第七章孔口、管嘴出流和有壓管流

2023/2/2中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）地下工程系1第七章孔口、管嘴出流和有壓管流第一節(jié)孔口出流第二節(jié)管嘴出流第三節(jié)短管的水力計(jì)算第四節(jié)長(zhǎng)管的水力計(jì)算第五節(jié)有壓管道中的水擊2023/2/2中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）地下工程系2【教學(xué)基本要求】3了解復(fù)雜管道的特點(diǎn)和計(jì)算方法。1掌握有壓管流基本特點(diǎn)：長(zhǎng)管、短管流動(dòng)的條件。2掌握簡(jiǎn)單管道水力計(jì)算和水頭線(xiàn)的繪制：管道內(nèi)壓強(qiáng)分布。4了解有壓管道的水擊現(xiàn)象、分類(lèi)和直接水擊壓強(qiáng)計(jì)算。第七章孔口、管嘴出流和有壓管流2023/2/2中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）地下工程系3【學(xué)習(xí)重點(diǎn)】

孔口出流、管嘴出流與有壓管流是工程中最常見(jiàn)的流動(dòng)現(xiàn)象，研究這三種流動(dòng)現(xiàn)象的基本特性與計(jì)算方法具有重要的工程實(shí)際意義。本章重點(diǎn)掌握簡(jiǎn)單管道的水力計(jì)算。(1)孔口出流：給排水工程中的取水孔口、泄水孔口中的水流，通風(fēng)工程中通過(guò)門(mén)、窗氣流，某些流量量測(cè)設(shè)備中的流動(dòng)；(2)管嘴出流：消防水槍、水力機(jī)械化施工用的水槍?zhuān)?3)管道流：市政建設(shè)、給水排水、采暖通風(fēng)、交通運(yùn)輸、水利水電等工程中最常見(jiàn)的流動(dòng)。第七章孔口、管嘴出流和有壓管流2023/2/2中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）地下工程系4第七章孔口、管嘴出流和有壓管流1、孔口出流——容器壁上開(kāi)孔，流體經(jīng)容器壁上所開(kāi)小孔流出的水力現(xiàn)象，稱(chēng)孔口出流。2、管嘴出流——在孔口上對(duì)接長(zhǎng)度為3-4倍孔徑的短管，流體經(jīng)容器壁上所接短管流出的水力現(xiàn)象，稱(chēng)管嘴出流。一、概念2023/2/2中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）地下工程系5第七章孔口、管嘴出流和有壓管流（3）能量損失計(jì)算式。（1）能量方程；（2）總流的連續(xù)性方程；二、任務(wù)：計(jì)算過(guò)流量Q。三、依據(jù)：2023/2/26中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）地下工程系第一節(jié)

孔口出流一、孔口出流分類(lèi)1、按

e

與H的關(guān)系：

eH小孔口：大孔口：2023/2/27中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）地下工程系第一節(jié)

孔口出流2、按孔口的作用水頭是否穩(wěn)定：自由式出流；淹沒(méi)式出流。厚壁孔口出流。薄壁孔口出流；恒定孔口出流；非恒定孔口出流。3、按出流后周?chē)慕橘|(zhì)情況：4、按孔壁對(duì)出流的影響：2023/2/28中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）地下工程系第一節(jié)

孔口出流H2023/2/29中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）地下工程系第一節(jié)

孔口出流列A-A、C-C斷面能量方程H0——自由出流的作用水頭二、薄壁小孔口恒定自由出流2023/2/210中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）地下工程系第一節(jié)

孔口出流物理意義：促使流體克服阻力，流入大氣的全部能量特例自由液面：PA=Pa，液面恒定：vA=0收縮斷面流速φ——孔口的流速系數(shù)，φ=0.97。2023/2/211中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）地下工程系第一節(jié)

孔口出流孔口流量全部收縮（完善收縮、不完善收縮）部分收縮（不完善收縮）2023/2/212中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）地下工程系第一節(jié)

孔口出流CgHvf=20gHAQm=20efm=CAAe=CCaxf+=1其中：1、流量公式：φ=0.97μ=0.62；ε=0.64；對(duì)薄壁圓形完善收縮小孔口：結(jié)論2023/2/213中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）地下工程系第一節(jié)

