第五章 有压管流及孔口、管嘴出流1.ppt

第5章 有压管流与孔口、管嘴出流 基本概念： 1、压力管路：在一定压差下，液流充满全管的流动管路。 管路中的压强可以大于大气压，eg：泵的压水管 也可以小于大气压，eg：泵的吸水管 2、简单管路：是指管径、流速、流量沿程不变，且无分支的单线管道。d=C 复杂管路：是指由两根以上管道所组成的管路系统。 3、长管：局部损失与速度水头的总和与沿程损失相比很小，以至于可以忽略不计的管道。 (局部水头损失和流速水头所占比重小于5%-10%) 短管：局部损失与速度水头的总和超过沿程损失或与沿程损失相差不大，计算水头损失时不能忽略的管道。 4、管路的特性曲线： 定义：水头损失与流量的关系曲线。 S——管道摩阻。 5.1 简单管路的水力计算 5.1.1 短管的水力计算 沿程损失、局部损失分别计算，不可忽略 5.1.2 长管的水力计算 如图，由水池接出一根管路，建立如图所示基准面，取1－1、2－2断面建立伯努利方程： 对于长管，则有：H＝hf， hf由蔡西公式确定： 式中：K为流量模数或特性流量 —水力坡度等于1时的流量。 例5.1：水泵管路如图，铸铁管直径d=150mm，管长l=180m，管路上装有吸水网（无底阀）一个，全开截止阀一个，管半径与曲率半径之比为r/R=0.5的弯头三个，高程h=100m，流量Q=225m3/h，水温为20℃。 试求水泵的输出功率。 c值可按巴甫洛夫斯基公式计算： 式中：R—水力半径（米）。适用范围0.1≤R≤3 n—粗糙系数，视材料而定。 y—与n及R有关的指数。 对于一般输水管道，常取 y＝1/6。曼宁公式： K可根据d、n查表选取。 例5.2 已知流量Q＝250升/秒，管路长l＝2500米，作用水头H＝30米。如用新的铸铁管，求此管径是多少？ 解：由H＝hf， ，得 取n＝0.0111，查表5.2，当K＝2283升／秒时： 管径在350mm（K＝1727）和400mm（K＝2464）之间 采用350mm管： ，流量不足 采用400mm管： ，流量满足，水头有富余，管材消耗多。 理想方案：350mm和400mm各用一部分（串联）。 5.2.1 串联管路 由直径不同的数段管子串联在 一起组成的管路。 流量：各段不一定相同，但每一段范围内不变。（可在每段末端分出） ——每一段都是简单管路 整个管路总水头损失：按长管计算 若无分出流量，各段流量相同，则： 5.2.2 并联管路 两条或两条以上的简单管道在同一点分出，又在另一点汇合的管路。 如图，管段1、2、3为节点A、B间的并联管路，其在A、B间的水头损失相同。 即：hfAB =hf1=hf2=hf3 流量关系：Q=Q1+Q2+Q3 例5.4：如图各并联管段的直径和长度分别为d1= 150mm，l1=500m，d2=150mm，l2=350m，d3=200mm，l3=1000m。管路总的流量Q=80L/s，所有管段均为正常管。 试求并联管路各管段的流量是多少？并联管路的水头损失是多少？ 解：正常管 K1=K2=158.4L/s，K3=341.0L/s 根据并联管路水头损失hf1=hf2=hf3得： 并联管路流量关系： Q=Q1+ Q2+ Q3 =（1+1.195+1.522）Q1 = 3.717 Q1=80 ∴Q1=21.52L/s Q2=25.72L/s Q3=32.76L/s 并联水头损失： 5.2.3 连续均匀出流管路 连续出流管路：沿管长连续向外泄出流量Qp的管路。 通过流量QT：某管段内通过的固定不变的流量。 途泄流量Qp：沿管长连续向外泄出的流量。 连续均匀出流管路：沿管段任一单位长度上连续分配的流量都一样。 对连续均匀出流管路： 近似式 实际计算时，引入计算流量： 当QT＝0时： 类型 例：枝状管网从水塔B沿B-1干线输送用水，已知每段的流量及管路长度，B处地形标高为28m，供水点末端点4和7处标高为14m，保留水头均为16m，管道用普通钢管。 求每段直径、水塔高度。 计算原则： （1）各节点流入流量等于流出流量。（流入为正，流出为负） （2）任一闭合环水头损失之和为零。（顺时针为正，逆时针为负） 5.3孔口出流 孔口分类： 大孔口 H/d＜10 小孔口 H/d≥10 5.3.1薄壁小孔口定常出流 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流没有影响。 1、小孔口的自由出流 列0-0和c-c的伯努利方程：