第五章孔口、管嘴出流和有压管流.ppt

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1、第五章第五章 孔口、管嘴、管路流动孔口、管嘴、管路流动 概述：概述：（1 1）孔口出流）孔口出流 （2 2）管嘴出流管嘴出流 （3 3）管路流动（有压流管路流动（有压流)输水管、输油管、供热管路、窗户通风、空调输水管、输油管、供热管路、窗户通风、空调出口等出口等 有压管流水力计算类型：有压管流水力计算类型：（A A）输水能力的计算输水能力的计算 。（B B）设计（确定）管径。设计（确定）管径。（C C）水泵、风机流量扬程。水泵、风机流量扬程。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 管嘴出流管嘴出流5.4 简单管路简单管路5.5 管路串联与并联管路串联与并联5.6

2、 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第一节第一节 孔口自由出流孔口自由出流5.1 5.1 孔口出流的分类：孔口出流的分类：(1)(1)小孔口与大孔口小孔口与大孔口 小孔口小孔口 ，大孔口，大孔口 （2 2）孔口恒定出流与非恒定出流）孔口恒定出流与非恒定出流 （3 3）孔口自由出流与淹没出流）孔口自由出流与淹没出流 （4 4）薄壁孔口与厚壁孔口）薄壁孔口与厚壁孔口5.2 5.2 薄壁小孔口恒定自由出流薄壁小孔口恒定自由出流 流速公式流速公式 流速系数流速系数 流量公式流量公式 流量系数流量系数 侧收缩系数侧收缩系数 局部损失系数局部损失系数5.3 5.3 小孔口收缩系数

3、、流量系数的影响因素小孔口收缩系数、流量系数的影响因素 影响因素影响因素 （1 1）水流条件水流条件 （粗糙区）（粗糙区）（2 2）孔口的形状孔口的形状 （3 3）孔口位置）孔口位置 完善收缩完善收缩 非完善收缩非完善收缩 或或 非全部收缩非全部收缩第二节第二节 孔口淹没出流孔口淹没出流流量公式流量公式 流量系数流量系数 有压容器液体经孔口出流有压容器液体经孔口出流 当自由出流时作用水头当自由出流时作用水头 当淹没出流时作用水头当淹没出流时作用水头对于气体一般为淹没出流对于气体一般为淹没出流孔板流量计孔板流量计第三节第三节 管嘴恒定出流管嘴恒定出流1.1.圆柱形外延管嘴恒定出流圆柱形外延管嘴恒

4、定出流 流量公式流量公式 为什么接管嘴后局部阻力增加了，而流量却增大呢？为什么接管嘴后局部阻力增加了，而流量却增大呢？这是因为在收缩断面处存在真空，对该断面言，与这是因为在收缩断面处存在真空，对该断面言，与孔口出流比较，实际是提高了作用水头的缘故。孔口出流比较，实际是提高了作用水头的缘故。2.2.圆柱形外延管嘴的真空压强圆柱形外延管嘴的真空压强3.3.外延管嘴的工作条件外延管嘴的工作条件（1 1）作用水头：）作用水头：（水柱）（水柱）（2 2）管嘴管嘴长长度：度：4.4.其他形式的管嘴其他形式的管嘴 第四节第四节 简单管路简单管路1.1.简单管路简单管路 略去行进流速略去行进流速 令令 阻抗阻

5、抗对于气体对于气体令令则则例：水泵系统、虹吸管例：水泵系统、虹吸管第五节第五节 管路的串联与并联管路的串联与并联1.1.串联管路串联管路 计算原则计算原则(节点流量节点流量、总的损失、总的损失)若流量不变，总的阻抗若流量不变，总的阻抗 （2 2）并联管路）并联管路计算原则计算原则:上面的式子可以写成上面的式子可以写成或写成或写成举例举例 5-7第六节第六节 管网计算基础管网计算基础1.枝状管网枝状管网2.环状管网环状管网1.枝状管网计算原则枝状管网计算原则水力计算类型水力计算类型1.新建工程新建工程条件：管路布置已确定条件：管路布置已确定 管长、管材、局部构件数量及类型、用户位置、管长、管材、

