压力管路和孔口

1、工程流体力学工程流体力学1 15.水力计算 前面阐述了流体运动的基本规律，本章将运用前面介绍的流体运动规律的普遍原理，分析和讨论工程实践中的孔口、管嘴出流和有压管流问题，为工程设计提供必要的分析计算方法。 研究流体经过容器壁上孔口或管嘴出流，以及流体沿有压管路的流动，对水利水电、环境保护、给排水、采暖通风、市政建设、交通运输等工程有很大的实用意义。如水利工程中，常用闸门来控制流量，闸下出流就是一种孔口出流；船闸闸室的冲水放水也常用孔口来控制；给排水中各类取水，泄水闸孔的水力计算，通风工程中空气经门，窗等的流量计算等。工程流体力学工程流体力学2 25.水力计算5.1 概 述 基本概念： 1、管道

2、管路管线： 在工程流体力学中可以认为是同义词。 2、压力管道： 液流充满整个有效截面，并在一定压差下流动，管道周界各点受到液体压强作用，其断面各点压强，一般不等于大气压强。 液液 体体管管 壁壁有压管道有压管道液体自由面液体自由面 管管 壁壁无压管道无压管道工程中，常用各种有压管道输工程中，常用各种有压管道输送液体，如水电站压力引水钢送液体，如水电站压力引水钢管；水库有压泄洪隧洞或泄水管；水库有压泄洪隧洞或泄水管；供给的水泵装置系统及管管；供给的水泵装置系统及管网；输送石油的管道。网；输送石油的管道。工程流体力学工程流体力学3 35.水力计算 管内压力可以高于大气压（如泵的排出管路）也可以低于

3、大气压（例如泵的吸入管道）工程流体力学工程流体力学4 45.水力计算一、管路的规格 主要参数是（公称）直径。见表5-1 如果同一种外径管路，有几种不同的壁厚，规格用外径乘以壁厚来表示。For example :872010720和公称直径（DN: Diameter Normal) (Dg是以前的国内叫法，Diameter Gong(公的汉语拼音)的简写.现在都叫DN了.) 又叫公称通径，是管材和管件规的主要参数。公称直径是为了设计、制造、安装和维修方便而人为规定的管材、管件规格的标准直径，所以它是一种名义直径（或称呼直径）。 工程流体力学工程流体力学5 55.水力计算二、管路的分类1、长管和短

4、管 根据沿程阻力损失和局部阻力损失在总根据沿程阻力损失和局部阻力损失在总水头损失中所占份额来划分水头损失中所占份额来划分. .1）长管： 输送距离较远，两段压差大，输送距离较远，两段压差大，局部阻力损失和局部阻力损失和速度头之和，与沿程阻力损失比较而言可以忽略速度头之和，与沿程阻力损失比较而言可以忽略。或按照沿程阻力损失的或按照沿程阻力损失的5%-10%5%-10%来折算。来折算。2）短管： 又称水力短管。又称水力短管。局部阻力损失和速度水头不可局部阻力损失和速度水头不可忽略忽略。分支较多，压差较小，并有大量管道联接部。分支较多，压差较小，并有大量管道联接部件的管路系统常属于短管件的管路系统常

5、属于短管。工程流体力学工程流体力学6 65.水力计算1。 长管和短管不按管道绝对长度决定。长管和短管不按管道绝对长度决定。2。 当管道存在较大局部损失管件，例如局当管道存在较大局部损失管件，例如局部开启闸门、喷嘴、底阀等。即使管道很部开启闸门、喷嘴、底阀等。即使管道很长，局部损失也不能略去，必须按短管计长，局部损失也不能略去，必须按短管计算。算。工程流体力学工程流体力学7 75.水力计算2、简单管路和复杂管路： 等径无分支，流量沿程不变等径无分支，流量沿程不变的管道称为的管道称为简单管路简单管路，除此之外都可以称为，除此之外都可以称为复杂管路复杂管路。复杂管路系统一般由两支以上简单管路组成。工

