(zhǎng)度管子的沿程損失，使計(jì)算和迭代簡(jiǎn)化。長(zhǎng)度管子的沿程損失，使計(jì)算和迭代簡(jiǎn)化。 gvdlhhhzzHouteVinfjw2)2(

30、221m6 .228 . 92)09. 5()1 . 0500173. 00 . 164. 027 . 55 . 0(2例例5-5 圖為水輪機(jī)工作輪與蝸殼間的密封裝置，其中線(xiàn)圖為水輪機(jī)工作輪與蝸殼間的密封裝置，其中線(xiàn)處的直徑處的直徑d=4m，徑向間隙，徑向間隙b=2mm，縫隙縱長(zhǎng)均為，縫隙縱長(zhǎng)均為l2=50mm，各縫隙之間有等長(zhǎng)擴(kuò)大槽溝，密封裝置進(jìn)出，各縫隙之間有等長(zhǎng)擴(kuò)大槽溝，密封裝置進(jìn)出口壓差口壓差p1-p2=294.2kPa，密封油的密度，密封油的密度 =896kg/m3，取，取進(jìn)口局部損失系數(shù)進(jìn)口局部損失系數(shù) ，出口局部損失系數(shù)，出口局部損失系數(shù) ，沿，沿程損失系數(shù)程損失系數(shù) =0.03

31、，試求密封裝置的漏損流量。如不設(shè)，試求密封裝置的漏損流量。如不設(shè)擴(kuò)大槽溝，其漏損流量又為多少？擴(kuò)大槽溝，其漏損流量又為多少？0.5i1o解：環(huán)形通道當(dāng)量直徑解：環(huán)形通道當(dāng)量直徑22121212420.004ddADddbmxdd221242iolvppD1/21221/22/2642008.867 /2 896 0.03 0.05/0.004 0.5 1ioppvlDm s 34 0.002 8.8670.223/vqdbvms 對(duì)于有擴(kuò)大溝槽的裝置，對(duì)縫隙的入口和出口列伯對(duì)于有擴(kuò)大溝槽的裝置，對(duì)縫隙的入口和出口列伯努利方程努利方程無(wú)擴(kuò)展溝槽時(shí)，縫隙軸向長(zhǎng)度：無(wú)擴(kuò)展溝槽時(shí)，縫隙軸向長(zhǎng)度：211

32、22iolvppD1/21211/22/2 26420011.957 /896 0.03 0.35/0.004 0.5 1ioppvlDm s 1277 0.050.35llm 34 0.002 11.9570.301/vqdbvms 利用擴(kuò)展槽的局部阻力可以減小漏損流量利用擴(kuò)展槽的局部阻力可以減小漏損流量5.9 管道水力計(jì)算管道水力計(jì)算mVffVqvdqvdvdgvdlhdfdlhqf22,4Re2/Re,0,（莫迪圖）dkkckbkkabac,62. 1,88,53. 0094. 0,Re134. 044. 0225. 0管徑和管壁粗糙度均相同的一根或數(shù)根管子串聯(lián)在一管徑和管壁粗糙度均相同

33、的一根或數(shù)根管子串聯(lián)在一起的管道系統(tǒng)。起的管道系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)求解的顯式：計(jì)算機(jī)求解的顯式： 一、簡(jiǎn)單管道一、簡(jiǎn)單管道由不同直徑或粗糙度的數(shù)段管子連接在一起的管道。由不同直徑或粗糙度的數(shù)段管子連接在一起的管道。特點(diǎn)：通過(guò)串聯(lián)管道各管段的流量相同；特點(diǎn)：通過(guò)串聯(lián)管道各管段的流量相同；串聯(lián)管道的損失等于各管段損失的總和。串聯(lián)管道的損失等于各管段損失的總和。)(22)0(22)(22231212122222222212111121cccgvHgvgvdlgvvgvdlgvHe二、串聯(lián)管道二、串聯(lián)管道兩類(lèi)典型問(wèn)題兩類(lèi)典型問(wèn)題HqV進(jìn)行比較與假設(shè)莫迪圖莫迪圖212121212121,Re,Re,)2,Re,

