工程流体力学第六章.ppt

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、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=30l/s，通过该两孔流出；为了调节两孔的出流量，池内设有隔板，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)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=2m，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，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：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=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240m/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