第7章孔口管嘴及有壓管流ppt課件

1、第第7 7章章 孔口、管嘴與有壓管流孔口、管嘴與有壓管流 本章所用知識點本章所用知識點連續(xù)性方程連續(xù)性方程能量方程能量方程沿程水頭損失沿程水頭損失局部水頭損失局部水頭損失重點掌握重點掌握孔口、管嘴恒定出流的水力計算孔口、管嘴恒定出流的水力計算有壓管路恒定流動的水力計算有壓管路恒定流動的水力計算 輸水能力確定輸水能力確定 管徑確定管徑確定 水泵、虹吸管安裝高度，水塔建筑高度水泵、虹吸管安裝高度，水塔建筑高度的確定的確定7.1 7.1 薄壁孔口恒定出流薄壁孔口恒定出流7.1.1 7.1.1 孔口出流的分類孔口出流的分類 自由出流與淹沒出流：見圖自由出流與淹沒出流：見圖 小孔口出流與大孔口出流小孔口

2、出流與大孔口出流 小孔口小孔口 大孔口大孔口恒定出流與非恒定出流恒定出流與非恒定出流 薄壁孔口與厚壁孔口薄壁孔口與厚壁孔口10/dH10/dH 特征特征（1 1水流現(xiàn)象水流現(xiàn)象 （2 2小孔口小孔口（3 3恒定流恒定流（4 4自由出流自由出流（5 5具有收縮斷面具有收縮斷面10/dHAAc7.1.2 7.1.2 薄壁小孔口恒定自由出流薄壁小孔口恒定自由出流v以孔口形心點水平面為基準面以孔口形心點水平面為基準面, ,對斷面對斷面1-11-1，c-cc-c列能量方程列能量方程 2200cc0+=0022wvvHhgg2c02wjvhhg20 002vHHg222cccc00c0()222vvvHg

3、gg流量公式流量公式c00c0122vgHgHc010.97 0.98cc0022cQAvAvAgHAgH 0.6 0.62斷面收縮系數(shù)，斷面收縮系數(shù)，0.62-0.63動能修正系數(shù)，動能修正系數(shù)，1孔口局部阻力系數(shù)，孔口局部阻力系數(shù)，0.04-0.06 流量系數(shù)流量系數(shù)流速公式流速公式流速系數(shù)流速系數(shù)流量公式流量公式7.1.3 7.1.3 小孔口流量系數(shù)的影響因素小孔口流量系數(shù)的影響因素 雷諾數(shù)、邊界條件雷諾數(shù)、邊界條件 孔口的形狀：對于小孔口，影響不大孔口的形狀：對于小孔口，影響不大孔口位置孔口位置 完善收縮完善收縮1 1）全部收縮全部收縮 非完善收縮非完善收縮2 2） 或或 部分收縮部分

4、收縮3&43&4） blal3,3al3bl30.6 0.62c010.97 0.980.6 0.627.1.4 7.1.4 薄壁小孔口恒定淹沒出流薄壁小孔口恒定淹沒出流 v以孔口形心點水平面為基準面，對斷面以孔口形心點水平面為基準面，對斷面1-1，2-2列能量方程列能量方程流速公式流速公式流量公式流量公式2222cc11 1222120221 122011022001022c002222;22()2sesevvpvpvHHggggggvvHHHHHHHggvHgc00000cc0011222122secvgHgHgHQAvAvAgHAgH 流速：流量：010.97 0.981

5、0.60.62薄壁小孔口恒定自由出流薄壁小孔口恒定自由出流 VS 淹沒出流淹沒出流 （1流量公式相同流量公式相同（2流量系數(shù)流量系數(shù)（3作用水頭作用水頭 自由出流：為孔口形心點的淹沒深度；自由出流：為孔口形心點的淹沒深度； 淹沒出流：為上下游水面差；淹沒出流：為上下游水面差；gHAQ2c01自由01se淹沒淹沒自由薄壁大孔口出流薄壁大孔口出流 大孔口出流可視為是由無數(shù)小孔口組成，通過大孔口出流可視為是由無數(shù)小孔口組成，通過積分積分的方法可求得大孔口流量系數(shù)。的方法可求得大孔口流量系數(shù)。 實際計算表明，在估算大孔口流量時，小孔口實際計算表明，在估算大孔口流量時，小孔口流量流量公式也適用于大孔口，