34、) 1 dvvHHdvdqv（試湊法）（試湊法）例例5-6 二容器用兩段新的低碳鋼管連接起來(lái)，已二容器用兩段新的低碳鋼管連接起來(lái)，已知知d1=20cm，L1=30m，d2=30cm，L2=60m，管，管1為為銳邊入口，管銳邊入口，管2上的閥門(mén)的損失系數(shù)上的閥門(mén)的損失系數(shù)=3.5。當(dāng)流。當(dāng)流量量qv=0.2m3/s時(shí)時(shí),求必需的總水頭求必需的總水頭H。解：解： 設(shè)設(shè)20水水 sm /10007. 1261221222244 0.26.366/3.14 0.244 0.22.829/3.14 0.3vvqvm sdqvm sd1221222244 0.26.366/3.14 0.244 0.22.

35、829/3.14 0.3vvqvm sdqvm sd84280010007. 13 . 0829. 2Re126435010007. 12 . 0366. 6Re62226111dvdv10.87520.87534.2 2000.03126435034.2 3000.07842800mmmmdd由表由表5.5.1，普通條件下澆成的鋼管，普通條件下澆成的鋼管 0.19mm285. 02185. 085. 01Re120734219. 0230041608 . 024160Re85536819. 02200416024160dd0171. 0Relg42. 10194. 074. 12lg2222

36、2211dd22111222:0.4440.313AdAd由22112211212220.53.51226.366302.82960(0.5 0.01940.31)(3.5 0.01711)2 9.8070.22 9.8070.37.686 3.232 10.918vlvlHgdgdm 由幾條簡(jiǎn)單管道或串聯(lián)管道，入口端與出口端分由幾條簡(jiǎn)單管道或串聯(lián)管道，入口端與出口端分別連接在一起的管道系統(tǒng)。別連接在一起的管道系統(tǒng)。并聯(lián)管道特征并聯(lián)管道特征1.1.總流量是各分管段總流量是各分管段流量之和。流量之和。2.2.并聯(lián)管道的損失等于各分管道的損失。并聯(lián)管道的損失等于各分管道的損失。.321vvvvqq

37、qq.321wwwwhhhhAqVqV1 d1 hw1qV2 d2 hw2qV3 d3 hw3BqV三、并聯(lián)管道三、并聯(lián)管道兩類(lèi)計(jì)算問(wèn)題兩類(lèi)計(jì)算問(wèn)題（1）已知）已知A點(diǎn)和點(diǎn)和B點(diǎn)的靜點(diǎn)的靜水頭線(xiàn)高度（即水頭線(xiàn)高度（即z+p/ g)，求總流量求總流量qV；假設(shè)假設(shè) 由由hf計(jì)算計(jì)算 v 、Re由由Re、 查莫迪圖得查莫迪圖得 New校核校核 New = NewNY由由hf計(jì)算計(jì)算 v 、 qV 求解方法相當(dāng)求解方法相當(dāng)于簡(jiǎn)單管道的第于簡(jiǎn)單管道的第二類(lèi)計(jì)算問(wèn)題。二類(lèi)計(jì)算問(wèn)題。AqVqV1 d1 hw1qV2 d2 hw2qV3 d3 hw3BqV（2）已知總流量）已知總流量qV ，求各分管道中的流

38、量及求各分管道中的流量及能量損失能量損失 。假設(shè)管假設(shè)管1的的 qV1 由由qV1計(jì)算管計(jì)算管1的的hf1 由由hf1求求qV2和和 qV3hf1= hf2 = hf3qV1 = qV1N結(jié)束計(jì)算結(jié)束計(jì)算按按qV1 、qV2 和和qV3的比例計(jì)算的比例計(jì)算qV1 、qV2 和和qV3計(jì)算計(jì)算hf1 、 hf2和和hf3 YAqVqV1 d1 hw1qV2 d2 hw2qV3 d3 hw3BqV例例5-7 已知并聯(lián)管道：已知并聯(lián)管道：解：解： 采用下式計(jì)算沿程阻力系數(shù)采用下式計(jì)算沿程阻力系數(shù)11122233362353900 ,0.3 ,0.0003 ;600 ,0.2 ,0.00003 ;12

