《流体力学》第五讲孔口管嘴管路流动.ppt

第五章 孔口管嘴管路流动 第一节 孔口自由出流 收缩断面：C-C断面 薄壁孔口：出流流股与孔口壁接触仅是一条周线，这种条件的孔口称为薄壁孔口。 厚壁孔口（管嘴）：若孔壁厚度和形状促使流股收缩后又扩开，与孔壁接触形成面而不是线，这种孔口称为厚壁孔口或管嘴。 下面讨论薄壁孔口的出流规律 收缩系数ε因孔口开设的位置不同而造成收缩情况不同，因而有较大的变化。 非全部收缩时的收缩系数比全部收缩时的大，其流量系数也相应增加。 完善收缩与不完善收缩 第二节 孔口淹没出流 当液体通过孔口出流到另一个充满液体的空间时称为淹没出流。 则出流流量为： 具有表面压强(相对压强)的有压容器,液体经孔口出流,流量的计算为: 当自由出流时: 孔板流量计：在管道中装设孔板，测得孔板前后渐变断面上的压差，即可求得管中流量。 孔板流量计的流量系数是通过实验测定出来的，工程中一般通过查图获得。 例5-1：有一孔板流量计，测得Δp=50mmH2O,管道直径为D=200mm,孔板直径为d=80mm,试求水管中流量Q。 解：此题为淹没出流 例5-2：如上题，孔板流量计装在气体管路中，测得Δp=50mmH2O,其D、d尺寸同上例，求气体流量Q。 解：此题为气体淹没出流 例5-3：房间顶部设置夹层，把处理过的清洁空气用风机送入夹层中，并使层中保持300Pa的压强。清洁空气在此压强作用下，通过孔板的孔口向房间流出，这就是孔板送风（如图示）求每个孔口出流的流量及速度。孔的直径为1cm。(由手册可知孔板流量系数0.6，速度系数0.97) 第三节 管嘴出流 δ=3-4d或外接l=3-4d圆管 水流入管嘴时也存在收缩断面C-C，尔后流股逐渐扩张，至出口断面上完全充满管嘴断面流出。 管嘴出现真空现象，出流流量大于孔口出流。 列A-A及B-B断面的能量方程，以管嘴中心线为基准线： 管嘴真空现象及真空值通过C-C与B-B断面列能量方程得到证明： 从突然扩大的阻力系数计算公式可得： 外管嘴正常工作的条件： H0越大，收缩断面上真空值越大，为保证管嘴的正常出流，真空值必须控制在7mH2O以下，从而决定了作用水头H0的极限值为7/0.75=9.3m 其他类型管嘴出流： 其他类型管嘴出流，速度、流量计算公式与圆柱形外管嘴公式形式相同，但速度系数、流量系数各不相同。工程中常用的几种管嘴有： 例5-4：液体从封闭的立式容器中经管嘴流入开口水池，管嘴直径d=8cm,h=3m,要求流量为5*10-2m3/s.试求作用于容器内液面上的压强是多少？ 解：按管嘴出流流量公式 当忽略自由液面速度，且出流至大气时，列能量方程为： 对于气体管道，常用压强表示： SH、Sp对已给定的管路是一个定数，它综合反映了管路上的沿程和局部阻力情况，称为管路阻抗。 例5-5：某矿渣混凝土板风道，断面积为1m*1.2m,长为50m，局部阻力系数Σζ=2.5，流量为14m3/s,空气温度为20℃，求压强损失。 λ：查莫迪图 如果是闭式水系统水泵扬程又为多少？ 如果是闭式水系统水泵扬程又为多少？ 虹吸管：管道中一部分高出上游供水液面的简单管路。 由于虹吸管的一部分高出上游供水液面，必然在虹吸管中存在真空区段，当真空达到某一限值时，将使溶解在水中的空气分离出来，随着真空度的加大，空气量增加，缩小了有效过流断面阻碍流动，严重时造成气塞。因此，为保证虹吸管正常流动，必须限定管中最大真空高度不得超过允许值（7-8.5m)。 取管中真空度最大处与1-1断面列能量方程 例5-6：H=2m,l1=15m,l2=20m,d=200mm, ζe=1, ζb=0.2, ζ0=1,λ=0.025,允许真空度为7m,求流量及管顶最大允许安装高度。 串联管路的计算原则：无中途分流或合流，则流量相等，阻力叠加。总管路的阻抗等于各管段的阻抗叠加。 并联各支管上的阻力损失相等。总的阻抗平方根倒数等于各支管阻抗平方根倒数之和。 此式为并联管路流量分配规律。 例5-7:某两层楼供暖立管，管段１的直径为20mm,总长为20m, Σζ=15，管段2的直径为20mm,总长为10m, Σζ=15，管路中的λ=0.025,干管中的流量为1*10-3m3/s,求两支管中的流量. 枝状管网 风机应具有的风量为: 常遇到的水力计算,基本有两类: 管路布置已定,则管长和局部构件的型式和数量已定,已知各用户所需流量和末端要求的压头,求管径和作用压头。 已有泵或风机,即已知作用水头,并知用户所需流量及末端水头,在管路布置之后已知管长,求管径。 环状管网 任一节点流入和流出的流量相等。 在任一闭合环路中，如规定顺时针方向的流动的阻力为正，反之为负，则各管段阻力损失的代数和必等于零。 1、将管网分成若干环路。按节点流量平衡确定流量，选取限定