孔口管嘴及有压管流

孔口管嘴及有压管流第1页/共49页§7.1薄壁孔口恒定出流7.1.1孔口出流的分类

自由出流与淹没出流：见图

小孔口出流与大孔口出流小孔口大孔口恒定出流与非恒定出流薄壁孔口与厚壁孔口第2页/共49页特征（1）水流现象

（2）小孔口（3）恒定流（4）自由出流（5）具有收缩断面7.1.2薄壁小孔口恒定自由出流第3页/共49页以孔口形心点水平面为基准面,对断面1-1，c-c列能量方程

流量公式断面收缩系数，0.62-0.63动能修正系数，1孔口局部阻力系数，0.04-0.06

流量系数流速公式流速系数流量公式第4页/共49页7.1.3小孔口流量系数的影响因素

雷诺数、边界条件

孔口的形状：对于小孔口，影响不大孔口位置完善收缩（1）全部收缩

非完善收缩（2）或

部分收缩（3&4）

第5页/共49页7.1.4薄壁小孔口恒定淹没出流

以孔口形心点水平面为基准面，对断面1-1，2-2列能量方程流速公式流量公式第6页/共49页薄壁小孔口恒定自由出流VS淹没出流（1）流量公式相同（2）流量系数（3）作用水头自由出流：为孔口形心点的淹没深度；淹没出流：为上下游水面差；第7页/共49页薄壁大孔口出流大孔口出流可视为是由无数小孔口组成，通过积分的方法可求得大孔口流量系数。实际计算表明，在估算大孔口流量时，小孔口流量公式也适用于大孔口，式中为大孔口形心点的作用水头，因大孔口出流多为不完善收缩，其流量系数偏大。

第8页/共49页大孔口流量系数水流收缩情况流量系数全部收缩（不完善收缩）0.70底部无收缩有适度侧收缩0.65~0.70底部无收缩侧向很小收缩0.70~0.75底部无收缩侧向极小收缩0.80~0.90第9页/共49页§7.2管嘴恒定出流7.2.1圆柱形外延管嘴恒定出流

管嘴局部阻力系数，0.5为什么接管嘴后局部阻力增加了，而流量却增大呢？第10页/共49页7.2.2圆柱形外延管嘴的真空压强7.2.3外延管嘴的工作条件（1）作用水头：（水柱）（2）管嘴长度：

第11页/共49页7.2.4其他形式的管嘴

第12页/共49页§7.3孔口（管嘴）的变水头出流

放空时间：第13页/共49页上讲内容1、薄壁小孔口恒定自由出流2、薄壁小孔口的恒定淹没出流3、圆柱形外延管嘴恒定出流4、圆柱形外延管嘴的真空压强

第14页/共49页§7.4短管的水力计算长管与短管的概念短管：在整个管路系统中，与及

各占相当比重，在水力计算时都要考虑

如：水泵吸水管、虹吸管、倒虹吸管长管：在整个管路系统中，占绝对比重，、为微量，在水力计算时，只考虑

如：给水管路（管网）、水泵压水管第15页/共49页7.4.1短管自由出流

流量公式：管路系统流量系数管路系统阻力系数第16页/共49页7.4.2短管淹没出流流量公式：第17页/共49页短管自由出流与淹没出流比较：流量公式：流量系数：结论：（1）管路系统相同、作用水头相同，自由出流与淹没出流流量相等。（2）不同点：自由出流，为出口距上游水面的高差；而淹没出流，为上下游水面的高差。第18页/共49页7.4.3短管水力计算的类型（1）已知作用水头、管的长度、管径、管材（沿程阻力系数）以及管路布置（局部阻力系数），确定流量（2）已知流量、管的长度、管径、管材以及管路布置，

确定作用水头（3）已知作用水头、流量、管的长度、管材以及管路布置，确定管径第19页/共49页应用举例

例1：虹吸管的水力计算

已知上下游水位差H，虹吸管顶部管中心线与上游水面高差z1=5.0m。管长l1,l2,l3，管径d=0.25m，选用铸铁管，n=0.011。局部损失系数：弯头处，进口，出口求:（1）虹吸管流量；（2）求虹吸管最大真空压强；（3）若虹吸管最大允许真空压强水柱），安装高度是否合理？第20页/共49页例2：水泵的水力计算