6、程流体力学工程流体力学8 85.水力计算3、管路特性曲线 在管道中，在不同流量情况下的流速不同，水头损失也不同。2252222282162QQDLggDQDLgvDLhLQLhQmH根据上式绘制二维图形Q-hL图，或Hm-hL图，称为管路特性曲线。管路特性曲线有泵的管路特性曲线LhgppZZ1212工程流体力学工程流体力学9 95.水力计算说明说明：（1）当由泵输送液体时，因泵给出的扬程）当由泵输送液体时，因泵给出的扬程H要克服要克服位差和水头损失，绘制管路特性曲线时，纵坐标以位差和水头损失，绘制管路特性曲线时，纵坐标以泵的扬程为准，固管路特性曲线相应地要平移一个泵的扬程为准，固管路特性曲线相

7、应地要平移一个位差的高度。位差的高度。（2）理论上有层流到紊流应有折点，实用上不予考）理论上有层流到紊流应有折点，实用上不予考虑，而绘制成光滑曲线。虑，而绘制成光滑曲线。（3）根据水头损失的计算通式，当有局部水头损失）根据水头损失的计算通式，当有局部水头损失时，可折算为当量长度并入沿程水头损失时，可折算为当量长度并入沿程水头损失（4）管路特性曲线对于确定泵的工况和自流泄油工）管路特性曲线对于确定泵的工况和自流泄油工况，将有重要作用，在工程中经常使用。况，将有重要作用，在工程中经常使用。工程流体力学工程流体力学10105.水力计算5.2 简单长管的水力计算 长管是有压管的简化模型。由于长管不计流

8、速水头和局部水头损失，所以水力计算相对简化。 简单长管是工程中常见的一种管路。短途无中继泵站的输油管线、长途两泵站间管路都属于简单长管。工程流体力学工程流体力学11115.水力计算管道水力计算主要任务 (1)根据给定的流量和允许的压强损失确定管道直径和管道布置；(2)根据给定的管道直径、管道布置和流量来验算压强损失；(3)根据给定的管道直径、管道布置和允许的压强损失，校核流量。 管道水力计算的基本公式有连续性方程、伯努利方程和管道水力计算的基本公式有连续性方程、伯努利方程和能量损失公式等三个。能量损失公式等三个。连续性方程： 或 伯努利方程：式中E为外界（泵、风机等）加给单位重量流体的机械能。

9、常数222111AgVAgVqmw2222211122hgVgpzEgVgpz常数2211AVAVqV工程流体力学工程流体力学12125.水力计算 能量损失 其中 由上面管道系统分类可知，管道系统的分类类似于电路系统。因此，管道水力计算类似于电路计算，管道中的流量相当于电路中的电流；压降相当于电压，管道阻力相当于电阻。jfLhhhgvdlh22fgvh22j工程流体力学工程流体力学13135.水力计算一、简单长管的能量方程 简单长管中稳定有压流如下图所示。简单长管中稳定有压流如下图所示。由于由于忽略流速水头及局部水头损失忽略流速水头及局部水头损失，所以，所以总水头线和测压管水头线相重合。总水头

10、线和测压管水头线相重合。作用水头H：指提供的能量工程流体力学工程流体力学14145.水力计算对1-1截面到2-2截面建立伯努利方程212222211122Lhgvgpzgvgpz由于简单长管的速度头和局部损失可以忽略，于是：fhgpzgpz2211此式即为简单长管的能量方程工程流体力学工程流体力学15155.水力计算 若2-2截面与大气相通，则p2=0，于是能量方程可以简化为：2112fhzzH该式说明： 简单长管中，提供的能量(总水头）主要用于克服沿程阻力损失。工程流体力学工程流体力学16165.水力计算二、沿程水头损失的基本计算公式1、不同流态下沿程水头损失计算式：252522220826

11、. 08)4(212QDLhQDLgDQgDLgvDLhff上式在知Q和入时，计算方便。2、层流沿程水头损失计算式：415. 4DLQhf工程流体力学工程流体力学17175.水力计算3、紊流光滑区时损失计算：75. 425. 075. 10246. 0DLQhf4、通用公式-达西公式综合式mmmfDLQh525、水力坡度为：mmmfDQLhi52工程流体力学工程流体力学18185.水力计算mmmfLDhQ25流态m层流4.151紊流水力光滑区0.02460.25混合摩擦区0.08020.123水力粗糙管0.082606、流量表示为：式中 和 m 根据不同流态由表5-2确定表5-2 系数 和指数