6、式中為大孔口形心點的作公式也適用于大孔口，式中為大孔口形心點的作用水用水頭，因大孔口出流多為不完善收縮，其流量系數(shù)頭，因大孔口出流多為不完善收縮，其流量系數(shù)偏大。偏大。 大孔口流量系數(shù)大孔口流量系數(shù)水流收縮情況水流收縮情況流量系數(shù)流量系數(shù)全部收縮（不完善收縮）全部收縮（不完善收縮）0.70底部無收縮有適度側(cè)收縮底部無收縮有適度側(cè)收縮0.650.70底部無收縮側(cè)向很小收縮底部無收縮側(cè)向很小收縮0.700.75底部無收縮側(cè)向極小收縮底部無收縮側(cè)向極小收縮0.800.907.2 7.2 管嘴恒定出流管嘴恒定出流7.2.1 7.2.1 圓柱形外延管嘴恒定出流圓柱形外延管嘴恒定出流 22200n20n0

7、n0nnnn0n0nn=22221=2=211=0.8210.522=0.82vvvHgggvHgvgHgHQvAAgHAgH（）管嘴局部阻力系數(shù)，管嘴局部阻力系數(shù)，0.5為什么接管嘴后局為什么接管嘴后局部阻力增加了，而部阻力增加了，而流量卻增大呢？流量卻增大呢？7.2.2 7.2.2 圓柱形外延管嘴的真空壓強圓柱形外延管嘴的真空壓強7.2.3 7.2.3 外延管嘴的工作條件外延管嘴的工作條件（1 1作用水頭：作用水頭： （水柱）（水柱）（2 2管嘴長度：管嘴長度： 00.75cpHg 00.75kcppHgg mH90dl)43(7.2.4 7.2.4 其他形式的管嘴其他形式的管嘴 7.3

8、7.3 孔口管嘴的變水頭出流孔口管嘴的變水頭出流 放空時間：放空時間：max11122222QVgHAHgAHtgAHHt2)(221上講內(nèi)容上講內(nèi)容1 1、薄壁小孔口恒定自由出流、薄壁小孔口恒定自由出流2 2、薄壁小孔口的恒定淹沒出流、薄壁小孔口的恒定淹沒出流3 3、圓柱形外延管嘴恒定出流、圓柱形外延管嘴恒定出流4 4、圓柱形外延管嘴的真空壓強、圓柱形外延管嘴的真空壓強 02gHAQ01自由se01淹沒02gHAQn82. 0nn075. 0Hgppgpcak7.4 7.4 短管的水力計算短管的水力計算長管與短管的概念長管與短管的概念短管：在整個管路系統(tǒng)中，短管：在整個管路系統(tǒng)中， 與與 及

9、及 各占相當比重，在水力計算時都各占相當比重，在水力計算時都要考慮要考慮 如：水泵吸水管、虹吸管、倒虹吸如：水泵吸水管、虹吸管、倒虹吸管管 長管：在整個管路系統(tǒng)中，長管：在整個管路系統(tǒng)中， 占絕對比重，占絕對比重， 、 為微量，在水力計算時，為微量，在水力計算時，只考慮只考慮 如：給水管路管網(wǎng)）、水泵壓水管如：給水管路管網(wǎng)）、水泵壓水管fhjhgv22fhjhgv22fh7.4.1 7.4.1 短管自由出流短管自由出流 流量公式：流量公式：02gHAQcgHAQc2cc11dlc 管路系統(tǒng)管路系統(tǒng) 流量系數(shù)流量系數(shù)管路系統(tǒng)管路系統(tǒng)阻力系數(shù)阻力系數(shù)7.4.2 7.4.2 短管淹沒出流短管淹沒出流

