流体力学-孔口管嘴管路流动课件.ppt

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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，了解管道的串、并联；2、理解有压管

2、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 根根据据管管道道的的组组成成情情况况我我们们把把它它分分为为简简单单管管道道和和复复杂杂管管道道。简简单单管管道道是是指指直直径径和和流流量量沿沿流流程程不不变变的的管管道道；复复杂杂管管道道是是指指由由两两根根以以上上管管道道组组成成的的管管道道系系统统。复复杂杂管管道道又又可可以以分分为为串串联

3、联管管道道、并并联联管管道道、分分叉叉管管道道、沿沿程程泄泄流管和管网。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。需要注意的是：长管和长管不是完全按管

4、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

5、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/d101)小孔口的自由出流 pc=pa=0 薄壁小孔口出流公式1.自由出流称为流速系数称为收缩系数称为孔口流量系数薄壁小

6、孔口出流的各项系数流速系数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6-5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

7、区别孔口的区别回到总目录回到总目录应用：孔板流量计注意：A孔口面积，也可查表H Hh h1 12 23 3水位恒定的上、下游水箱，箱内水深为水位恒定的上、下游水箱，箱内水深为水位恒定的上、下游水箱，箱内水深为水位恒定的上、下游水箱，箱内水深为HH和和和和h h。三三三三个直径相等的薄壁孔口个直径相等的薄壁孔口个直径相等的薄壁孔口个直径相等的薄壁孔口1 1、2 2、3 3位于隔板上的不同位置，位于隔板上的不同位置，位于隔板上的不同位置，位于隔板上的不同位置，均为完全收缩。问：三孔口的流量是否相等？为什么均为完全收缩。问：三孔口的流量是否相等？为什么均为完全收缩。问：三孔口的流量是否相等？为什么均

8、为完全收缩。问：三孔口的流量是否相等？为什么？若下游水箱无水，情况又如何？若下游水箱无水，情况又如何？若下游水箱无水，情况又如何？若下游水箱无水，情况又如何？1=2，3不等；三孔不等（1）计算公式一样，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 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H0H若容器也是封闭的若容器也是封闭的若若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

9、系数较大，甚至等于1。孔口在壁面上的位置，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。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：（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：扩大阻力损失系数1、圆柱形外管嘴恒定出

10、流 管嘴的流量系数管嘴阻力系数n=0.5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vcvB，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

11、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。2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。孔孔口口自自由由出出流流的的收收缩缩断断面面在在大大气气中中，而而管管嘴嘴出出流流收收缩缩断断面面为为真真空空区区，真真空空度度达达作作用用水水头头的的0.75倍倍，真真空空对对液液体体起起抽抽吸吸的的作作用用，相相当当于于把

12、把孔孔口口的的作作用用水水头头增增大大75，这这就就是是管管嘴嘴出出流流比比孔孔口出流增大的原因。口出流增大的原因。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=(34)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，

13、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。3.圆柱形外管嘴的正常工作条件空空化化（或或叫叫作作汽汽化化）：低低压压区区放放出出的的汽汽泡泡随随流流带带走走，当当到到达达高高压压区区时时，由由于于压压差差的的作作用用使使汽汽泡泡突突然然溃溃灭灭，汽汽泡泡溃溃灭灭的的过过程程时时间间极极短短。只只有有几几百百分分之之一一秒秒，四四周周的的水水流流质质点点以以极极快快的的速速度度去去填填充充汽汽泡泡空空间间，以以致致这这些些质质点点的的动动量量在在极极短短的的时时间间变变为为零零，从从而而产产生生巨巨大大

14、的的冲冲击击力力，不不停停地地冲冲击击固固体体边边界界，致致使使固固体体边边界界产产生生剥剥蚀蚀，这这就就是是汽汽蚀蚀(或或称称为为空蚀空蚀)。另另外外当当汽汽泡泡被被液液流流带带出出管管嘴嘴时时，管管嘴嘴外外的的空空气气将将在在大大气气压压的的作作用用下下冲冲进进管管嘴嘴内内，使使管管嘴嘴内内液液流流脱脱离离内内壁壁管管，成成为为非非满管出流，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

15、、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-H2（a）（b）（c）解：解：由于

16、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 为为 孔口出流孔口出流流流量量系系数数，1、2 为为 管管嘴嘴出出流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（e）（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，分别然后，分别计算管嘴计算管嘴 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