6、局部构件数量及类型、用户位置、用量、自由水头（服务水头、要求压头）用量、自由水头（服务水头、要求压头）待求量：管径、作用水（压）头待求量：管径、作用水（压）头概念概念:经济流速（限定流速）经济流速（限定流速）水塔低：管径水塔低：管径大大，管材费用，管材费用高高，运营费（电），运营费（电）低低。水塔高：管径水塔高：管径小小，管材费用，管材费用低低，运营费（电），运营费（电）高高。进行经济比较进行经济比较:水塔建设费水塔建设费+管材费管材费+泵站造价泵站造价 +运营费用运营费用+施工费施工费=总建设费总建设费结合技术资料结合技术资料,一般情况，先进行初设估算一般情况，先进行初设估算 经济流速经济流

7、速除尘管：限定最小流速；除尘管：限定最小流速；供热水管：限定最大流速。供热水管：限定最大流速。条件条件:已知地形、管长、管材、用户位置、用水量、自已知地形、管长、管材、用户位置、用水量、自由水头（服务水头）由水头（服务水头）未知量：水塔高（泵的扬程）、管径？未知量：水塔高（泵的扬程）、管径？步骤步骤:1.1.确定管径：按经济流速（限定流速）确定管径，确定管径：按经济流速（限定流速）确定管径，按规范要求按规范要求(略大略大)。2.2.按分支计算水头损失按分支计算水头损失 。3.3.确定水塔高度确定水塔高度取取 之和最大的那一条管道为控制点之和最大的那一条管道为控制点.2.扩建工程扩建工程条件：已

8、有水泵（风机），用户所需流量、自由水头条件：已有水泵（风机），用户所需流量、自由水头管路布置、管长。管路布置、管长。待求量：管径待求量：管径步骤：步骤：1.估算水力坡度估算水力坡度 局部阻力折算的当量长度局部阻力折算的当量长度（查案专业设计手册，估计构件局部阻力系数计算查案专业设计手册，估计构件局部阻力系数计算）2.选取允许的水力坡度，计算管径选取允许的水力坡度，计算管径（1）由计算的水力坡度）由计算的水力坡度 ，查表、手册得，查表、手册得（2）计算管径）计算管径3.确定局部阻力系数，校核已知水头（压头）确定局部阻力系数，校核已知水头（压头）2.2.环状管网水力计算环状管网水力计算 哈迪哈迪-

9、克罗斯（克罗斯（Hardy-Hardy-CrssCrss)法：法：（1)1)根据各节点流量平衡条件（连续性方程），初拟各根据各节点流量平衡条件（连续性方程），初拟各管段流量。管段流量。（2 2）按初拟流量，计算各段水头损失，求各环闭合差。按初拟流量，计算各段水头损失，求各环闭合差。（3 3）按初拟流量，水头损失闭合差不为）按初拟流量，水头损失闭合差不为0 0时，在各环路时，在各环路加入校正流量加入校正流量 。（4 4）加入校正流量后，计算各段水头损失，求闭合差，）加入校正流量后，计算各段水头损失，求闭合差，直至水头损失闭合差满足要求。直至水头损失闭合差满足要求。当初拟流量不满足闭合条件时，各环

10、路加入校正当初拟流量不满足闭合条件时，各环路加入校正流量流量 ，则，则各管段展开，并略去高阶微量：各管段展开，并略去高阶微量：即即加入校正流量后，期望满足闭合条件，则加入校正流量后，期望满足闭合条件，则举例举例 水平布置的两个闭合环路的管网，水平布置的两个闭合环路的管网，节点流量如节点流量如图。忽略局部损失，求各管段的流量（闭合差小于图。忽略局部损失，求各管段的流量（闭合差小于0.5m）。）。解解:(1)(1)初拟各管段流量初拟各管段流量(2(2）计算各段水头损失，求闭合差。）计算各段水头损失，求闭合差。（3 3）加入校正流量，调整分配流量。）加入校正流量，调整分配流量。列表计算列表计算 环环