12、m工程流体力学工程流体力学19195.水力计算三、简单长管水力计算 根据能量方程、达西公式综合式和管路特性曲线，可以解决以下三方面的问题：1、已知管径、管长和纵断面图，已知流量，求管道中的压力降，或确定所需的供液水头；2、已知管径、管长和纵断面图，已知压力降，求最大输送能力；3、已知管长、地形及输送的流量，要求设计最经济的管道直径。（优化算法）工程流体力学工程流体力学20205.水力计算【第一类问题】： 已知管径、管长和地形（即管线走向纵断面图），当一定流量的某种液体通过时，确定管路中的压力降，或确定所需的供液水头，或计算水力坡度。计算步骤：1、定流态2、求沿程水头损失3、求水力坡度工程流体力

13、学工程流体力学21215.水力计算例5-1某长输油管直径为260mm，长度50km，起点高度45m，终点高度84m，油的相对密度0.8，粘度系数27.610-6m2/s，设计输油量200t/h，管壁绝对粗糙度 ,确定管路的压降。15. 07817 .59Re4ReDQfmmmfhzzgppdLQh122152思路：求压降,可以考虑长管的能量方程重点在求 根据雷诺数判断流态。根据管壁粗糙度决定的紊流划分判据划分区域，再根据达西公式综合式计算：fhgpzgpz2211fh工程流体力学工程流体力学22225.水力计算【第二类问题】： 已知管径、管长和地形，在一定压力限制下，确定某种液体通过时的最大输

14、送能力，即输送量Q的大小。思路方法： 此类问题由于Q未知，不能确定流态，故宜采用试算法，步骤如下：1、由能量方程确定hf;2、假设流态，选择和m，确定Q；3、用求出的Q,逆推Re,再判流态，若流态与假设的相符，即OK，若不符，再重复2、3.。工程流体力学工程流体力学23235.水力计算【例5-2】相对密度为0.95的重油，运动粘度为1.3St,沿内径为203mm的管路输送。已知管长24Km，泵的出口压强10.5atm,终点压强1atm。管路起点低于终点15m，试求每小时能输送多少吨油？解析：属于第二类问题，求流量Q，用试算法假设为水力光滑区，=0.0246，m=0.25,则：75.125.07

15、5.4250246.0LDhLDhQfmmmf由简单长管的能量方程：fhgpzgpz2211)(85)()(2211mgpzgpzhf工程流体力学工程流体力学24245.水力计算于是：)(01585.0375.125.075.4smLDhQf校核流态：（层流）20007654ReDQvD故需改设层流计算，此时由表5-2可知=4.15，m=1，则：由：415. 4DLQhf得：)(111. 034smLDhQf雷诺数：（层流）20005364ReDQvD所以假设成立，即输送量为：)(111. 03smQ 即：)(9 .37htQQm工程流体力学工程流体力学25255.水力计算设计管径的大致步骤：

16、1、据流量，在流速范围内选择几种不同管径。2、按照所选管径及流量算出实际流速。3、据实际流速等参数，判出流态，算出水头损失。4、据水头损失及压降确定泵的扬程、功率等。5、进行经济性设计【第三类问题】： 已知管长和地形及输送液体的流量，要求设计最经济的管径。工程流体力学工程流体力学26265.水力计算【例5-4】库内管线，输送距离1Km，局部损失按10%计，输送相对密度0.75，粘度1.5cSt的轻油。设计输量50t/h，终点高于起点15m，终点保持1atm的压强，要求水力坡度小于5，问泵压应多大？管径多大？其时的流态？（取=0.15mm）解析：1、求泵压：用能量方程：2、求管径：3、判流态：工

17、程流体力学工程流体力学27275.水力计算5.3 复杂管路的水力计算 任何复杂管路均由简单管路串联或并联组成。故简单长管的水力计算是复杂管路水力计算的基础。一、串联管路 由直径不同的数段管子串联在一起组成的管路。 每一段都是简单管路。工程流体力学工程流体力学28285.水力计算串联管路水力特点：1、流量（连续） 各节点处流量出入平衡。0iQ若沿程无分流，有QQQQQi.3212、水头损失fififffhhhhh.21工程流体力学工程流体力学29295.水力计算二、并联管路 两条或两条以上的管线同在一处分出，又在另一处汇合，这种组合而成的管线称为并联管路。 工程流体力学工程流体力学30305.水