17、。Qd1d2H1H2Q1Q2Q0d0H1-H2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（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,并并将其它已知数据代入上式，可将其它已知数据代入上式，可求得求得 H1H2将将 H2 代入式代入式（f），得得解题步骤将将 H2 代入式代入式（d）、（）、（e），得通过管嘴得通过管嘴 1 的流量的流量由连续性方程得通过管嘴由连续性方程得通过管嘴 2 的的流量流量Qd1d2H1H2Q1Q2Q0d0讨 论 从从以以上上计计算算结

18、结果果可可见见，当当其其他他条条件件不不变变时时，加加大大输输入入水水箱箱的的流流量量 Q 值值，两两水水箱箱的的液液深深 H1、H2 将随之增加，那么将随之增加，那么 Q 能否无限制的加大？能否无限制的加大？不不能能无无限限制制的的加加大大。因因为为管管嘴嘴出出流流时时，在在管管嘴嘴收收缩缩断断面面存存在在真真空空，为为了了避避免免由由于于真真空空度度 hv 过过大大使使液液体体产产生生汽汽化化现现象象，管管嘴嘴收收缩缩断断面面的的真真空空度度 hv应应小于最大允许真空度小于最大允许真空度 hv。即。即讨 论 液液体体的的最最大大允允许许真真空空度度 hv 一一般般不不大大于于7 8 m。由

19、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；为为管嘴流量系管嘴流量系数，对于直角进口数，对于直角进口 ；H 为管嘴作用水头。为管嘴作用水头。故故管嘴的真空度可写为管嘴的真空度可写为习题课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 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。解.孔口出流流速流速射程

20、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。解解.设设 以以 容容 器器B 水水 面面 为为 基基 准准 面，面，

21、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：又又水往哪水往哪流？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不变打打 开开 小小 孔孔 前前 船船 吃吃 水水 深深 打打 开开 小小 孔孔 后后 孔孔

22、 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 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。解.设只计窗孔阻力，压强损失位压下窗孔进气质量流量上窗孔出气质量流量由代入数据简化得代入式（1）质量流量习题课555.图图 式式 水水 箱箱，在在

23、 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)解解.1、2、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

24、但 相相 对对 于于 增增 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

25、流 量量 减减 少少 至至 多多 少？少？习题课56解.1)、对管道系统有代入数据得2)、若管段3损坏则代入数据解得7.一一 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(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：积分取取0.62并

26、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：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

27、齐平时所需的时间？试求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：因两容器较大，行进速度忽略不计，则，z0=z习题课58整理化简得：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。1.1.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

28、。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 管管道道出出口口中中心心到到上上游游水水位位的的高高差差，全全部部消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。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：若不计上游流速水头，则若不计上游流速水头，

29、则 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

30、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

31、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）从管道进进口断面的口断面的总总水水头头依次减去各依次减去各项损项损失，得失，得各断面的各断面的总总水水头值头值，连结连结成成总总水水头线头线（逐（逐渐绘渐绘制从制从进进口到出口的

32、口到出口的总总水水头线头线）。假定）。假定h hf f均匀分布在整个均匀分布在整个管段上（直管段上（直线线），），假定假定hmhm集中发生在边界改变处。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=

33、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，闸门全，闸门全开的局部水头损失系数为开的局部水头损失系数为0.12，沿程阻力系数，沿程阻力系数=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，总局部水

34、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 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

35、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。代入已知数据，化简得：代入已知数据，化简得：用试算法得：用试算法得：取标准值：取标准值：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Q280m/h，管道总长2500m，管径300mm。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：而图水塔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 虹吸管是一种压力输水管道，虹吸管是一种压力输水管道，顶部弯曲且其高程高顶部弯

36、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，液体当虹吸管内压强接近该温度下的汽化压强时，

37、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，若进口局部水头损失系数为0.5；出口局部水头；

38、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00BBzszl1l3l2求流量求流量 00BBzszl1l3l2虹吸管中最大真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

39、面的能量方程，则 00BBzszl1l3l2 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。两水池水位差两水池水位差H=1.2m，已知沿程阻力系数已知沿程阻力系数=0.03，局部水头局部水头损失系数：进口损失系数：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

40、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：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：代入能量方程：代入能量方程：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。图虹吸管解解：流量系数流量最大允许安装高度由式(729)得 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