孔口出流列上下游液面能量方程ζse=1——突然擴(kuò)大阻力系數(shù)H0——淹沒(méi)出流的作用水頭三、薄壁小孔口恒定淹沒(méi)出流2023/2/214中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）地下工程系第一節(jié)

孔口出流物理意義：促使流體克服阻力流入到下游的全部能量特例：P1=P2=Pa，v1=v2=0收縮斷面流速孔口流量與自由出流一致H0與孔口位置無(wú)關(guān)2023/2/215中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）地下工程系第一節(jié)

孔口出流1、流量公式：2、自由式與淹沒(méi)式對(duì)比：1>公式形式相同；2>φ、μ基本相同，但

H0不同；3>自由出流與孔口的淹沒(méi)深度有關(guān)，淹沒(méi)出流與上、下游水位差有關(guān)。結(jié)論2023/2/216中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）地下工程系第一節(jié)

孔口出流Hv0zv0v2H0=H+2gv02自由式：淹沒(méi)式：H0=z+2gv022gv22－2023/2/217中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）地下工程系第一節(jié)

孔口出流考考你：請(qǐng)寫(xiě)出圖中兩個(gè)孔口Q1和Q2的流量關(guān)系式（A1=A2)。圖1：Q1

Q2；圖2：Q1

Q2。（填>、<或＝）2023/2/218中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）地下工程系第一節(jié)

孔口出流（3）孔口的位置（對(duì)收縮系數(shù)有直接的影響）。（1）孔口的形狀；（2）孔口的邊緣情況；3、幾種孔口的收縮形式自閱全部收縮不全部收縮完善收縮、不完善收縮四、影響孔口出流的邊界因素：aL≥3aL≥3a2023/2/219中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）地下工程系第一節(jié)

孔口出流解決的問(wèn)題：只對(duì)作用液面緩慢變化的情況進(jìn)行討論。充水、泄水所需時(shí)間問(wèn)題。1、公式推導(dǎo)：將液面高度的變化劃分成無(wú)數(shù)微小時(shí)段，每一微小時(shí)段作恒定流處理。F-=dhdV=dtQ×dtghA2m流出體積液面減少的體積五、孔口的變水頭出流孔口的變水頭出流：孔口出流（或入流）過(guò)程中，容器內(nèi)水位隨時(shí)間變化（降低或升高），導(dǎo)致孔口的流量隨時(shí)間變化的流動(dòng)。2023/2/220中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）地下工程系第一節(jié)

孔口出流-F=][2221HHgAtmmax11222QVgHAHt=F=m2、充、泄水時(shí)間：容器中無(wú)液體流入的自由出流或上游恒定，下游液面改變的淹沒(méi)出流。3、容器放空時(shí)間20H=H1H22023/2/221中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）地下工程系第一節(jié)

孔口出流六、應(yīng)用舉例例

貯水罐（如圖）底面積3m×2m，貯水深H1=4m，由于銹蝕，距罐底0.2m處形成一個(gè)直徑d=5mm的孔洞，試求(1)水位恒定，一晝夜的漏水量；(2)因漏水水位下降，一晝夜的漏水量。2023/2/222中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）地下工程系第一節(jié)

孔口出流解（1）水位恒定，一晝夜的漏水量按薄壁小孔口恒定出流計(jì)算其中μ=0.62代入上式得一晝夜的漏水量2023/2/223中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）地下工程系第一節(jié)

孔口出流（2）水位下降，一晝夜的漏水量按孔口變水頭出流計(jì)算解得一晝夜的漏水量2023/2/224中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）地下工程系第二節(jié)

管嘴出流1、管嘴出流：在孔口處對(duì)接一個(gè)3—4倍孔徑長(zhǎng)度的短管，水體通過(guò)短管并在出口斷面滿(mǎn)管流出的水力現(xiàn)象。2、流體經(jīng)圓柱形管嘴或擴(kuò)張管嘴時(shí)，由于慣性作用，在管中某處形成收縮斷面，產(chǎn)生環(huán)行真空，從而增加了水流的抽吸力，使其出流量比孔口有所增加。2023/2/225中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）地下工程系第二節(jié)

管嘴出流一、圓柱形外管嘴恒定自由出流（1）推導(dǎo)：H0——作用水頭2c2v0HcvH222023/2/226中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）地下工程系第二節(jié)