18、力计算并联管路水力特点：1、流量iiQQQQQQ.3212、水头损失fifffhhhh.21工程流体力学工程流体力学31315.水力计算三、水力计算1、串联管路是在给定流量下，由经济流速选定管径，分段按第一类问题求解。2、并联一般总流量给定，但分支流量未知，可按第二类问题求解。注意对达西综合式的应用。以3管并联为例：333222111533233522222511211mmmfmmmfmmmfDLQhDLQhDLQh321QQQQ3管4方程(1)(2)(3)(4)工程流体力学工程流体力学32325.水力计算思路:(试算）1.假设流态,确定和 m值。2.以一管为准，算出流量，再用上4式解出其他管

19、线流量。(具体见P115)3.校核流态，与假设是否相符。若符即可，不符再设工程流体力学工程流体力学33335.水力计算【例题5-5】 今有输原油的两条并联管路，已知总输量为182t/h,原油的相对密度为0.895,运动粘度为0.42St,管径和管长分别为D1=156mm,D2=203mm,L1=10Km,L2=8Km ，试确定流量Q1,Q2及其水头损失。解：1.假设2管均为水力光滑区，故由表5-2可知m=0.25,=0.0246,则由两管的达西综合式联立有：21512212LLDDQQmm所以：1175.175.41221233.2.QQDDLLQ又因：1112133.333.2QQQQQQ所

20、以：)/(0396.033.2)/(017.0360010895.033.31018233.33123331smQQsmQQ工程流体力学工程流体力学34345.水力计算2.校核流态：管路1：3300.411DQRe管路2：5860.422DQRe5102000eR可见均在水力光滑区，与假设相符。流量可用3.求水头损失：由达西综合式：油柱）mDLQDLQhmmmf(108.0246. 025. 051125. 025. 021511211111工程流体力学工程流体力学35355.水力计算四、管路特性1、串联管路 根据无分流时，先分段绘，再按同流量下水头损失叠加得到总特性曲线：工程流体力学工程流体

21、力学36365.水力计算2、并联管路特性曲线 同样先分别绘制，再按同水头损失下流量相加的方法得到总管特性曲线：工程流体力学工程流体力学37375.水力计算五、应用1、提高输油量工程流体力学工程流体力学38385.水力计算2、延长输送距离工程流体力学工程流体力学39395.水力计算3、客服翻越点工程流体力学工程流体力学40405.水力计算二、分支管路 自一点分支，而后不再汇合的管路称为分支管路。 如：泵站，油库的输油和给水管路。其水力特点和串联管路类似：1)、各节点处出入流量平衡。2)、沿一条管线上总水头损失为各段水头损失之和。水力计算内容：选择管径D，确定流量分配Q，计算水头损失h，确定作用水

22、头H，泵压P等工程流体力学工程流体力学41415.水力计算 中国天然气管道工程流体力学工程流体力学42425.水力计算川渝环网干线：北干线 南干线管长：2906千米管径：最大720mm钢材：X60工程流体力学工程流体力学43435.水力计算分支管路的水力计算方法：方法一：1、将整个分支管路系统从起点到末端终点分成若干条串联管路（干线），有几个末端点就有几条干线。2、分别对每一条干线进行水力计算，求出每条干线所需的作用水头或泵压。3、将其中最大的作用水头或泵压作为整个分支管路系统的作用水头或泵压。 此法一般适用于分支较少的管路（n3)工程流体力学工程流体力学44445.水力计算【例题】图为水塔供

23、水分支管路，已知用户C和D所需的流量分别为Qc,Qd,各段管径，长度和各点位置高度图示，各用户的剩余压头为Hc,Hd,求起点A的水塔高度。解析：工程流体力学工程流体力学45455.水力计算方法二：1.选定一条主干线（一般以从起点到最远点为主干线）。2.按各终点流量要求逆配各段管路流量(流入汇合点流入汇合点的流量等于自汇合点流出的流量的流量等于自汇合点流出的流量)。 3.根据流量及合理经济流速，选定各段管径。4.计算干线各段水头损失，确定干线上各节点处的压头，进而推算起点压头，以确定泵压或塔高。5.以算出的节点压头为准，确定各支路的水头损失，再根据设定的管径校核水头损失。若对比后相差过大，需重新