41、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

42、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重量液体的能量，单位为给单位重量液体的能量，单位为m水柱。水柱。水泵水泵的有效功率是指单位时间内液体从水泵得到的的有效功率是指单位时间内液体从水泵得到的能量能量水泵的有效功率水泵的有效功率 轴功率轴功率是指电动机传递给水泵的总功率，即是指电动机传递给水泵的总功率，即输入功率（输入功率（kW）。）。水泵的效率水泵的效率 是指有效功是指有效功率与轴功率之比，一般为率与轴功率

43、之比，一般为70%-90%。1100223344z测测压压管管水水头头线线zs吸水管吸水管压水管压水管水泵的水力计算水泵的水力计算 吸水管和压出水管吸水管和压出水管 吸水管吸水管:短管短管 压出水管压出水管:长管长管 l吸水管的水力计算吸水管的水力计算确定管径和水泵最大允许安装高程确定管径和水泵最大允许安装高程 吸水管的管径一般是根据允许流速计算，通常吸吸水管的管径一般是根据允许流速计算，通常吸 水管的允许流速约为水管的允许流速约为0.81.25 m/s，或根据有关规范或根据有关规范 确定。确定。流速确定后，管径可按下式计算流速确定后，管径可按下式计算水泵的最大允许安装高程，取决于水泵的最大允

44、水泵的最大允许安装高程，取决于水泵的最大允 许真空度许真空度hv 以及吸水管水头损失以及吸水管水头损失hw。计算方法和虹。计算方法和虹 吸管允许安装高程的计算方法相同。吸管允许安装高程的计算方法相同。考虑考虑1-1断面和断面和4-4断面的能量方程，注意两者之间存断面的能量方程，注意两者之间存在水泵。考虑两个断面之间的能量方程时，应考虑有在水泵。考虑两个断面之间的能量方程时，应考虑有水力机械对水流所作功。水力机械对水流所作功。水泵的扬程水泵的扬程 1100223344z测测压压管管水水头头线线zs吸水管吸水管压水管压水管考虑考虑1-1断面和断面和4-4断面的能量方程，注意两者之间存断面的能量方程

45、，注意两者之间存在水泵。考虑两个断面之间的能量方程时，应考虑有在水泵。考虑两个断面之间的能量方程时，应考虑有水力机械对水流所作功。水力机械对水流所作功。水泵的扬程水泵的扬程1100223344z测测压压管管水水头头线线zs吸水管吸水管压水管压水管式中，式中，Ht 为水泵向单位液体所提供的机械能，称为水为水泵向单位液体所提供的机械能，称为水 泵的水头或者扬程（泵的水头或者扬程（m）；）；P 为水泵和动力机械的总效率。为水泵和动力机械的总效率。上式表明：上式表明：水泵向单位重量液体所提供的机械能水泵向单位重量液体所提供的机械能l 将水流提高一个几何高度，水泵的静扬程将水流提高一个几何高度，水泵的静

46、扬程l 克服全部水头损失克服全部水头损失 例例5-5，如图，水泵向水池抽水，两池中液面高，如图，水泵向水池抽水，两池中液面高差差z=45m，吸水管和压水管的直径均为吸水管和压水管的直径均为500mm，泵轴离吸水池液面高度泵轴离吸水池液面高度h=2m。吸水吸水管长管长10m，压水管长压水管长90m，沿程阻力系数均为沿程阻力系数均为0.03。局部水头损失系数：吸水口。局部水头损失系数：吸水口1 1=3.0=3.0,出出口口s s=1.0=1.0,两个两个90度弯头度弯头2 2=3 3=0.3，水泵水泵吸水段吸水段4 4=0.1，压水管至水池进口，压水管至水池进口5 5=1.0。流量为流量为0.4m3/s。试求水泵扬程试求水泵扬程Hp,效率为效率为80%的轴功率及吸水的轴功率及吸水管上水泵入口轴线的真空度。管上水泵入口轴线的真空度。解：选取断面选取断面1-1和和2-2，以断面，以断面1-1为基准面，列能量方程。为基准面，列能量方程。把已知条件代入能量方程，得：把已知条件代入能量方程，得：水泵的轴功率：水泵的轴功率：对对1-1和和3-3断面列能量方程断面列能量方程而而代入能量方程得：代入能量方程得：