管嘴出流流速流量真空的抽吸作用，流量增加對(duì)銳緣進(jìn)口的管嘴，ζ=0.5，2023/2/227中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）地下工程系第二節(jié)

管嘴出流（2）公式：022gHvf=02gHAQm=82.0==fm（3）與孔口的對(duì)比：1>公式形式相同，但系數(shù)不同：孔口：μ=0.62φ=0.97ε=0.64管嘴：μ=φ=0.82ε=12>

H0

相同時(shí)，若A也相同，則管嘴出流是孔口出流量的1.32倍。2023/2/228中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）地下工程系第二節(jié)

管嘴出流ρgvρgvpρgvpaccc2222222222++=+xaρgaρg二、收縮斷面的真空1>對(duì)C—C，2—2列方程：ρgvvc2)(22-=2hj2=xv222ρg2c2v0Hcv可作為突然擴(kuò)大處理2023/2/229中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）地下工程系第二節(jié)

管嘴出流=075.0Hpvρg在C—C處形成0.75H0

真空度。2>真空計(jì)算：H0≤9mH0O水柱；L≈（3～4）d。

水柱時(shí)，管內(nèi)液體pvγ>7mH0O實(shí)驗(yàn)證明：將氣化，吸入空氣，破壞真空。三、圓柱形外接管嘴正常工作的條件：2023/2/230中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）地下工程系第二節(jié)

管嘴出流問(wèn)題：孔口、管嘴若作用水頭和直徑d相同時(shí)，下列那些是正確的：A.Q孔<Q嘴，u孔<u嘴；B.Q孔<Q嘴，u孔>u嘴；C.Q孔>Q嘴，u孔>u嘴；D.Q孔>Q嘴，u孔<u嘴。2023/2/231中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）地下工程系第二節(jié)

管嘴出流例：水箱中用一帶薄壁孔口的板隔開(kāi)，孔口及兩出流管嘴直徑均為d=100mm，為保證水位不變，流入水箱左邊的流量Q=80L/s，求兩管嘴出流的流量q1、q2。2023/2/232中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）地下工程系第二節(jié)

管嘴出流解：設(shè)孔口的流量為q對(duì)管嘴連續(xù)性方程解得2023/2/233中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）地下工程系第三節(jié)

短管的水力計(jì)算特點(diǎn)：（1）流體充滿(mǎn)整個(gè)過(guò)流斷面；（2）流體在壓力下流動(dòng)。（3）能量損失計(jì)算。（1）連續(xù)性方程；（2）能量方程；1、有壓管流是工程中常見(jiàn)的典型流動(dòng)之一。2、分析有壓管流的依據(jù)：2023/2/234中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）地下工程系第三節(jié)

短管的水力計(jì)算3、有壓管流分類(lèi)：（1）按局部損失所占比重，可分為：短管——局部損失、速度水頭均不可忽略的管路。長(zhǎng)管——局部損失、速度水頭均可忽略（或按沿程損失的一定比例計(jì)入）。L<1000d2023/2/235中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）地下工程系第三節(jié)

短管的水力計(jì)算（2）按管道的布置與連接形式，可分為：簡(jiǎn)單管路復(fù)雜管路短管長(zhǎng)管串聯(lián)管路并聯(lián)管路管網(wǎng)枝狀管網(wǎng)環(huán)狀管網(wǎng)2023/2/236中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）地下工程系第三節(jié)

短管的水力計(jì)算簡(jiǎn)單短管——管路由直徑相同、無(wú)分流管的管段組成。可分為自由式出流

和淹沒(méi)式出流。一、自由式出流——短管中的流體經(jīng)出口直接流入大氣。2023/2/237中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）地下工程系第三節(jié)

短管的水力計(jì)算1、裝置：

v0H22v2023/2/238中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）地下工程系第三節(jié)

短管的水力計(jì)算對(duì)1—1，2—2兩斷面列能量方程：有：2、計(jì)算式：11

v0H22v2023/2/239中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）地下工程系第三節(jié)

短管的水力計(jì)算+=agvHH22000令：H0——短管總的作用水頭。當(dāng)

v0(行近流速）可忽略時(shí)，H0≈H則有：2023/2/240中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）地下工程系第三節(jié)