39、00 ,0.4 ,0.000024 ;1 10/ ,998/,9.807 1020 ,0.4/AABvlm dmmlm dmmlm dmmmskg mpPaZZm qms 忽略局部阻力，求：忽略局部阻力，求：123vvvBqqqp、0.2250.440.134Re0.0940.53 ,88,1.62,cabakk bkckkd并聯(lián)管道各支管壓降與總壓降相等，試取并聯(lián)管道各支管壓降與總壓降相等，試取1111222233330.0010.0204,4.212,0.4620.000150.01304,1.828,0.49790.000060.01058,1.221,0.4403kabckabckab

40、c6.563fhm 22flvhdg由：由： 試湊得：試湊得：31113222333330.021431.415/0.1/0.016341.621/0.0509/0.013831.76/0.2212/0.1 0.05090.22120.3721/vvvvvm sqmsvm sqmsvm sqmsqms 按給定流量重新分配并校核計(jì)算壓降按給定流量重新分配并校核計(jì)算壓降559.807 10998 9.807 7.5349.07 10BAfppghPa（亦可用改變所取壓降值試湊計(jì)算，有興趣的同學(xué)（亦可用改變所取壓降值試湊計(jì)算，有興趣的同學(xué)可編程計(jì)算）可編程計(jì)算）3132330.4 0.1/0.372

41、10.1075/0.4 0.0509/0.37210.0547/0.4 0.2212/0.37210.2378/vvvqmsqmsqms1111222233331.521/ ,Re456244,0.02138,7.5651.741/ ,Re348231,0.01622,7.5211.892/ ,Re756941,0.01373,7.5177.5657.521 7.517 /37.534ffffvm shmvm shmvm shmhm特點(diǎn)：流入或流出管道匯合處的流量相等，即特點(diǎn)：流入或流出管道匯合處的流量相等，即321321vvvvvvqqqqqq或四、分支管路四、分支管路特點(diǎn)：流入結(jié)點(diǎn)的流量等

42、于流出結(jié)點(diǎn)的流量，特點(diǎn)：流入結(jié)點(diǎn)的流量等于流出結(jié)點(diǎn)的流量，在任一環(huán)路中，由某一結(jié)點(diǎn)沿兩個(gè)方向到另一個(gè)結(jié)點(diǎn)在任一環(huán)路中，由某一結(jié)點(diǎn)沿兩個(gè)方向到另一個(gè)結(jié)點(diǎn)的能量損失相等。的能量損失相等。0vq0fh五、管網(wǎng)五、管網(wǎng)由若干管道環(huán)路相連接、在結(jié)點(diǎn)處流出的流量來(lái)自于由若干管道環(huán)路相連接、在結(jié)點(diǎn)處流出的流量來(lái)自于幾個(gè)環(huán)路的管道系統(tǒng)。幾個(gè)環(huán)路的管道系統(tǒng)。5.10 幾種常用的技術(shù)裝置幾種常用的技術(shù)裝置221111()222211acdeevcdppvvggggppvC集流器的速度集流器的速度系數(shù)系數(shù)錐頂角錐頂角60o的圓的圓錐形集流器錐形集流器圓弧形集流器圓弧形集流器98. 0vC99. 0vC整流網(wǎng)整流網(wǎng)集

43、流器集流器測(cè)壓計(jì)測(cè)壓計(jì)一、集流器測(cè)風(fēng)裝置一、集流器測(cè)風(fēng)裝置對(duì)對(duì)0-0面和面和1-1面列總流的伯努力方程，面列總流的伯努力方程，例例5-8 風(fēng)筒的直徑風(fēng)筒的直徑d=400mm，集流器為，集流器為60圓圓錐形，測(cè)得靜壓錐形，測(cè)得靜壓pe=58.84Pa，風(fēng)溫，風(fēng)溫t=20，求，求通過(guò)風(fēng)筒的流速通過(guò)風(fēng)筒的流速v和體積流量和體積流量qv。解：解： 該集流器速度系數(shù)該集流器速度系數(shù)98. 0vC22 58.840.989.685/1.205evpvCm s223340.49.6851.217/4381/4vdqA vvmsmh 31.205/kg m20空氣密度空氣密度液體由管道從較高液位的一端經(jīng)過(guò)高出

