工程流体力学孔口管嘴有压流动

1、6.1 6.1 概述概述6.2 6.2 孔口及管嘴恒定出流孔口及管嘴恒定出流6.3 6.3 短管的水力计算短管的水力计算6.4 6.4 长管的水力计算长管的水力计算6.66.6 离心式水泵离心式水泵及其水力计算及其水力计算 本章为连续性方程、伯努利方程和水头损失规本章为连续性方程、伯努利方程和水头损失规律的具体应用。律的具体应用。w 2dl孔口孔口10Hd 10Hd 小孔口小孔口大孔口大孔口w 43dl管嘴管嘴Hldw 4dl管路管路10004dl短管短管1000dl长管长管简单管路简单管路复杂管路复杂管路复杂管路复杂管路串联管路串联管路并联管路并联管路管网管网枝状管网枝状管网环状管网环状管网

2、工程实例真空输水：真空输水：世界上世界上最大直径的虹吸管最大直径的虹吸管( (右侧直径右侧直径15201520毫毫米、左侧米、左侧600600毫米毫米),),虹吸高度均为八米，虹吸高度均为八米，犹如一条巨龙伴游犹如一条巨龙伴游一条小龙匐卧在浙一条小龙匐卧在浙江杭州萧山区黄石江杭州萧山区黄石垅水库大坝上，尤垅水库大坝上，尤为壮观，已获吉尼为壮观，已获吉尼斯世界纪录斯世界纪录 。我国最大的倒虹吸管我国最大的倒虹吸管0fh收缩断面收缩断面从从 1c 1c 建立伯努利方程，有建立伯努利方程，有gvgvHccc220000202 为孔口流速系数，对于小孔口，为孔口流速系数，对于小孔口，97. 0gHgH

3、vcc221001cgHAgHAvAQcc22AAc 、 分别为孔口收缩系数和流量系数，对于小孔口：分别为孔口收缩系数和流量系数，对于小孔口：62. 0,64. 0从从 12 12 建立伯努利方程，有建立伯努利方程，有gvgvHHcsec22000022021gHAvAQcc2（与自由式出流完全相同）（与自由式出流完全相同）)(2)(2121210HHgHHgvsecse01w 形状形状w 位置位置0fh在在c-cc-c断面形成收缩，然后再扩大，断面形成收缩，然后再扩大，逐步充满整个断面。逐步充满整个断面。从从 12 12 建立伯努利方程，有建立伯努利方程，有gvgvHn22000022 为管

4、嘴流速系数，为管嘴流速系数，n82. 0ngHgHvnn221nn1gHAAvQn2 为管嘴流量系数，为管嘴流量系数，n82. 0nnw 在在H、d 分别相同情况下，与孔口出流比较：分别相同情况下，与孔口出流比较：nvv孔，但，但nQQ孔w 管嘴正常工作条件管嘴正常工作条件 dl43 mH910004dlmfWhhhw 水泵吸水管的水力计算水泵吸水管的水力计算水泵的安装高度水泵的安装高度sH从从 12 12 建立伯努利方程，有建立伯努利方程，有gvgvgvdlgvpHs222200022222弯进吸gvdlpHs222弯进吸gvdlhv22弯进吸 gvdlhHvs22max弯进吸为允许真空度，

5、一般为允许真空度，一般 vhOHm2 87 hv实际的安装高度实际的安装高度 只要小于或等于只要小于或等于 ，即可。，即可。sHmaxsHw虹吸管的水力计算虹吸管的水力计算 计算内容计算内容: 流量流量Q的确定及顶部断面真空度的校核。的确定及顶部断面真空度的校核。从从 13 13 建立伯努利方程，有建立伯努利方程，有gvgvgvgvgvdlH222222222122出弯弯进出弯进dlgHv2gvgvgvdlgvphHpHABBa222222222弯进Q=Av 从从 12 12 建立伯努利方程，有建立伯努利方程，有gvdlhhppABBva2(222）弯进工程上规定：工程上规定：虹吸管中最大真空