24、选择管径。工程流体力学工程流体力学46465.水力计算【例题】图示从泵房向三个罐区输油。设计流量为：号罐区为60m/h, 号罐区为50m/h, 号罐区为50m/h.各点高程以米计算，标于内（各段长度单位为米。）每个罐最高油位高度设11m.油面上蒸汽压强为2.5m油柱。油品运动粘度为0.07St,相对密度为0.83.试确定各管直径以及泵出口压头。工程流体力学工程流体力学47475.水力计算解析：图表法1.图示选择ABC为主干线，则B,C为支线。2.按设计要求分配流量如下表：管段ABBCBCC流量m/h160100605050m/s0.04450.02780.01670.01390.01393.选

25、管径。取经济流速2m/s. 各段管径如下：管段ABBCBCC试算D，m0.1680.1330.1030.0940.094选用D，m16861561405130108410010841001084100vQD4工程流体力学工程流体力学48485.水力计算4.计算干线各段水头损失：段别流速m/sRemL,m ,mAB3.33518000.02460.250.0043100.051410001.4737.0BC2.09389000.0018956000.61823.2C1.77253000.0005414000.177815.4mQ2mmD5fh4105.由能量方程，确定各点压头。点z, mz+p/

26、gp/gA40106.1+37.0=143.137.0143.1-40=103.1B4589.2+23.2=106.123.2106.1-45=61.1C5067.5+15.4=82.915.482.9-50=32.95454+13.5=67.511+2.5=13.5fh工程流体力学工程流体力学49495.水力计算6.计算支线管路的水头损失，校核管径。管段L， mQ,m/sD,mV,m/sRemB5000.01670.12.13304000.02460.25C3000.01390.11.77253000.02460.25管段实际校核计算B7.750.05140.177827.6106.1-(6

27、0+13.5)32.6C5.410.05140.177811.582.9-(52+13.5)17.4mQ2mmD5fh410gpzgpzhf22114107.管径比较分析。工程流体力学工程流体力学50505.水力计算5.5 短管的水力计算 室内管路、泵的吸入管路等，由于局部装置较多，均属于短管。 本节介绍使用简化的经验公式计算短管系统的流量、阻力损失等参数。工程流体力学工程流体力学51515.水力计算一、短管的实用计算公式图示管段，由两种不同直径的直管、各种管件组成。1-大闸门；2、3、6、7、8-弯头；4-孔板流量计；5、大小接头；9-小闸门AB工程流体力学工程流体力学52525.水力计算现

28、通过上图来推导短管使用计算公式：对AB段：其作用水头H0：LhgvH2220jfLhhh式中的hL应为：为便于计算，将各个截面处的速度，都整合成出口处流速v2将阻力损失进行折算，简化得到：gvhcL22管系综合阻力系数同样得到：222021QgAQHc02gHAQc11 即为短管的实用计算公式，可解决短管水力计算问题工程流体力学工程流体力学53535.水力计算二、管路特性曲线222021QgAQHc工程流体力学工程流体力学54545.水力计算【例5-7】两水箱用两段直径不同的水管连接，管道长度都是10m。粗管直径200mm，细管直径100mm。求管路中的流量。H5 . 016 . 021 .

29、0312. 0416019. 01018. 026 . 05解题思路：将各段的沿程阻力损失、局部阻力损失的总和，折算为一个简单长管的阻力损失。这个阻力损失与当量速度水头成正比。02gHAQLhgvH220出工程流体力学工程流体力学55555.水力计算gvgvDLgvDLhhhcLLL22222226543222212111121即：748. 3)(654322241221111DLDDDLcCgHv22代入：即有：)(02. 032smAvQ所以：)(24. 1222mHgvhCL工程流体力学工程流体力学56565.水力计算应用应用1:水泵吸水管的水力计算水泵吸水管的水力计算 一个抽水系统通过