短管的水力計(jì)算故有：02gHvf=（1）流速：02gHAvAQm==（2）流量：流速系數(shù)流量系數(shù)2023/2/241中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）地下工程系第三節(jié)

短管的水力計(jì)算二、淹沒(méi)出流——流體經(jīng)短管出口流入下游自由表面以下的液體中。1122v0H

v2v1、裝置：2023/2/242中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）地下工程系第三節(jié)

短管的水力計(jì)算gvgvgvdlgvH22222222200axla+?+?=+2、計(jì)算式：1122v0H

v2v2023/2/243中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）地下工程系第三節(jié)

短管的水力計(jì)算（1）流速：（2）流量：其中：2023/2/244中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）地下工程系第三節(jié)

短管的水力計(jì)算1>公式形式一致；2>H0意義不同：自由式與淹沒(méi)式二者比較：自由式——出口斷面形心點(diǎn)的總作用水頭。淹沒(méi)式——上、下游過(guò)流斷面總水頭差。淹沒(méi)式：H0=H+2gαv02自由式：2023/2/245中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）地下工程系第三節(jié)

短管的水力計(jì)算三、水頭線(xiàn)繪制。測(cè)壓管水頭線(xiàn)終止端：

1.自由出流時(shí)管軸上；2.淹沒(méi)出流時(shí)

自由液面上。注：若沿程流速不變是均勻流時(shí)，測(cè)壓管水頭線(xiàn)與總水頭線(xiàn)平行。2023/2/246中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）地下工程系第三節(jié)

短管的水力計(jì)算問(wèn)題1：圖示兩根完全相同的長(zhǎng)管道，只是安裝高度不同，兩管道的流量關(guān)系為：（C）

A.Q1<Q2；B.Q1>Q2；C.Q1=Q2；D.不定2023/2/247中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）地下工程系第三節(jié)

短管的水力計(jì)算問(wèn)題2：已知一水箱外接一長(zhǎng)L的短管，自由出流時(shí)如圖A，其流量為Q1；淹沒(méi)出流時(shí)如圖B，其流量為Q2，則Q1與Q2的關(guān)系為：（A）A.Q1=Q2；B.Q1>Q2；C.Q1<Q2；

D.關(guān)系不定。2023/2/248中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）地下工程系第三節(jié)

短管的水力計(jì)算四、短管中水力計(jì)算問(wèn)題——根據(jù)已知條件，確定某些變量。校核流量計(jì)算水頭H、管材（管壁粗糙情況）1、已知：管長(zhǎng)L，管件布置，管徑d。求：

Q可直接利用公式。方法：2023/2/249中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）地下工程系第三節(jié)

短管的水力計(jì)算新建工程設(shè)計(jì)2、已知：流量Q，水頭H管長(zhǎng)

L，管件布置。求：管徑

d。方法：因公式中隱含d，直接利用公式求解很難，故可采用以下方法：2023/2/250中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）地下工程系第三節(jié)

短管的水力計(jì)算QdQ=f(d)d0Q0（2）圖解法：Q=f(d)

；（1）試算法；先選擇一個(gè)經(jīng)濟(jì)流速，算得d。選擇標(biāo)準(zhǔn)管徑，再推算Q

是否合乎要求。

（3）經(jīng)濟(jì)流速法：2023/2/251中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）地下工程系第三節(jié)

短管的水力計(jì)算經(jīng)濟(jì)流速——全面考慮管材、動(dòng)力、人工等價(jià)格，及日后運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用等各方面因素，確定的流速。以上幾種方法都須據(jù)計(jì)算得到的

d

，選出相近的標(biāo)準(zhǔn)管徑，然后再?gòu)?fù)核計(jì)算。2023/2/252中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）地下工程系第三節(jié)

短管的水力計(jì)算3、已知：流量

Q，管長(zhǎng)

L，管件布置，管徑d。校核計(jì)算求：水頭H方法：可直接利用公式。4、分析計(jì)算沿程各過(guò)流斷面上的壓強(qiáng)。——（如洪水、消防等常常應(yīng)知道沿程的壓強(qiáng)的變化趨勢(shì)。）方法：繪制測(cè)壓管水頭線(xiàn)。2023/2/253中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）地下工程系第三節(jié)