6、度不能超过虹吸管中最大真空度不能超过78m水柱。水柱。1000dlfWhhgv22H001122ld,d、Q沿程不变的管路，称为简单管路。沿程不变的管路，称为简单管路。w 伯努利方程伯努利方程ffhHhH00000全部作用水头均消耗在沿程水头损失上。全部作用水头均消耗在沿程水头损失上。w 连续性方程连续性方程24dQvfh222SlQgvdlhf24dQv称为比阻。称为比阻。dfdgS,852w 2SlQhHf（能量关系）（能量关系）w iiiqQQ1（流量关系）（流量关系）w iQQ（流量关系）（流量关系）w ABffffhhhh321（能量关系）（能量关系）例例 求通过图示管道求通过图示管

7、道A、B、C中的流量和中的流量和D点的压强。其中点的压强。其中 dA=dB=150mm，lA=680m，lB=550m，dC=200mm，lC=1300m，=0.028，Z1=60m，Z2=40m，Z3=17m。例例 如图所示长管串联管路如图所示长管串联管路ac、cb与串联管路与串联管路ad、db并并联，已知流入此管路系统的流量联，已知流入此管路系统的流量Q=15cm3/s，液体的运液体的运动黏度动黏度=0.0131cm2/s，内径内径Dac=Dad=5mm，Dcb=Ddb=10mm，长度Lac=Lad=1000cm，Lcb=Ldb=500cm。试求试求ab段的沿程水头损失段的沿程水头损失hf

8、。 1 1离心式水泵的工作原理离心式水泵的工作原理2 2离心泵性能参数离心泵性能参数 流量流量Q； 扬程扬程H； 功率功率N，水泵的功率又分为轴功率水泵的功率又分为轴功率Nx和有效功率和有效功率Ne； 效率效率； 转速转速n； 允许吸水真空度允许吸水真空度 hv 。3 3水力计算水力计算 工程中有关水泵的水力计算问题包括：水泵安装高度工程中有关水泵的水力计算问题包括：水泵安装高度计算（见计算（见6-36-3节）；水泵扬程计算及水泵轴功率的确定；节）；水泵扬程计算及水泵轴功率的确定；水泵工况分析。水泵工况分析。（1 1）水泵扬程的确定）水泵扬程的确定由伯努利方程可得水泵扬程计算式由伯努利方程可得

9、水泵扬程计算式WgWhHhzzH12上式表明，在管路系统中，水上式表明，在管路系统中，水泵的扬程泵的扬程H用于使水提升几何给用于使水提升几何给水高度和克服管路中的水头损水高度和克服管路中的水头损失失。 计算出水泵扬程后，可根据水泵特性曲线求得水泵实际抽水量计算出水泵扬程后，可根据水泵特性曲线求得水泵实际抽水量Q，则水泵的有效功率可由式则水泵的有效功率可由式（6-50）求得，轴功率为求得，轴功率为 exNN（2 2）水泵工况分析）水泵工况分析 水泵的工况分析即是确定水泵的工作点。水泵工作点是水泵特性曲水泵的工况分析即是确定水泵的工作点。水泵工作点是水泵特性曲线与管路特性曲线的交点。线与管路特性曲

10、线的交点。 水泵性能曲线：在转速水泵性能曲线：在转速n一定的情况下，水泵的扬程一定的情况下，水泵的扬程H、轴功率、轴功率Nx、效率效率与流量与流量Q的关系曲线。的关系曲线。221gAdlR令令则上式可表示为则上式可表示为2RQHHg以以Q为自变量，绘出为自变量，绘出HQ关系曲线，即为管路特性曲线。关系曲线，即为管路特性曲线。22222122QgAdlHgvgvdlHhHHggWg管路特性曲线：管路特性曲线： 工作点的确定：工作点的确定：将水泵性能曲线和管路特性曲线按同一比将水泵性能曲线和管路特性曲线按同一比例绘在同一张图上，两条曲线的交点即为水泵的工作点。例绘在同一张图上，两条曲线的交点即为水泵的工作点。 水泵的水泵的QH性能曲线表示水泵在通