30、电机带动水泵转子一个抽水系统通过电机带动水泵转子（转轮）的作用，在水泵进水口形成真空，（转轮）的作用，在水泵进水口形成真空，使水流在池面大气压强的作用下沿吸水管上使水流在池面大气压强的作用下沿吸水管上升，流经水泵时从水泵获得新的能量，进入升，流经水泵时从水泵获得新的能量，进入压力管，再流入水塔。压力管，再流入水塔。吸水管和压力水管吸水管和压力水管 吸水管吸水管:短管短管 压力水管压力水管:长管长管工程流体力学工程流体力学57575.水力计算水泵系统的水力计算水泵系统的水力计算工程流体力学工程流体力学58585.水力计算工程流体力学工程流体力学59595.水力计算工程流体力学工程流体力学6060

31、5.水力计算应用应用2: 虹吸管的水力计算虹吸管的水力计算 虹吸管是一种压力输水管道，顶部弯曲且其高虹吸管是一种压力输水管道，顶部弯曲且其高程高于上游供水水面。在虹吸管内造成真空，使作程高于上游供水水面。在虹吸管内造成真空，使作用虹吸管内产生真空，水流则能通过虹吸管最高处用虹吸管内产生真空，水流则能通过虹吸管最高处引向其他处。引向其他处。 虹吸管的优点在虹吸管的优点在于能跨越高地，减少于能跨越高地，减少挖方。挖方。 虹吸管长度一虹吸管长度一般不长，故按照短管般不长，故按照短管计算。计算。工程流体力学工程流体力学61615.水力计算 虹吸管顶部的真空压强理论值不能大于最大虹吸管顶部的真空压强理论

32、值不能大于最大真空值（真空值（10mH2O10mH2O）。 当虹吸管内压当虹吸管内压强接近该温度下强接近该温度下的汽化压强时，的汽化压强时，液体将产生汽化液体将产生汽化，破坏水流连续，破坏水流连续性，可能产生空性，可能产生空蚀破坏，故一般蚀破坏，故一般虹吸管中的真空虹吸管中的真空值值7 78mH2O8mH2O。 工程流体力学工程流体力学62625.水力计算【例【例1 1】：】：有一渠道用两根直径为有一渠道用两根直径为1.0m1.0m的混凝土虹吸管来跨越的混凝土虹吸管来跨越山丘，山丘， 上游水位为上游水位为1 1100.0m100.0m，下游水位为，下游水位为2 299.0m99.0m，虹吸管长

33、度虹吸管长度l l1 1 = 8m = 8m ；l l2 2= 15m= 15m；l l3 3 = 15m = 15m，沿程阻力系数为，沿程阻力系数为0.030.03，弯头的局部水头损失系数为，弯头的局部水头损失系数为0.3650.365，进口局部水头损，进口局部水头损失系数为失系数为0.50.5；出口局部水头损失系数为；出口局部水头损失系数为1.01.0。试确定：当虹。试确定：当虹吸管中的最大允许真空度为吸管中的最大允许真空度为 7mH7mH2 2O O时，虹吸管最高时，虹吸管最高安装高程安装高程 z zs s为多少？为多少？ 工程流体力学工程流体力学63635.水力计算思路分析：1. 1.

34、求流量求流量列00、11伯努利方程：gvdlhZw2)(24321101021120020020whgvgvZAvq 1 11 1工程流体力学工程流体力学64645.水力计算 虹吸管中最大真虹吸管中最大真空一般发生在管空一般发生在管道最高位置。道最高位置。本题最大真空发生本题最大真空发生在第二个弯头后在第二个弯头后的的B-B B-B 断面。考断面。考虑虑0-00-0断面和断面和B-B B-B 断面的能量方程，断面的能量方程，则则: : 工程流体力学工程流体力学65655.水力计算BwBshgvgpzgv022002200列00、BB伯努力方程gvdllhBw2)(2321210123gvdll

35、ahgavzhgavzgpgpBBwsBwsBB2)(7)2(77272321210202即：即应有：断面处为最大真空度处又工程流体力学工程流体力学66665.水力计算5.6 定水头孔口和管嘴泄流 在装有流体的容器壁上开一孔口，液体从孔口外流，这种现象称为孔口出流（泄流）。如油库、排水工程中各类取（油）水，泄水闸孔，以及某些量测流量设备均属孔口。在孔口周边连接一长为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，称为管嘴出流。如水力采煤用的水枪，汽车发动机的汽化器，柴油机的喷嘴,消防水枪和水力机械化施工用水枪等。 工程流体力学工程流体力学67675.水力计算孔口和管嘴泄流在石油工业

