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1、第六章 孔口、管嘴和有压流动,第6章孔口、管嘴和管路流动,6.1 概述,6.2 孔口及管嘴恒定出流,6.3 简单管路的水力计算,6.4 串联并联管路的水力计算,第六章 孔口、管嘴和有压流动,1、孔口和管嘴,孔口,小孔口,大孔口,管嘴,6.1 概述,基本概念,第六章 孔口、管嘴和有压流动,2、孔口出流,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,液体经容器壁上孔口流出的水力现象。,第六章 孔口、管嘴和有压流动,3、管嘴出流,根据实际需要管嘴可设计成：圆柱形：内管嘴和外管嘴非圆柱形：扩张管嘴和收缩管嘴。,在孔口接一段长l=(34)d的短管，液流经过短管并充
2、满出口断面流出的水力现象。,第六章 孔口、管嘴和有压流动,一、孔口出流,从 1C 建立伯努利方程，有,6.2 孔口及管嘴恒定出流,1.自由式出流,第六章 孔口、管嘴和有压流动,式中：,、分别为孔口收缩系数和流量系数,孔口的收缩系数孔口的流量系数，=对薄壁小孔口=0.600.62。孔口的局部阻力系数 0,第六章 孔口、管嘴和有压流动,（与自由式出流完全相同）,2.淹没式出流,从 12 建立伯努利方程，有,第六章 孔口、管嘴和有压流动,A.上游行进水头；B.下游水头；C.孔口上、下游水面差；D.孔口壁厚。,写出图中两个孔口Q1和Q2的流量关系式（A1=A2)。Q1、或）,第六章 孔口、管嘴和有压流
3、动,（1）A箱水面压力为大气压，B水箱中无水时，求通过孔 口的流量。（2）A箱水面压力为大气压，B水箱水面高程H2=2m时，求通过孔口的流量。（3）A箱水面压力为2000Pa，H1=3m时，而B水箱水面压力为0，H2=2m时，求通过孔口的流量。,（1）m3/s,例1.水从A水箱通过直径为10cm的孔口流入B水箱，流量系数为0.62。设上游水箱的水面高程H1=3m保持不变。,m3/s,第六章 孔口、管嘴和有压流动,例2:图示水箱孔口出流，已知压力箱上压力表读数p=0.5at，玻璃管内水位恒定h1=2m，孔口直径d1=40mm；敞口容器底部孔口直径d2=30mm，h3=1m。求h2及流量Q。,因水
4、箱内水位恒定，故Q1=Q2=Q；并注意到1=2=0.62，则,孔口自由出流量,解 孔口淹没出流流量,第六章 孔口、管嘴和有压流动,从 12 建立伯努利方程，有,二.管嘴出流的计算,第六章 孔口、管嘴和有压流动,在H、d 分别相同情况下，与孔口出流比较：,，但,管嘴正常工作条件,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。,第六章 孔口、管嘴和有压流动,圆柱形外管嘴的真空,孔口外面加管嘴后，增加了阻力，但是流量反而增加，这是由于收缩断面处真空的作用。,对圆柱形外管嘴：=1，=0.64，=0.82,第六章 孔口、管嘴和有压流动,小结,孔口出流：在容器壁上开孔，水经孔口流出的
5、水力现象,管嘴出流：在孔口上连接长为34倍孔径的短管，水经过 短管并在出口断面满管流出的水力现象。,自由出流出流时，H0为孔口形心以上的水面高度；淹没出流时，H0为上、下游水面高度差。,同样作用水头下，管嘴出流的流量比孔口出流的流量大0.82/0.62=1.32倍,第六章 孔口、管嘴和有压流动,问题1：孔口、管嘴若作用水头和直径d相同时，下列那些是正确的：BA.Q孔u嘴；C.Q孔Q嘴，u孔u嘴；D.Q孔Q嘴，u孔u嘴。,第六章 孔口、管嘴和有压流动,例1:某水池壁厚d=20cm，两侧壁上各有一直径d=60mm的圆孔，水池的来水量=30 l/s，通过该两孔流出；为了调节两孔的出流量，池内设有隔板