短管的水力計(jì)算四、應(yīng)用1.虹吸管的水力計(jì)算

管道軸線(xiàn)的一部分高出無(wú)壓的上游供水水面，這樣的管道稱(chēng)為虹吸管。因?yàn)楹缥茌斔?，具有能跨越高地，減少挖方，以及便于自動(dòng)操作等優(yōu)點(diǎn)，在工程中廣為應(yīng)用。2023/2/254中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）地下工程系第三節(jié)

短管的水力計(jì)算虹吸現(xiàn)象流速2023/2/255中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）地下工程系第三節(jié)

短管的水力計(jì)算虹吸管正常工作條件最大真空度列1-1和最高斷面C-C的能量方程流量2023/2/256中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）地下工程系第三節(jié)

短管的水力計(jì)算最大安裝高度（最大允許超高）管頂允許的真空高度2023/2/257中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）地下工程系第三節(jié)

短管的水力計(jì)算例：用虹吸管自鉆井輸水至集水池。圖中，虹吸管長(zhǎng)l=lAB+lBC=30+40=70m，d=200mm。鉆井至集水池間的恒定水位高差H=1.60m。又已知λ=0.03，管路進(jìn)口、120彎頭、90°彎頭及出口處的局部阻力系數(shù)分別為ζ1=0.5，ζ2=0.2，ζ3=0.5，ζ4=1.0。試求:（1）流經(jīng)虹吸管的流量；（2）如虹吸管頂部B點(diǎn)的安裝高度hB=4.5m，校核其真空度。2023/2/258中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）地下工程系第三節(jié)

短管的水力計(jì)算（1）列1-1，3-3能量方程，忽略行進(jìn)流速v0=0（2）假設(shè)2-2中心與B點(diǎn)高度相當(dāng)，離管路進(jìn)口距離與B點(diǎn)也幾乎相等，列1-1，2-2能量方程：

所以虹吸管可正常工作。2023/2/259中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）地下工程系第三節(jié)

短管的水力計(jì)算(2)水泵吸水管的水力計(jì)算

離心泵吸水管主要是確定泵的安裝高度Hs(圖7-10)。取斷面1-1、2-2列伯努利方程，忽略吸水池水面流速，得(7-15)hv—水泵進(jìn)口斷面真空高度，λ—吸水管沿程摩阻系數(shù)∑—吸水管各局部水頭損失系數(shù)之和

氣蝕：進(jìn)口斷面絕對(duì)壓強(qiáng)降至蒸氣壓，水汽化成大量氣泡隨水流進(jìn)入泵內(nèi)受壓而突然潰滅，引起周?chē)詷O大速度向潰滅點(diǎn)沖擊，在該點(diǎn)造成高達(dá)數(shù)百大氣壓以上壓強(qiáng)，損壞水泵部件。P183例7-3（水泵吸水力計(jì)算）P183例7-4（短管直徑計(jì)算）Hs—水泵安裝高度2023/2/260中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）地下工程系第四節(jié)

長(zhǎng)管的水力計(jì)算長(zhǎng)管一般指

L>1000d特點(diǎn)：（1）局部損失、流速水頭可忽略；（2）總水頭線(xiàn)與測(cè)壓管水頭線(xiàn)合。H總水頭線(xiàn)與測(cè)壓管水頭線(xiàn)2023/2/261中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）地下工程系第四節(jié)

長(zhǎng)管的水力計(jì)算22528alQlQdg==pl22gvdlfhH==l一、簡(jiǎn)單長(zhǎng)管的水力計(jì)算1、計(jì)算式：H2023/2/262中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）地下工程系第四節(jié)

長(zhǎng)管的水力計(jì)算2、比阻a的計(jì)算：a=f(d，λ)管道比阻在實(shí)際工程中，有壓管流多在紊流粗糙區(qū)和過(guò)渡區(qū)，故可按下列方法計(jì)算a值。土木工程中通用的公式（謝才公式）：可以制成表，查表求得a。阻力平方區(qū)紊流過(guò)渡區(qū)2023/2/263中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）地下工程系第四節(jié)