44、液面的管段自液體由管道從較高液位的一端經(jīng)過(guò)高出液面的管段自動(dòng)流向較低液位的另一端的現(xiàn)象。動(dòng)流向較低液位的另一端的現(xiàn)象。2()2aapplvHggdg gvdlhhgppva2112)1 ()(對(duì)對(duì)1-1面和面和3-3面列伯努利方程面列伯努利方程對(duì)對(duì)1-1面和面和2-2面列伯努利方程面列伯努利方程2()vlvgHqA vd二、虹吸管二、虹吸管例例5-9 虹吸管直徑虹吸管直徑d=100mm，總長(zhǎng)，總長(zhǎng)L=20m，B點(diǎn)前管點(diǎn)前管長(zhǎng)長(zhǎng)L1=8m，B點(diǎn)離上游水面高點(diǎn)離上游水面高h(yuǎn)=4m，水面位差，水面位差H=5m。沿程損失系數(shù)沿程損失系數(shù)=0.04，進(jìn)出口及彎頭損失系數(shù)分別為，進(jìn)出口及彎頭損失系數(shù)分別為

45、i=0.8, o=1, b=0.9。求。求qv和和B點(diǎn)真空液柱高點(diǎn)真空液柱高h(yuǎn)v。解：解：222ibovlHgd223340.12.9080.0228/82.2/4vdqA vvmsmh 1/21/22/22 9.807 52.908/0.04 20/0.1 0.82 0.9 1ibogHvl dm s B點(diǎn)真空水柱高點(diǎn)真空水柱高212122.908840.040.80.9 142.546.542 9.8070.1Viblvhhgdm101325233710.11998.2 9.80665asmpphmg20水的極限吸水高度分析水的極限吸水高度分析對(duì)應(yīng)飽和壓力對(duì)應(yīng)飽和壓力202337spcPa

46、靜態(tài)液柱靜態(tài)液柱動(dòng)態(tài)吸上高度動(dòng)態(tài)吸上高度110.11 2.547.57mfhhhm三、堰流三、堰流 堰流流量與堰頂淹深有關(guān)堰流流量與堰頂淹深有關(guān)縮流矩形堰縮流矩形堰平流矩形堰平流矩形堰三角形堰三角形堰堰流堰流:流經(jīng)過(guò)水建筑物頂部下泄，溢流上表面不受約流經(jīng)過(guò)水建筑物頂部下泄，溢流上表面不受約束的開(kāi)敞水流。束的開(kāi)敞水流。堰流的理想流形堰流的理想流形1.來(lái)流流速均勻來(lái)流流速均勻2.自由表面水平自由表面水平3.水舌壓強(qiáng)為大氣壓水舌壓強(qiáng)為大氣壓4.不計(jì)粘滯力和表面力不計(jì)粘滯力和表面力222111212222epvvvzHzgggg22212vg Hzv222212002HHViqb v dzbg Hzv

47、 dz簡(jiǎn)化分析得：簡(jiǎn)化分析得：3/23/2221.9 2.23VwqqqcgbHc bHc三角堰流三角堰流求：求： 三角堰流量三角堰流量qV 的表達(dá)式的表達(dá)式 面元上的微元流量為面元上的微元流量為取取z z 軸從自由面垂直向下軸從自由面垂直向下, ,解：解：已知已知: : 設(shè)三角堰孔口角為設(shè)三角堰孔口角為 ，定常流動(dòng)時(shí)上游水面距角尖的淹深保持為，定常流動(dòng)時(shí)上游水面距角尖的淹深保持為h dzzzhtggbdzgzvdAdqV)(2(222任一狹縫面元的平均速度為任一狹縫面元的平均速度為 b=2(h-z)tg /2.gzv2考慮粘性影響和孔口流線(xiàn)收縮，實(shí)際流量為考慮粘性影響和孔口流線(xiàn)收縮，實(shí)際流量

48、為上式中上式中f ()略小于理論公式略小于理論公式(a)(a)中的系數(shù)，由實(shí)驗(yàn)測(cè)定。中的系數(shù)，由實(shí)驗(yàn)測(cè)定。 hAVVdzzhztggdqq02/32/1)()2(222/5)(hfqV2/502/52/3)2(2158)5232( )2(22htgghhtggh(a) （流體出流）（流體出流）孔口出流孔口出流在工程技術(shù)中有著廣泛在工程技術(shù)中有著廣泛的應(yīng)用，在許多領(lǐng)域都可以見(jiàn)到。例如，水利的應(yīng)用，在許多領(lǐng)域都可以見(jiàn)到。例如，水利工程上的閘孔，水力采煤用的水槍?zhuān)?chē)發(fā)動(dòng)工程上的閘孔，水力采煤用的水槍?zhuān)?chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的汽化器，柴油機(jī)的噴嘴，以及液壓技術(shù)中機(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