6、，隔板上开与池壁孔径相等的圆孔。求池内水位恒定情况下，池壁两孔的出流量各为多少？,第六章 孔口、管嘴和有压流动,解:池壁厚=(34)d，所以池壁两侧孔口出流均实为圆柱形外管嘴出流。按孔口、管嘴出流的流量公式,第六章 孔口、管嘴和有压流动,一隔板将水箱分为A、B两格，隔板上有直径d1=40mm的薄壁孔口，如下图，B箱底部有一直径d2=30mm的圆柱形管嘴，管嘴长l=0.1m，A箱水深H1=3m恒定不变。（1）分析出流恒定条件（H2不变的条件）。（2）在恒定出流时，B箱中水深H2等于多少？（3）水箱流量Q1为何值？,第六章 孔口、管嘴和有压流动,1.孔口在淹没出流时的作用水头为_D_。A、上下游水
7、头差；B、出口中心与上游水面的高差；C、出口中心与下游水面的高差；D、出口断面测压管水头。,2.在相同水头H0的作用下，管嘴出流量Q1与同样断面面积的孔口出流量Q2的关系为 CA、B、C、D、,3.小孔口淹没出流的流量，在上下游水位差不变的条件下，与出口淹没深度的关系为：BA、H2越大则Q越大；B、H2越大则Q越小；C、Q与H2成抛物线关系；D、Q与H2无关。,第六章 孔口、管嘴和有压流动,孔口非恒定出流,如容器水面随时间变化，孔口的流量也会随时间变化，称为变水头出流或非恒定流。,第六章 孔口、管嘴和有压流动,当容器为柱体，=常数，则有：当H1=H，H2=0，即得容器“泄空”(水面降至孔口处)
8、所需时间 变水头出流时容器“泄空”所需要的时间，等于在起始水头H作用下恒定出流流出同体积水所需时间的二倍。,第六章 孔口、管嘴和有压流动,一.计算特点,1.已知H、d，求Q（校核）,6.3 管路的水力计算,二.计算类型,2.已知Q、d，求H（设计）,3.已知Q、H，求d（设计）,第六章 孔口、管嘴和有压流动,水泵吸水管的水力计算,三.实例分析,从 12 建立伯努利方程，有,第六章 孔口、管嘴和有压流动,第六章 孔口、管嘴和有压流动,在某地安装一台水泵，其输水量qV=135L/s，输送水温t=30，该泵允许吸上真空高度Hs=4.67m。吸水管径d=250mm，吸水管长l=9m，该水管上有一个90
9、弯头，并装有一个蝶阀，设吸入管路总损失hw=0.878m。求Hg应为多少？,第六章 孔口、管嘴和有压流动,又因为：,所以，泵的几何安装高度应为：,第六章 孔口、管嘴和有压流动,离心泵吸水管直径d1=500mm，样本上给出的允许吸上真空高度Hs=4m，吸水管的长度L1=6m，局部阻力的当量长度Le=4m，沿程阻力系数=0.025。试问当泵在流量qv=2000m3/h、安装高度H=3m时能否正常工作？,第六章 孔口、管嘴和有压流动,第六章 孔口、管嘴和有压流动,两水池用虹吸管连通，上下游水位差H=2 m，管长L1=3m，L2=5m，L3=4m，直径d=200mm，上游水面至管顶高度h=1m。已知，
10、进口网（每个弯头），出口，（1）虹吸管中的流量；（2）管中压强最底点的位置及其最大负压值。,第六章 孔口、管嘴和有压流动,写上、下游水面的能量方程：,最低点在L,末端，则置及其最大负压值。,第六章 孔口、管嘴和有压流动,2.计算原理,伯努利方程,四、简单管路,连续性方程,3.关于Q 的计算,式中,称为管路阻抗（总阻力损失与体积流量平方成正比）。,第六章 孔口、管嘴和有压流动,第六章 孔口、管嘴和有压流动,五.串联管路,1.定义：由d不同的若干段管顺次联接的管路，称为串联管路。,2.管路计算,（能量关系）,（流量关系）,无流量分出,有流量分出,第六章 孔口、管嘴和有压流动,六.并联管路,1.定义