36、中的应用孔口和管嘴泄流在石油工业中的应用(1)钻井过程中，泥浆由钻具内经过钻头的水眼或喷嘴射入井腔冲击地层；(2)油田开采工作中，自喷井通过油嘴控制石油的产量;(3)为保持地层的能量，在油田注水井中用水嘴将高压水分别注入各个油层;(4)在油气输送工作中，储运工人计量油气的输送量，是利用油气通过孔板孔眼时的节流压降的大小来测量计算的;(5)在石油加工、天然气净化工作中，常常将液体由喷射塔的喷嘴喷入另一种液体中，以加强分散提高传热或传质效果。工程流体力学工程流体力学68685.水力计算1.黄河小浪底工程为控制黄河水沙的关键性骨干工程，是国内外首次采用孔板泄洪洞的大型工程。孔板泄洪洞工作弧门的最大工

37、作水头为140m，孔口出流流速高达35m，单洞最大泄洪功率超过2000MW。【其它实例】：工程流体力学工程流体力学69695.水力计算2.船闸闸室的充水、泄水3.水处理（沉淀水池）4.等等工程流体力学工程流体力学70705.水力计算一、孔口出流的分类：1、定水头出流和变水头出流 出流过程中，若作用水头不随时间变化，称为定水头出流。如果变化，则称为变水头出流。2、自由出流和淹没出流 若流入大气，称为自由出流。若流入充满液体的空间，称为淹没出流。 自由出流淹没出流此处压强近似为大气压强此处压强近似为下游水深的静水压强工程流体力学工程流体力学71715.水力计算3、薄壁孔出流和厚壁孔出流 如果液体具

38、有一定的流速，能形成射流，且孔口具有尖锐的边缘，此时边缘厚度的变化对于液体出流不产生影响，出流水股表面与孔壁可视为环线接触，这种孔口称为薄壁孔口(图a)。 特征：L/d2 如果液体具有一定的速度，能形成射流，此时虽然孔口也具有尖锐的边缘，射流亦可以形成收缩断面，但由于孔壁较厚，壁厚对射流影响显著，射流收缩后又扩散而附壁，这种孔口称为厚壁孔口或长孔口，有时也称为管嘴(图b)。 特征：2L/d4没有沿程水头损失，只有收缩断面的局部损失不仅有沿程水头损失，也有收缩断面的局部损失工程流体力学工程流体力学72725.水力计算4、小孔口出流和大孔口出流 小孔口：以孔口断面上流速分布的均匀性为衡以孔口断面上

39、流速分布的均匀性为衡量标准，如果孔口断面上各点的流速是均匀分布的，量标准，如果孔口断面上各点的流速是均匀分布的，则称为小孔口。则称为小孔口。 特征：特征：d0.1H工程流体力学工程流体力学73735.水力计算 不加外来能源，靠自然位差获得能量输送或派出液体的管道，称为自流管路。工程流体力学工程流体力学74745.水力计算一、定水头孔口泄流 断面收缩系数：1)(2ddc 图示，设孔口为圆形，孔径为d。当水流从孔口出流时，由于惯性，水流在孔口后出现收缩现象，且在距孔口d/2处收缩到最小面积，该处断面称为收缩断面，此处压强可近似为大气压。过了收缩断面，液体靠自重下落。dc工程流体力学工程流体力学75

40、755.水力计算 现推导该模型下的速度与流量近似公式，取液面和截面c，列伯努利方程，并化简：00002022221121gHAgHAAvQgHgHvgvHcccc孔孔所以：即：孔口阻力系数流速系数流量系数gvgvgvhgvgpzgvgpHHhgvgpzgvgpHcccjccccwccc2)12222222222211012211孔孔（）（令作用水头工程流体力学工程流体力学76765.水力计算 经验表明：对圆形薄壁小孔口，这些系数都接近常数：64. 062. 097. 006. 01106. 0孔 对理想流体，则：021, 1, 1, 0gHAQ 而流量孔 所以，流量系数 的物理意义为实际流量和