長(zhǎng)管的水力計(jì)算二、串聯(lián)管路——由數(shù)段管徑不同的管段首、尾相接所聯(lián)成的管路。1、裝置：q1q2hf１

hf2

hf3

總水頭線(xiàn)、測(cè)壓管水頭線(xiàn)

2023/2/264中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）地下工程系第四節(jié)

長(zhǎng)管的水力計(jì)算2、特點(diǎn)：3＞全部的能量用于管路消耗．1＞可按長(zhǎng)管計(jì)算；2＞總水頭線(xiàn)為數(shù)條折線(xiàn)；2023/2/265中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）地下工程系第四節(jié)

長(zhǎng)管的水力計(jì)算3、計(jì)算：（1）流量：符合連續(xù)性方程，即流入節(jié)點(diǎn)的流量等于流出節(jié)點(diǎn)的流量。H=∑hfi=∑ailiQi2=∑SiQi2即：總損失等于各段損失之和。（2）水頭：式中Si為管段的抗阻，Si=aili。2023/2/266中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）地下工程系第四節(jié)

長(zhǎng)管的水力計(jì)算4、應(yīng)用（1）已知：Qi，di，

li，

qi。

求：

H三類(lèi)水力問(wèn)題的解決校核計(jì)算方法：H=∑hfi

2023/2/267中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）地下工程系第四節(jié)

長(zhǎng)管的水力計(jì)算校核計(jì)算，擴(kuò)建工程求：各管段的流量Qi

。（2）已知：H

,di,

Li,

qi。1>管段較少時(shí)，可直接利用H、Q公式，2>管段較多時(shí)，可利用試算法：方法：列方程組。2023/2/268中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）地下工程系第四節(jié)

長(zhǎng)管的水力計(jì)算nifnllHh?=設(shè)末端管路：ilH?全段平均坡降：末端流量：驗(yàn)算：∑hfi

＝ailiQi2＝（？）再依次推算前段各流量。如不合適，再調(diào)整hfn，重復(fù)以上步驟，直至合適。2023/2/269中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）地下工程系第四節(jié)

長(zhǎng)管的水力計(jì)算（3）已知：

H

,Q（或各管段Qi，qi），di

,

Li。求：某一管段的dx。擴(kuò)建或返修方法：1>先計(jì)算已知各段：∑hfi=∑ailiQi2

4>最后選擇標(biāo)準(zhǔn)管徑。3>再求dx

(試算、輔助曲線(xiàn))。2>再計(jì)算所求段：hfx=H－∑hfi

2023/2/270中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）地下工程系第四節(jié)

長(zhǎng)管的水力計(jì)算AB123三、并聯(lián)管路——在兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間并設(shè)幾條管段。1、裝置：（1）增加了供水的可靠性；（2）兩節(jié)點(diǎn)間的能量損失相等。2、特點(diǎn)：2023/2/271中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）地下工程系第四節(jié)

長(zhǎng)管的水力計(jì)算（2）能量：hf1=hf2=hf3=hfAB（1）流量：

Q流入=Q流出=Q1+Q2+Q33、計(jì)算：4、應(yīng)用：三類(lèi)計(jì)算同串聯(lián)通過(guò)流量(轉(zhuǎn)輸流量)：每根管段間通過(guò)不變的流量。

途泄流量(沿線(xiàn)流量)：工程中沿管長(zhǎng)由開(kāi)在管道上的孔口泄出的流量，最簡(jiǎn)單的是沿程均勻泄流管道(單位長(zhǎng)度上泄出相等流量)。如圖7-17設(shè)沿程均勻泄流管段長(zhǎng)l，直徑d，通過(guò)流量Qz，總途泄流量Qt。x處取dx管段，該管段Qx不變，水頭損失按簡(jiǎn)單管道計(jì)算，即管段直徑、粗糙一定，流動(dòng)處于粗糙區(qū)，比阻a常量，上式積分得

(7-25)近似寫(xiě)為(7-26)若管段Qz=0，由式(7-25)得(7-27)

供水、供熱、供氣、通風(fēng)系統(tǒng)常將數(shù)段管道組合成管網(wǎng)，如圖7-19，分為枝狀管網(wǎng)、環(huán)狀管網(wǎng)兩類(lèi)，具體計(jì)算參照相關(guān)專(zhuān)業(yè)教材。P189例7-9（水塔供水，求作用水頭）四、沿程均勻連續(xù)泄流2023/2/273中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）地下工程系第五節(jié)