10、 流量公式：流量公式：02gHAQcgHAQc21cc淹沒短管自由出流與淹沒出流比較：短管自由出流與淹沒出流比較：流量公式：流量公式：流量系數(shù)：流量系數(shù)：結(jié)論：結(jié)論：（1管路系統(tǒng)相同、作用水頭相同，自由出流與淹管路系統(tǒng)相同、作用水頭相同，自由出流與淹沒出流流量相等。沒出流流量相等。（2不同點：自由出流，不同點：自由出流， 為出口距上游水面的高差；為出口距上游水面的高差；而淹沒出流，而淹沒出流， 為上下游水面的高差。為上下游水面的高差。 gHAQc2ccc11自由自由ccc1淹沒淹沒HH7.4.3 7.4.3 短管水力計算的類型短管水力計算的類型（1 1已知作用水頭、管的長度、管徑、管材沿程阻力

11、已知作用水頭、管的長度、管徑、管材沿程阻力 系數(shù)以及管路布置局部阻力系數(shù)），確定流量系數(shù)以及管路布置局部阻力系數(shù)），確定流量（2 2已知流量、管的長度、管徑、管材以及管路布置，已知流量、管的長度、管徑、管材以及管路布置， 確定作用水頭確定作用水頭（3 3已知作用水頭、流量、管的長度、管材以及管路布已知作用水頭、流量、管的長度、管材以及管路布 置，確定管徑置，確定管徑應用舉例應用舉例 例例1：虹吸管的水力計算：虹吸管的水力計算 mhv0 . 7 已知上下游水位差已知上下游水位差H H，虹吸管頂部管中心線與上游水面高差，虹吸管頂部管中心線與上游水面高差z1=5.0mz1=5.0m。管長。管長l1,

12、l2,l3l1,l2,l3，管徑，管徑d=0.25md=0.25m，選用鑄鐵管，選用鑄鐵管，n=0.011n=0.011。局部損失系數(shù)：彎頭。局部損失系數(shù)：彎頭處處 ，進口，進口 ，出口，出口 求求: :（1 1虹吸管流量；虹吸管流量； （2 2求虹吸管最大真空壓強；求虹吸管最大真空壓強； （3 3若虹吸管最大允許真空壓強若虹吸管最大允許真空壓強 水柱），安裝高度是否合理？水柱），安裝高度是否合理？12=0.3e=4.0se=1.021230 0 0 0 0(2)2wwseHhlllvH hdg e彎例例2： 水泵的水力計算水泵的水力計算 離心水泵，離心水泵，Q=0.02m3/s，管長，管長允

13、許吸水真空壓強允許吸水真空壓強 ，安裝高度安裝高度 試：校核水泵的安裝高度試：校核水泵的安裝高度 是否合理？是否合理？ 求最大安裝高度？求最大安裝高度？032. 08lm0.1dm=6.0 =0.53進彎，mhv0 . 7s3.0hm2222222220002222swwpvhhggvvvlhdggg進彎例例3： 倒虹吸管的水力計算倒虹吸管的水力計算 已知流量已知流量 ，兩水面高差，兩水面高差 ，管，管長長 ， ， ， ， 求管徑？求管徑？ smQ/23ml3000000wHhgdQdlhHsew214)2(22）（彎進0318. 08275. 06 . 05dd0.6Hm032. 05 .

14、0進3 . 0彎0 . 1se7.5 7.5 長管的水力計算長管的水力計算 7.5.1 7.5.1 簡單管路簡單管路 比阻法比阻法: :比阻：比阻：fhH20fhs lQ5208dgs注意：注意： 在水力計算時在水力計算時, ,比阻比阻s0s0在不同流態(tài)、流區(qū)有不同的值在不同流態(tài)、流區(qū)有不同的值. . 當當 , ,為阻力平方區(qū)，查表為阻力平方區(qū)，查表7-37-3、7-57-5，根據(jù)，根據(jù)n n，d d查比阻查比阻當當 , ,在光滑區(qū)或過渡區(qū)在光滑區(qū)或過渡區(qū), ,用系數(shù)用系數(shù) 修正修正smv/2 . 1smv/2 . 1k20lQksH 20lQsH 修正系數(shù)修正系數(shù) 值值 （表（表7-4）k0

