工程流体力学 教学课件 作者 闻建龙 第七章 有压管路、孔口和管嘴的水力计算.ppt

Jiangsu University 江苏大学 * 第一节 有压管路的水力计算 计算管路流量Q、管路的尺寸（d）与作用水头(H或者hf)。 求解 第六章 有压管路、孔口和管嘴的水力计算 * 管路的分类： 按结构： 按计算特点 长管 短管 * 一、短管水力计算 解：列0-0到1-1两断面的伯努利方程 简化 * * 解：列1-1到2-2两断面的B.E. * 解：1. 列0-0，2-2的B.E（有能量输入的B.E） * 2. 列0-0，1-1的B.E 二、长管水力计算 在长管水力计算中，根据管道系统的不同特点，又可分为简单管路，串联管路、并联管路、管网等。 * 1. 等直径管路 列1-1，2-2的B.E * 2. 串联管路 通过串联管道各管段的流量是相同的；串联管道的损失应等于各管段损失的总和。 解：由串联管路的总损失=各段损失之和。 * * 3.并联管路 * 4. 枝状管路 枝状管路的水力计算，主要确定管段的直径和水力损失，在此基础上确定水塔高度（或供水压力）。 * 第二节 管路中的水击 在有压管道中，由于某种原因引起的管路中流速发生突然变化时，例如阀门突然开、关，水泵、水轮机机组突然停机等，会引起管道局部压强急剧升高、降低。这种现象称为水击，或称水锤。 一、水击的物理过程 水击发生的根本原因在于液体的可压缩性和管壁的弹性。 图示管道长L，直径d，其上游B点连接水池，下游出口A处装有阀门。 设水击前管中流速 ，设水击前管中压强为 , 假设A处阀门迅速关闭，即关闭时间为零。 1．升压过程 * 2. 压强恢复过程 3．压强降低过程 4．压强恢复过程 阀门A处压强随时间的变化规律： * 二、直接水击与间接水击 水击波的相： 水击波的周期： 阀门关闭时间： :直接水击 :间接水击 三、水击压强的计算 在△t时间内，阀门处产生的增压波向左传播的距离为△s=c△t，在△s管段内液体流速为零。 * * 四、水击波的传播速度 ——液体体积模量 管壁的弹性变形会影响压力波的传播，水中的体积模量需要进行修正 E：管壁材料的弹性模量； e: 管壁厚度； d：管道内径。 * 五、减小水击压强的措施 1．延长阀门开闭时间，使阀门开闭平缓。 2．改变管道设计 在保证流量的条件下，尽量采用大口径的管道，目的减小管内流速。 3．设立缓冲装置 在管道中设置空气蓄能器、调压塔、安全阀等缓冲装置，用以吸收压力波能量，缓解水击压强。 * 例题：水流速度为3m/s，在直径为200mm，厚度为6mm，管长为120m的钢管道内流动，试计算管道出口处阀门突然完全关闭和阀门部分关闭，速度减小到1.8m/s时，理论上的压力波动间隔（相长）和最大水击压强。 * 第三节 孔口与管嘴出流 一、分类 1．薄壁孔口、厚壁孔口（管嘴） 2．小孔口、大孔口 3．自由孔口出流和淹没孔口出流 二、薄壁孔口出流（定常流） 如图所示，孔口出流时，水流由各方向孔口汇集，由于水流的惯性作用，流体不能转折，收缩形成最小断面C-C，称为收缩断面，而后，在重力的影响下下落 * * 二、管嘴出流 在薄壁孔口上连接一段长L=(3-4)d的短管，称为管嘴。 * 出流特点： 管嘴出流特点是：当液体进入管嘴后，与孔口时相似，同样形成收缩，在收缩处，液体与管壁分离，形成旋涡区，然而又逐渐扩大，在管嘴出口断面上，液面完全充满整个断面。 实验观察表明：在收缩断面处，液流和管壁脱离形成环状真空区，由于真空区的存在，对水箱来流产生抽吸作用，从而提高管嘴的过流能力。 * 管嘴真空现象 * *