11、号号管管段段初拟初拟流量流量阻抗阻抗管段校管段校正流量正流量校正后校正后流量流量闭合闭合差差A-BB-dd-cc-A+0.15+0.10-0.01-0.1559.7698.21196.4298.21+1.3346+0.9821-0.0196-2.20970.08748.8979.8211.96014.73135.410-0.0014-0.0014-0.0014-0.0189-0.00140.14860.0986-0.0289-0.15141.3200.9548-0.164-2.251-0.140C-DD-FF-EE-C+0.01+0.04-0.03-0.08196.42364.42911.05

12、364.42+0.0196+0.5830-0.8199-2.2323-2.54961.96014.57527.33029.15473.0190.0175+0.0189+0.0175+0.0175+0.01750.02890.0575-0.0125-0.06250.1641.205-0.1424-1.4235-0.197第七节第七节 有压管中的水击有压管中的水击1.水击现象水击现象 在有压管中在有压管中,因某种原因因某种原因(水电站甩负荷、水泵水电站甩负荷、水泵运行时突然关闭）时水流流速突然变化产生压强运行时突然关闭）时水流流速突然变化产生压强急剧变化（交替升降），压强交替变化如同用锤子急剧变化

13、（交替升降），压强交替变化如同用锤子击打管壁，成为水击（水锤）。击打管壁，成为水击（水锤）。2.2.水击传播过程水击传播过程(1)(1)（增压逆波）（增压逆波）流体被压缩、管道膨胀流体被压缩、管道膨胀 水击波水击波C C向左传播向左传播,C=1000m/sC=1000m/s（2 2）（减压顺波）（减压顺波）流体恢复原状、管道恢复原状流体恢复原状、管道恢复原状 水击波水击波C C向左传播向左传播(3)(3)（减压逆波）（减压逆波）流体膨胀、管道被压缩流体膨胀、管道被压缩 水击波水击波C C向左传播向左传播(4)(4)（增压顺波）（增压顺波）流体恢复原状、管道恢复原状流体恢复原状、管道恢复原状 水

14、击波水击波C C向右传播向右传播 3.停停泵水击：泵水击：在水泵运行时，因突然断电，或是违反操作在水泵运行时，因突然断电，或是违反操作规程停泵，底阀关闭，产生水击。规程停泵，底阀关闭，产生水击。会造成底阀破碎甚至管道破裂。会造成底阀破碎甚至管道破裂。4.4.水击压强的计算水击压强的计算 -关闭阀门时间关闭阀门时间,-,-水击相长水击相长 -水击周期水击周期当当 直接水击直接水击 （效果与（效果与 相同相同 ）当当 间接水击间接水击(1)(1)直接水击直接水击 (2)(2)间接水击间接水击 C=1000m/s C=1000m/s7.6.5 7.6.5 水击危害的预防措施水击危害的预防措施 （1

15、1）限制管中流速）限制管中流速 （2 2）停泵水击。）停泵水击。严严格格操操作作规规程程。在在需需要要停停泵泵之之前前，先先关关闭闭出出口口阀阀门，实行闭阀停车。门，实行闭阀停车。为为防防止止突突然然断断电电造造成成事事故故，可可在在压压水水管管安安装装水水击消除阀或回止阀。击消除阀或回止阀。（3)3)水水电电站站压压力力管管道道水水击击在在压压力力管管道道适适当当部部位位，修修建建调压调压室室.本章重点本章重点（1 1）孔口出流的水力特征、流量的计算。）孔口出流的水力特征、流量的计算。（2 2）管嘴出流的水力特征、流量的计算、管嘴）管嘴出流的水力特征、流量的计算、管嘴 出流的工作条件？出流的工作条件？（3 3）简单管路和复杂管路的定义，阻抗的概念。）简单管路和复杂管路的定义，阻抗的概念。（4 4）简单管路的水力计算（虹吸管、水泵）简单管路的水力计算（虹吸管、水泵）（5 5）复杂管路的水力计算（串联、并联管路）复杂管路的水力计算（串联、并联管路）（6 6）管网的水力计算（枝状管网、环状管网）管网的水力计算（枝状管网、环状管网）（7）水击现象）水击现象（8）预防水击的措施。）预防水击的措施。