15、.200.250.300.350.400.451.411.331.281.241.201.1750.500.550.600.650.700.751.151.151.131.1151.101.0851.070.800.850.901.001.101.061.051.041.031.0151.0)/(smv)/(smv)/(smvkkk20. 1（1 1通用公式通用公式 對于圓管對于圓管（2 2專用公式鑄鐵管）專用公式鑄鐵管） 舍維列夫公式粗糙區(qū)）舍維列夫公式粗糙區(qū)） 光滑區(qū)和過渡區(qū)光滑區(qū)和過渡區(qū)3.503.0001736.0021.0dsd33. 523 .10dnso)001736. 0()8

16、76. 01 (852. 03 . 53 . 00dvksso3 .0)876.01 (852.0vk對于明渠水流對于明渠水流K-流量模數(shù)，與比阻的關(guān)系見上式。流量模數(shù)，與比阻的關(guān)系見上式。可用于明渠均勻流的水力計算?？捎糜诿髑鶆蛄鞯乃τ嬎?。RJcv RJACAvQKAC R令，221fHhlQK22QK J021SK即7.5.2 7.5.2 串聯(lián)管路串聯(lián)管路 計算原則計算原則niiiiiiiQlSHQqQ1201舉例：舉例： 如下圖，知如下圖，知 ， ； ， ； ， ，管道，管道為鑄鐵管，為鑄鐵管， ，轉(zhuǎn)輸流量，轉(zhuǎn)輸流量 ， 管路水平布置，管道末端高程管路水平布置，管道末端高程 ，服務水

17、頭自在，服務水頭自在水頭）水頭） ,求水塔的高度？求水塔的高度？ml5001mmd4001ml4502mmd3502ml3503mmd3003smQ/1 . 033smq/05. 031smq/05. 032mHz0 .10m0 . 0步驟總結(jié)步驟總結(jié)（1 1求各管中流量、流速，判別在哪個區(qū)；求各管中流量、流速，判別在哪個區(qū)；（2 2求各管段的比阻查表求各管段的比阻查表7-37-3得，因為管中水流都在得，因為管中水流都在粗糙區(qū)，故比阻不修正）粗糙區(qū)，故比阻不修正）（3 3求總的水頭損失；求總的水頭損失； （4 4求水塔高；求水塔高； mHhHzf17.211017.117.5.3 7.5.3

18、并聯(lián)管路并聯(lián)管路計算原則計算原則: :321321fffhhhQQQQ233032220221101QlSQlSQlS舉例舉例 某輸水系統(tǒng)，管長：某輸水系統(tǒng)，管長： , , , , , , ；糙率；糙率 ；管徑：；管徑： ， ， ；流量；流量 。水塔處地形高水塔處地形高 ，管道末端自由水頭，管道末端自由水頭 , , 管道末端地形管道末端地形 ，求水塔高，求水塔高H?H?013. 0nml5001ml7002ml3503ml3004mmd3501mmdd15032mmd2004sLqB/70sLQ/504mt104mHz8m100（1流量、流速、確定流區(qū)流量、流速、確定流區(qū) 先按粗糙區(qū)計算。先按

19、粗糙區(qū)計算。（2比阻，查表比阻，查表7-3smQqQB/120. 0050. 0070. 0341smdQv/248.135.014.312.0442211smQQQ/050.03432smv/59.12.014.3050.042426010.471(/)Ssm26020343.0/SSsm26049.30/Ssm（3計算計算2、3管中流量管中流量2203 3202 2203 33302 23500.707700S lQS l QS l QQS lsmQQQQ/050.0707.03323232330.021/0.029/QmsQms2240.0211.19/3.140.15vms3240.0