41、理想流量之比，流速系数 为实际流速和理想流速之比。工程流体力学工程流体力学77775.水力计算小孔口的淹没出流小孔口的淹没出流 图示小孔口的淹没出流 ，以0-0为基准，列1-1至2-2间能量方程：00因： 令: 则: 水流由孔口流出后突然扩大的局部阻力系数， 水流经孔口的局部阻力系数 所以: 1-12-2工程流体力学工程流体力学78785.水力计算 注意： 自由出流时，水头H值系水面至孔口形心的深度； 淹没出流时，水头H值系孔口上、下游水面高差。流速、流量与孔口在水面下的深度无关，所以也无“大”，“小”孔口区别。 工程流体力学工程流体力学79795.水力计算【例题】：请写出下图中两个孔口Q1和

42、Q2的流量关系式（A1=A2)。图1：Q1 Q2；图2：Q1 Q2。（填、 或） 0.1时，需考虑在孔口射流断面上各点的水头、压强、速度沿孔口高度的变化，这时的孔口称为大孔口。 小孔口：当孔口直径d（或高度e）与孔口形心以上的水头高度H的比值小于0.1，即d /H 0.1时，可认为孔口射流断面上的各点流速相等， 且各点水头亦相等，这时的孔口称为小孔口。 孔口出流：在容器壁上开孔，水经孔口流出的水力现象就称为孔口出流。 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。 工程流体力学工程流体力学90905.水力计算2.薄壁小孔口自由出流，淹没出流流量计算公式：

43、薄壁小孔口自由出流，淹没出流流量计算公式： 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。3.3.薄壁大孔口出流流量计算公式：薄壁大孔口出流流量计算公式： （自由出流）（淹没出流同小孔口淹没出流） 4.4.管嘴出流的工作条件管嘴出流的工作条件： 作用水头H09.0m，管嘴长度l=(34)d 设孔口是直壁矩形，孔口宽为b 工程流体力学工程流体力学91915.水力计算5.管嘴出流的流量公式 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。 6.圆柱形外管嘴的真空度 Hh74. 0工程流体力学工程流体力学92925.水力计算5.7

44、 变水头泄流 如图，柱形容器、没有流量注入、孔口自由泄流。此即变水头出流（自由泄流），属不稳定流。工程流体力学工程流体力学93935.水力计算一、自由泄流时间的计算方法定水头下排空V的时间T:)(2221HHgAT变水头下排空V的时间T0:TQVgHAHT2222110 在变水头下，等截面的柱形容器排空液体所需时间T0是在定水头作用下排出相同体积的液体所需时间T的2倍。容器横截面积工程流体力学工程流体力学94945.水力计算变截面排空时间若容器是在变水头下充满，计算方法同排空一样。工程流体力学工程流体力学95955.水力计算5.8 压力管路中的水击 在有压管路内，由于流速急剧变化，引起管内压强

45、突然变化，并在整个管长范围传播的现象，称水击。 当急剧升降的压力波波阵面通过管路时，产生一种声音，犹如冲击钻工作时产生的声音或用锤子敲击管路时发出的噪音，称之谓水击，亦称水锤。 突然变化的压力称为水击压力（管路中出现水击现象时所增加或降低的压力值 ）。工程流体力学工程流体力学96965.水力计算1.发生水击现象的物理原因：外因：管路中流速突然变化内因：液体具有惯性和压缩性。惯性：企图维持液体原来的运动状态;压缩性：改变体积，缓和流体流动2.注意：考虑液体的压缩性和管壁的弹性水击中的液流参数随时间和位置变化，水击现象为不稳定流动。 水击压力以压力波的形式在管内传播。工程流体力学工程流体力学97975.水力计算一、水击产生和水击波的传递 如图表示具有固定液面的油罐、水库或水塔，沿长度为l，直径为d的等直径管路流向大气中，管路出口装有控制阀门。现以图为例，说明压力波传递过程。工程流体力学工程流体力学98985.水力计算图5-29 理想情况水击波传递过程工程流体力学工程流体力学99995.水力计算理想情况水击波传递过