离心水泵，Q=0.02m3/s，管长允许吸水真空压强，安装高度试：校核水泵的安装高度

是否合理？求最大安装高度？第21页/共49页例3：倒虹吸管的水力计算

已知流量，两水面高差，管长，，，，求管径？第22页/共49页§7.5长管的水力计算7.5.1简单管路

比阻法:比阻：第23页/共49页注意：在水力计算时,比阻s0在不同流态、流区有不同的值.

当,为阻力平方区，查表7-3、7-5，根据n，d查比阻当,在光滑区或过渡区,用系数修正第24页/共49页修正系数值（表7-4）0.200.250.300.350.400.451.411.331.281.241.201.1750.500.550.600.650.700.751.151.131.1151.101.0851.070.800.850.901.001.101.061.051.041.031.0151.0第25页/共49页（1）通用公式

对于圆管（2）专用公式（铸铁管）

舍维列夫公式（粗糙区）

光滑区和过渡区第26页/共49页对于明渠水流K----流量模数，与比阻的关系见上式。可用于明渠均匀流的水力计算。第27页/共49页7.5.2串联管路

计算原则第28页/共49页举例：

如图所示，已知，；，；，，管道为铸铁管，，转输流量，管路水平布置，管道末端高程，服务水头（自由水头）,求水塔的高度？第29页/共49页步骤总结（1）求各管中流量、流速，判别在哪个区；（2）求各管段的比阻（查表7-3得，因为管中水流都在粗糙区，故比阻不修正）（3）求总的水头损失；（4）求水塔高；

第30页/共49页7.5.3并联管路计算原则:第31页/共49页举例

某输水系统，管长：,,,；糙率；管径：，，；流量。水塔处地形高，管道末端自由水头,管道末端地形，求水塔高H?第32页/共49页（1）流量、流速、确定流区先按粗糙区计算。（2）比阻，查表7-3第33页/共49页（3）计算2、3管中流量第34页/共49页（4）计算水头损失（5）求水塔高第35页/共49页7.5.4沿程均匀泄流管路折算流量当时，第36页/共49页举例：如图所示的由水塔供水的管路，有三段铸铁管段组成，其中第二段为沿程均匀泄流管段，已知铸铁管糙率，管长管分别为：；管径：节点B转输流量，途泄流量

管路末端流量，，求需要的水塔高度？

第37页/共49页作业：７-５，７-６，７-８，７-９作业：７-1，７-2第38页/共49页上讲内容1、长管与短管的概念2、测压管水头线与总水头线的画法3、短管流量的计算公式自由出流淹没出流第39页/共49页上讲内容1.长管的水力计算——

简单管路2.比阻在不同流态、流区有不同的值.粗糙区水力光滑区、过度粗糙区3.串联管路的计算原则4.并联管路的计算原则5.沿程均匀泄流管路第40页/共49页§7.6有压管中的水击7.6.1水击现象

在有压管中，因某种原因(阀门关闭），水流流速突然变化，压强随之产生急剧变化（交替升降）。压强交替变化如同用锤子击打管壁，严重时造成管道破裂，这种现象称为水击（水锤）。第41页/共49页第42页/共49页

（1）（增压逆波）

流体被压缩、管道膨胀

水击波C向左传播（2）

（减压顺波）

流体恢复原状管道恢复原状

水击波C向右传播7.6.2水击传播过程第43页/共49页(3)（减压逆波）流体膨胀管道被压缩水击波C向左传播(4)（增压顺波）流体恢复原状管道恢复原状

水击波C向右传播第44页/共49页

关闭阀门时间

●水击相长

●水击周期

●直接水击

●间接水击第45页/共49页7.6.3水击压强的计算

●直接水击压强计算公式●间接水击压强计算公式

水击波传播速度C=1000m/s第46页/共49页7.6.4水击危害的预防措施（1）限制管中流速（2）停泵水击

严格操作规程。在需要停泵之前