49、閥、錐閥、阻尼孔等都可歸納為孔油液流經(jīng)滑閥、錐閥、阻尼孔等都可歸納為孔口出流問(wèn)題?？诔隽鲉?wèn)題。本節(jié)討論液體孔口出流的基本概念，研究流體本節(jié)討論液體孔口出流的基本概念，研究流體出流的特征，確定出流速度、流量和影響它們出流的特征，確定出流速度、流量和影響它們的因素。通過(guò)對(duì)這些問(wèn)題的研究，以便使我們的因素。通過(guò)對(duì)這些問(wèn)題的研究，以便使我們進(jìn)一步掌握流體流動(dòng)基本規(guī)律的應(yīng)用。進(jìn)一步掌握流體流動(dòng)基本規(guī)律的應(yīng)用。5.11、液體出流、液體出流厚壁孔口薄壁孔口4221dsds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(duì)于液體

50、出流不產(chǎn)生影響，出流水股緣，此時(shí)邊緣厚度的變化對(duì)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(xiàn)接觸，這種孔口稱(chēng)為表面與孔壁可視為環(huán)線(xiàn)接觸，這種孔口稱(chēng)為薄壁孔口。薄壁孔口。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(duì)射流影響顯著，射流收縮后又?jǐn)U散而附壁，這種孔口稱(chēng)為厚對(duì)射流影響顯著，射流收縮后又?jǐn)U散而附壁，這種孔口稱(chēng)為厚壁孔口或長(zhǎng)孔口厚壁孔口或長(zhǎng)孔口，有時(shí)也稱(chēng)為，有時(shí)也稱(chēng)為管嘴管嘴。ss 分類(lèi)：分類(lèi)：薄壁孔口和厚壁孔口

51、：薄壁孔口和厚壁孔口：根據(jù)根據(jù)壁厚壁厚是否影響射流形狀可分為是否影響射流形狀可分為自由出流和淹沒(méi)出流：自由出流和淹沒(méi)出流：液體通過(guò)孔口流入大氣的稱(chēng)為自由出流；液體通過(guò)孔口流入大氣的稱(chēng)為自由出流；液體通過(guò)孔口流入液體空間的稱(chēng)為淹沒(méi)出流。液體通過(guò)孔口流入液體空間的稱(chēng)為淹沒(méi)出流。根據(jù)根據(jù)出流空間情況出流空間情況可分為可分為小孔口截面上各點(diǎn)靜水頭差異很小，可以忽略，孔口斷面上小孔口截面上各點(diǎn)靜水頭差異很小，可以忽略，孔口斷面上各點(diǎn)的流速是均勻分布的，大孔口不具備此特點(diǎn)。各點(diǎn)的流速是均勻分布的，大孔口不具備此特點(diǎn)。Hd101 大孔口大孔口Hd101 按按孔口直徑孔口直徑 d 和孔口形心在液面下深度和孔口

52、形心在液面下深度H的比值不同可分為的比值不同可分為小孔口小孔口收縮斷面：收縮斷面：孔口邊緣尖銳，而流線(xiàn)又不能突然轉(zhuǎn)折，經(jīng)過(guò)孔口孔口邊緣尖銳，而流線(xiàn)又不能突然轉(zhuǎn)折，經(jīng)過(guò)孔口后射流要發(fā)生收縮，在孔口下游附近的后射流要發(fā)生收縮，在孔口下游附近的c c- -c c斷面處，射流斷面積斷面處，射流斷面積達(dá)到最小處的過(guò)流斷面。達(dá)到最小處的過(guò)流斷面。收縮系數(shù)：收縮系數(shù)：收縮斷面面積與孔口的幾何斷面積之比，即收縮斷面面積與孔口的幾何斷面積之比，即 Cc = Ac/A。出流特征：出流特征：液體從薄壁孔口出流時(shí)，沒(méi)有沿程能量損失，只有收液體從薄壁孔口出流時(shí)，沒(méi)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