有壓管道中的水擊一、

水擊現(xiàn)象

水擊(水錘)：有壓管道中由于閥門(mén)突然開(kāi)啟、關(guān)閉或水泵突然關(guān)閉，使水流流速急劇變化，引起管內(nèi)壓強(qiáng)發(fā)生大幅波動(dòng)的現(xiàn)象。水擊壓強(qiáng)為正常壓強(qiáng)幾十倍或幾百倍，導(dǎo)致長(zhǎng)管系統(tǒng)破壞(振動(dòng)、噪聲、閥門(mén)、接頭、變形、爆裂)。(1)水擊發(fā)生的原因v0、p0閥門(mén)突然關(guān)閉

v0=0、p0+△p

管道內(nèi)水流速度突然變化(閥門(mén)突然關(guān)閉)是引發(fā)水擊的條件，水本身具有慣性和壓縮性則是發(fā)生水擊的內(nèi)在原因。

水擊壓強(qiáng)正水擊：當(dāng)管道閥門(mén)迅速關(guān)閉，管中流速迅速減小，壓強(qiáng)顯著增大的水擊。負(fù)水擊：當(dāng)管道閥門(mén)迅速開(kāi)啟時(shí)，管中流速迅速增大，壓強(qiáng)顯著減小的水擊。2023/2/274中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）地下工程系

水擊波傳播過(guò)程中，管道各斷面流速、壓強(qiáng)隨時(shí)間變化，所以水擊過(guò)程是非恒定流。圖7-22是閥門(mén)斷面△p—t曲線(xiàn)，但實(shí)際水擊波傳播過(guò)程中，能量不斷損失，水擊壓強(qiáng)迅速衰減，圖7-23是閥門(mén)斷面實(shí)測(cè)的△p—t曲線(xiàn)。(2)水擊波的傳播過(guò)程第一階段(0＜t＜l／c,增壓逆波)：增壓波從閥門(mén)向管道進(jìn)口傳播,v0=0、p0+△p。第二階段(l／c＜t＜2l／c,減壓順波)：減壓波從管道進(jìn)口向閥門(mén)傳播,-v0、p0

。第三階段(2l／c＜t＜3l／c,減壓逆波)：減壓波從閥門(mén)向進(jìn)口傳播,v0=0、p0-△p。第四階段(3l／c＜t＜4l／c,增壓順波)：增壓波從管道進(jìn)口向閥門(mén)傳播,v0、p0

。水擊波：水擊以波的形式傳播，c為水擊波波速。相長(zhǎng)(T＝2l／c)：閥門(mén)開(kāi)始關(guān)閉至水擊波返回至閥門(mén)所需時(shí)間。第五節(jié)

有壓管道中的水擊水擊過(guò)程的物理特性階段時(shí)段

流速變化

流速方向

壓強(qiáng)變化水擊波傳播方向運(yùn)動(dòng)狀態(tài)液體狀態(tài)一0<t<l/cv0→0水庫(kù)→閥門(mén)

p0+△p閥門(mén)→水庫(kù)減速增壓

壓縮

二l/c<t<2l/c0→-v0閥門(mén)→水庫(kù)p0水庫(kù)→閥門(mén)減速減壓

恢復(fù)原狀

三2l/c<t<3l/c-v0→0閥門(mén)→水庫(kù)p0-△p閥門(mén)→水庫(kù)增速減壓

膨脹

四3l/c<t<4l/c0→v0水庫(kù)→閥門(mén)p0水庫(kù)→閥門(mén)增速增壓

恢復(fù)原狀二、

水擊壓強(qiáng)的計(jì)算(1)直接水擊

閥門(mén)關(guān)閉時(shí)間小于一個(gè)相長(zhǎng)(Tz＜2l／c)，最早形成的水擊波的反射波回到閥門(mén)前，閥門(mén)已全關(guān)閉，這時(shí)閥門(mén)處水擊壓強(qiáng)和閥門(mén)瞬時(shí)關(guān)閉相同，這種水擊稱(chēng)為直接水擊。應(yīng)用質(zhì)點(diǎn)系動(dòng)量原理求直接水擊壓強(qiáng)公式。

圖