11、：在两节点间并设两条以上的管路，称为并联管路，其目的是提高供水的可靠性.,2.水力关系,第六章 孔口、管嘴和有压流动,有一简单并联管路如下图，总流量 求各管段的流量及两节点间的水头损失。第一支路 第二支路,m3/s，,，,mm，,m，,mm，,m。,节点间的水头损失,第六章 孔口、管嘴和有压流动,1：串联管道各串联管段的：D,A.水头损失相等；,B.总能量损失相等；,C.水力坡度相等；,D.所通过的流量相等。,2:如图，并联管段1、2、3在A、B之间之间的水头损失是：D,A.hfABhfl+hf2+hf3；,B.hfABhfl+hf2；,C.hfABhf2+hf3；,D.hfABhfl=hf2
12、=hf3。,第六章 孔口、管嘴和有压流动,三层供水管路，各管路的S值皆为 106s2/m5，层高均为5m。设a点的压力水头为20m，求Q1、Q2、Q3，并比较三流量，得出结论来。（忽略a处流速水头）,第六章 孔口、管嘴和有压流动,离心泵主要性能参数,流量 能头(泵称为扬程)H或压头(风机称为全压或风压)功率和效率 转速n泵与风机轴每分钟的转速，r/min,第六章 孔口、管嘴和有压流动,流量Q,流量是指单位时间内所输送的流体量。它可以用体积流量Qv表示，也可以用质量流量Qm 表示。体积流量的常用单位为m3s或m3h，质量流量的常用单位为kgs或th。质量流量与体积流量的关系为 Qm=Qv,主要性
13、能参数,第六章 孔口、管嘴和有压流动,扬程H,指单位重量液体通过泵后所获得的能量，即流体从泵进口断面l一1到泵出口断面22所获得的能量增加值，则水泵的扬程为,第六章 孔口、管嘴和有压流动,功率和效率,原动机,传动装置,泵,原动机功率 Ng=N/tm,轴功率 N=Ne/,有效功率 Ne=pgQH,传动效率tm,泵效率=Ne/N,第六章 孔口、管嘴和有压流动,某台IR125-100-315型热水离心泵的流量为240 m/h，扬程为120m，泵效率为77，热水温度为80，密度为970kg/m，试计算该泵有效功率和轴功率的大小。,（m3/s）,第六章 孔口、管嘴和有压流动,水泵在如图0-5所示的管路系
14、统中工作时，若吸水池液面的压强为pe1，压水池液面的压强为pe2，且两水池液面的高度差为HZ，吸水管和压水管的流动损失之和为hw，试推导在这种情况下，泵扬程的表达式。,上式表明：泵的扬程可由它的实际工作参数求出。此时，扬程H不一定是额定参数，其值会随着工作条件的改变而变化。,设泵的扬程为H，在1-1、2-2截面上，应用伯努利方程得：,第六章 孔口、管嘴和有压流动,某锅炉给水泵进口压力表读数为0.7MPa，该压力表的安装高度为1m；出口压力表读数为17.7MPa，该压力表的安装高度为9m，给水的密度取950kg/m。试计算给水泵的扬程。提示：本题可以忽略泵进、出口的高度差、给水密度差和速度差，但
15、应考虑进出口压力表的表位差。解：该给水泵的扬程为：,第六章 孔口、管嘴和有压流动,如图所示，水在压强作用下从密封的下水箱沿竖直管道流入上水箱中，已知h50cm，H3m，管道直径D25mm，0.02，各局部阻力系数分别为10.5，25.0，31.0，管中流速V1m/s，求：下水箱的液面压强。（设稳定流动）（10%）,第六章 孔口、管嘴和有压流动,某建筑工地用水，由水泵将河边井中水抽送至贮水池中(如图所示)。已知水泵工作流量Q=50L/s，水泵最大吸水真空高度，吸水管长度=8.0m，管径=150mm，管道沿程阻力系数=0.025，局部阻力系数：底阀=5.0，弯道=0.5，井中水面标高z1=。试求水泵最大安装高度标高z2。,