53、壁孔口出流時(shí)不僅有收縮縮而產(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。的局部能量損失，而且還有沿程損失。 典型的出流問(wèn)題：典型的出流問(wèn)題：薄壁小孔口自由出流薄壁小孔口自由出流 1-1截面與截面與c-c截面（縮頸）列總流的伯努利截面（縮頸）列總流的伯努利方程方程)(2)(21100avacppgHCppgHvgvgpgvgpHcac22220vcqCCC流量系數(shù))(2)(200acvacvvppgHACCppgHACq流速系數(shù)流速系數(shù))(20aqvppgHACq3）流量系數(shù)：）流量系數(shù)： 實(shí)際流量與理想流量之比。實(shí)際流量與理想流量之比。qvcCCC,00

54、,2vvqvqqCgHAq所以表征孔口出流性能的主要是三個(gè)孔口出流系數(shù)：所以表征孔口出流性能的主要是三個(gè)孔口出流系數(shù)：1）收縮系數(shù)：表示出流流束收縮的程度；）收縮系數(shù)：表示出流流束收縮的程度；00,2vvCgHvcv11vC2）流速系數(shù)：）流速系數(shù)： 實(shí)際流速與理想流速之比，實(shí)際流速與理想流速之比，因?yàn)橐驗(yàn)?，局部損失越大，流速系數(shù)和實(shí)際流速越?。?，局部損失越大，流速系數(shù)和實(shí)際流速越??； 薄壁小孔口淹沒(méi)出流薄壁小孔口淹沒(méi)出流pgHACqpgHCvqVv22薄壁大孔口自由出流薄壁大孔口自由出流)(2)(22220022021acvvavccacppgHACCqppgHCvgvgpgvgpgvHv

55、cqcvccCCCmCCAAC流量系數(shù)流速系數(shù)收縮系數(shù)22111AAm 大孔口淹沒(méi)出流大孔口淹沒(méi)出流22cvVqppvCqC A流速和流量的計(jì)算與自由出流速和流量的計(jì)算與自由出流相同，但流相同，但H 為兩液面的高為兩液面的高度差。度差。標(biāo)準(zhǔn)孔板流量系數(shù)見(jiàn)表標(biāo)準(zhǔn)孔板流量系數(shù)見(jiàn)表5.11.1，P164孔板流量計(jì)是測(cè)量水和蒸汽流孔板流量計(jì)是測(cè)量水和蒸汽流量的節(jié)流裝置。（測(cè)量原理）量的節(jié)流裝置。（測(cè)量原理）斷面斷面1-1，管嘴出口斷面，管嘴出口斷面2-2，列能量，列能量方程：方程：gvgpgvgpgvHna22222021avanppgHCppgHmv0022211管嘴出管嘴出流速度流速度圓柱形外管嘴

56、定常出流圓柱形外管嘴定常出流在直徑為在直徑為d的孔口上的孔口上外接長(zhǎng)度外接長(zhǎng)度為為s=(34)d的短管，的短管，就是圓柱就是圓柱形外管嘴。形外管嘴。 在相同的作用水頭下，同樣斷面積的管嘴的過(guò)流能力是孔口的在相同的作用水頭下，同樣斷面積的管嘴的過(guò)流能力是孔口的1.32倍。因此，工程上常用管嘴作泄水管。倍。因此，工程上常用管嘴作泄水管。管嘴出管嘴出流流量流流量aqvppgHACq02收縮斷面的真空收縮斷面的真空 列收縮斷面列收縮斷面C CC C和出口斷面的能和出口斷面的能量方程量方程222222accppvvvggg22111ccCAA連續(xù)性方程連續(xù)性方程 vCvAAvccc1代入上式代入上式gv

57、CCgppccca21111222由由 表明在收縮斷面的表明在收縮斷面的真空度是作用水頭真空度是作用水頭75%，管嘴的作用相管嘴的作用相當(dāng)于將孔口自由出流的作用水頭增大了當(dāng)于將孔口自由出流的作用水頭增大了75%，從而管嘴流量，從而管嘴流量大為增加。大為增加。00.75vacvppphHgHCvv2HCgvv22282. 0vC63. 0cC 作用水頭作用水頭H越大，收縮斷面真空度也越大。當(dāng)收縮斷面越大，收縮斷面真空度也越大。當(dāng)收縮斷面真空度超過(guò)真空度超過(guò)7m水柱時(shí)，空氣將會(huì)從管嘴出口斷面被水柱時(shí)，空氣將會(huì)從管嘴出口斷面被“吸吸入入”，使收縮斷面真空被破壞，管嘴不能保持滿(mǎn)管出流。，使收縮斷面真空