20、291.64/3.140.15vms（4 4計算水頭損失計算水頭損失（5 5求水塔高求水塔高244042330321101QlSQlSQlShw2220.471 500 0.12043.0 350 0.0299.30 300 0.0503.39 12.666.97523.025mzwtHhH10023.0258 10427.025wztHhHm 7.5.4 7.5.4 沿程均勻泄流管路沿程均勻泄流管路折算流量折算流量當當 時，時，dxQsdhxof2xQQqlqx2020)55. 0(rfABlQSqlQlShHqlQQr55. 00Q2013HS l ql2()fodhs Qqlqxdx22

21、 21()3fohs l QQqlq l舉例：如圖所示的由水塔供水的管路，有三段鑄鐵管段組舉例：如圖所示的由水塔供水的管路，有三段鑄鐵管段組成，其中第二段為沿程均勻泄流管段，已知鑄鐵管糙成，其中第二段為沿程均勻泄流管段，已知鑄鐵管糙率率 ，管長管分別為：，管長管分別為： ；管徑：；管徑： 節(jié)點節(jié)點B B轉(zhuǎn)輸流量轉(zhuǎn)輸流量 ，途泄流量，途泄流量 管路末端流量，管路末端流量， ，求需要的水塔高度，求需要的水塔高度 ？ 012. 0nml4501mmd2501ml2002mmd2002ml3003mmd1503smq/015. 031smmq/0001. 03smQ/02. 033Hv作業(yè)：作業(yè)：-，

22、-，-，-v作業(yè)：作業(yè)：-1，-2上講內(nèi)容上講內(nèi)容1 1、長管與短管的概念、長管與短管的概念2 2、測壓管水頭線與總水頭線的畫法、測壓管水頭線與總水頭線的畫法3 3、短管流量的計算公式、短管流量的計算公式自由出流自由出流淹沒出流淹沒出流02gHAQc1cc淹沒11cc自由dlc上講內(nèi)容上講內(nèi)容1.1.長管的水力計算長管的水力計算 簡單管路簡單管路2.2.比阻在不同流態(tài)、流區(qū)有不同的值比阻在不同流態(tài)、流區(qū)有不同的值. . 粗糙區(qū)粗糙區(qū) 水力光滑區(qū)、過度粗糙區(qū)水力光滑區(qū)、過度粗糙區(qū)3.3.串聯(lián)管路的計算原則串聯(lián)管路的計算原則 4.4.并聯(lián)管路的計算原則并聯(lián)管路的計算原則 5.5.沿程均勻泄流管路沿

23、程均勻泄流管路20lQsH 5208dgssmv/2.1smv/2.120lQksH niiiiiiiQlSHQqQ1201321321fffhhhQQQQqlQQr55. 020rHs lQ7.6 7.6 有壓管中的水擊有壓管中的水擊 7.6.1 7.6.1 水擊現(xiàn)象水擊現(xiàn)象 在有壓管中，因某種原因在有壓管中，因某種原因( (閥門關(guān)閥門關(guān)閉），水流流閉），水流流速突然變化，壓強隨之產(chǎn)生急劇變化交速突然變化，壓強隨之產(chǎn)生急劇變化交替升降）。替升降）。壓強交替變化如同用錘子擊打管壁，嚴重壓強交替變化如同用錘子擊打管壁，嚴重時造成管道時造成管道破裂，這種現(xiàn)象稱為水擊水錘）。破裂，這種現(xiàn)象稱為水擊水錘）。 （1 1） （增壓逆波）（增壓逆波） 流體被壓縮、管道膨脹流體被壓縮、管道膨脹 水擊波水擊波C C向左傳播向左傳播（2 2） （減壓順波）（減壓順波） 流體恢復原狀流體恢復原狀 管道恢復原狀管道恢復原狀 水擊波水擊波C C向右傳播向右傳播clt 000vgpgpgp00cltcl200vvgpgpgp007.6.2 7.6.2 水擊傳播過程水擊傳播過程(3) (3) （減壓逆波）（減壓逆波） 流體膨脹流體膨脹 管道被壓縮管道被壓縮 水擊波