58、被破壞，管嘴不能保持滿(mǎn)管出流。由公式由公式mH901 1、作用水頭、作用水頭2 2、管嘴長(zhǎng)度、管嘴長(zhǎng)度s=(34)d 圓柱形外管嘴圓柱形外管嘴正常工作條件正常工作條件水柱水柱 圓柱外管嘴的正常工作條件圓柱外管嘴的正常工作條件 00.75vacvppphH5.12 壓力管路中的水擊現(xiàn)象壓力管路中的水擊現(xiàn)象 在長(zhǎng)度為在長(zhǎng)度為L(zhǎng)的的A,B兩點(diǎn)之間，流兩點(diǎn)之間，流體在一定的壓差水頭體在一定的壓差水頭H下穩(wěn)定傳輸，下穩(wěn)定傳輸，管中各點(diǎn)流速均為管中各點(diǎn)流速均為v0，在，在A(yíng)點(diǎn)處的點(diǎn)處的流速由流速由v0突然變?yōu)榱?，?dòng)能轉(zhuǎn)為壓突然變?yōu)榱悖瑒?dòng)能轉(zhuǎn)為壓力能，引起壓力急劇升高，這種升力能，引起壓力急劇升高，這種升高

59、的壓強(qiáng)從緊貼閥門(mén)處向上游傳播、高的壓強(qiáng)從緊貼閥門(mén)處向上游傳播、反射，從而產(chǎn)生往復(fù)波動(dòng)引起管道反射，從而產(chǎn)生往復(fù)波動(dòng)引起管道振動(dòng)。振動(dòng)。壓力輸水管路（也可是輸油管路）。壓力輸水管路（也可是輸油管路）。這種現(xiàn)象稱(chēng)水擊現(xiàn)象，亦稱(chēng)水錘現(xiàn)象。這種現(xiàn)象稱(chēng)水擊現(xiàn)象，亦稱(chēng)水錘現(xiàn)象。水擊現(xiàn)象將影響管道系統(tǒng)的正常流動(dòng)和水泵的正常運(yùn)水擊現(xiàn)象將影響管道系統(tǒng)的正常流動(dòng)和水泵的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，壓強(qiáng)很高的水擊還可能造成管道和管件的破裂。轉(zhuǎn)，壓強(qiáng)很高的水擊還可能造成管道和管件的破裂。一、水擊現(xiàn)象的傳播過(guò)程一、水擊現(xiàn)象的傳播過(guò)程a)水管末端閘閥突然關(guān)閉水管末端閘閥突然關(guān)閉t =0，緊貼閥門(mén)上游的一層，緊貼閥門(mén)上游的一層流體，流速突變

60、為零，受后面未變流速的流體的壓流體，流速突變?yōu)榱悖芎竺嫖醋兞魉俚牧黧w的壓縮，其壓強(qiáng)突增了縮，其壓強(qiáng)突增了ph（水擊壓強(qiáng)）（水擊壓強(qiáng)）,管道受壓變形，管道受壓變形，截面積擴(kuò)大了截面積擴(kuò)大了d dA，這種壓縮以傳播速度，這種壓縮以傳播速度c向上游傳向上游傳播，形成壓縮波。當(dāng)壓縮波達(dá)到管道入口處時(shí)播，形成壓縮波。當(dāng)壓縮波達(dá)到管道入口處時(shí)t=L/c，整個(gè)管道內(nèi)流體處于靜止?fàn)顟B(tài)，壓強(qiáng)為，整個(gè)管道內(nèi)流體處于靜止?fàn)顟B(tài)，壓強(qiáng)為p+ph,流體動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)榱黧w壓縮和管道變形的彈性能。流體動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)榱黧w壓縮和管道變形的彈性能。b)管道內(nèi)壓強(qiáng)為管道內(nèi)壓強(qiáng)為p+ph，管道入口以外壓強(qiáng)為，管道入口以外壓強(qiáng)為p，這，這種不