孔口管嘴管路流动麦田

孔口管嘴管路流动麦田第1页/共57页第一节孔口自由出流一、概念（1）自由出流：在容器侧壁或底壁开一孔口，容器中的液体自孔口出流到大气中，称为孔口自由出流。（2）淹没出流：在容器侧壁或底壁开一孔口，容器中的液体自孔口出流到充满液体的空间，称为淹没出流。二、孔口自由出流的计算公式用能量方程可以推导出孔口自由出流时，孔口收缩断面处的流速和流量。列液面A-A和出口收缩断面C-C的能量方程：第2页/共57页§5-1孔口自由出流孔口的局部阻力系数。按照孔口的壁厚不同，孔口可分为：薄壁孔口：出流流股与孔口壁接触仅是一条周线。厚壁孔口：出流流股与孔口壁接触形成接触面。其值不同。为求，对上式变形：(5-1-1)第3页/共57页§5-1孔口自由出流作用水头；包含位置水头差：A,C断面的压强水头差：A断面的速度水头：(5-1-1)说明，作用水头：①一部分转化为出口收缩断面的速度水头（动能）；②一部分作为局部阻力损失消耗于出流孔口处。第4页/共57页§5-1孔口自由出流一般情况下：又令：速度系数(由实验确定，圆形薄壁孔口取0.97~0.98)则：第5页/共57页圆形薄壁孔口§5-1孔口自由出流的物理意义：考虑了流体的粘性和局部损失引起的动能损失。收缩断面的流量Q：由收缩处的断面积和孔口面积之间的关系：即(5-1-2)其中流量系数第6页/共57页§5-1孔口自由出流二、孔口收缩的影响因素（一）收缩的种类：全部收缩孔口非全部收缩孔口完善收缩不完善收缩ⅠⅣⅡⅢ第7页/共57页§5-1孔口自由出流（二）流量系数的修正式ⅠⅣⅡⅢ式(5-1-2)中，是按全部收缩孔口的完善收缩状态来确定的。对其它两种情况应加以修正。1、非全部收缩孔口的流量系数计算式：式中：完善的全部收缩孔口的流量系数未收缩部分的周长孔口全周长形状系数，圆孔取0.13，方孔取0.15第8页/共57页2、不完善的全部收缩孔口的流量系数计算式：式中：孔口面积孔口所在壁面的全面积§5-1孔口自由出流第9页/共57页第二节孔口淹没出流以孔中心线为基准线，列1、2断面的能量方程：则孔口收缩断面处的流速可求第10页/共57页§5-2孔口淹没出流∴其中：作用水头流体经孔口处的局部阻力系数流体在收缩断面后突然扩大的局部阻力系数令：速度系数则：流量系数(5-2-1)第11页/共57页§5-2孔口淹没出流与自由出流相比：（1）（2）第12页/共57页§5-2孔口淹没出流作用水头H0应具体情况具体分析：（1）当上下游液面都为自由液面，且孔口面积相对于液面面积非常小时：（2）当上游为有压容器中的液面，下游液面为自由液面时：第13页/共57页§5-2孔口淹没出流以上公式都是针对液体导出的，对于气体淹没出流，依据：代入流量计算公式中，得：(5-2-2)式中：相对于液体淹没出流作用水头提出的气体淹没出流的作用压头。气体的密度(5-2-2)式正是孔板流量计的测量原理：测得孔板前后的压差，直接代入(5-2-2)式可得气流管路的流量：可由使用手册查图获得，p135图5－6孔板流量计第14页/共57页§5-2淹没出流例[5-1]有一孔板流量计，测得，管道直径为，孔板直径试求水管中流量Q。解：∵孔板流量计测的是水流流量∴（1）作用水头H0：（2）查图5-6：依，且认为孔口流动处于阻力平方区，得（3）第15页/共57页Example5-2:

A75-mm-diameterorificeunderaheadof4.88mdischarges8900-Nwaterin32.6s.Thetrajectorywasdeterminedbymeasuringforadropof1.22m.Determine,theheadlossperunitweight,andthepowerloss.Solution:ThetheoreticalvelocityisTheactualvelocityisdeterminedfromthetrajectory,thetimetodrop1.22mis第16页/共57页AndhevelocityisexpressedbyThenTheactualdischargeisThen,thedischargecoefficientis第17页/共57页Hence,fromEq.(5-2-1)thecoefficientofcontractionisTheheadlossisThepowerlossis第18页/共57页第三节管嘴出流一、圆柱形外管嘴出流的特点在孔口出流的孔口上再外接一个l=3~4d的短管，即形成管嘴出流。当孔口的壁厚达3~4d时也形成管嘴出流。特点：在收缩断面处产生负压，形成水泵效应，使流量增大。第19页/共57页二、管嘴出流的速度、流量计算公式§5-3管嘴出流列A－A及B－B断面的能量方程令(5-3-1)第20页/共57页§5-3管嘴出流(5-3-2)即：锐缘进口流线型进口不同，查图表获得。第21页/共57页§5-3管嘴出流三、管嘴真空现象列收缩断面c-c和出口断面B-B的能量方程：其中：由连续方程知：代入能量方程得：第22页/共57页§5-3管嘴出流(5-3-3)圆柱形外管嘴在收缩断面上的真空值为0.75倍的作用水头。若考虑一定的安全系数，要保证常温下管嘴的正常出流，取极限真空值为7~8.5m,则极限作用水头取9.3m。第23页/共57页§5-3管嘴出流外管嘴正常出流条件：（1）作用水头H0＜9.3m

（2）外管嘴长度四、其它管嘴出流1、流线型管嘴特点：水头损失小，流量大，出口断面速度分布均匀2、收缩圆锥形管嘴特点：出口流速大3、扩大圆锥形管嘴特点：出口压力高，用作引射器的扩压管收缩角扩散角第24页/共57页第四节简单管路简单管路：具有相同管径，相同流量的管段，其上可以有一些局部构件。第25页/共57页(a)要使流体在简单管路中发生持续流动，在起始断面1-1处要具有一定的能量或一定的作用水头，从能量守恒的角度来看，这个作用水头必须等于整个管路的阻力损失。即：§5-4简单管路第26页/共57页§5-4简单管路作用水头H管路的高差或密度差外部机械，如泵、风机等提供又据：(b)代入(a)式第27页/共57页可得作用水头（总阻力损失）和流量之间的关系：第28页/共57页§5-4简单管路令(5-4-1)则液体管路气体管路(5-4-2)阻抗(5-4-2)式说明，当管路阻抗不变，简单管路中总阻力和流量的平方成正比。第29页/共57页§5-4简单管路几种简单管路示例：（1）自然循环系统：靠系统的重力或密度差使水流循环流动的系统。重力自流：靠密度差运行的自然循环采暖系统作用水头＝H＝作用压头第30页/共57页§5-4简单管路（2）机械循环系统：管路中的能量损失所需能量由外部输入的机械能提供，如机械循环热水采暖中靠水泵输入能量；空调送风系统由风机提供能量。机械循环热水采暖系统：水泵抽水：Pi=0.003i=0.003BG机械循环热水采暖系统示意水泵抽水示意第31页/共57页§5-4简单管路（3）虹吸作用：在上下游的两个容器中用一根折管相接，折管的顶端C处高出上游液面，上游的水就会通过折管流到下游容器，这种作用称为虹吸作用。折管被称为虹吸管。促使虹吸管在没有任何动力的情况下，把上游的水通过一个上升的折管抽到下游容器的作用水头就是上下游水位的高差H。即：其中：第32页/共57页§5-4简单管路由此可得出虹吸管流量和流速的计算公式：第33页/共57页§5-4简单管路虹吸管两端插入水中，其顶点C处于负压状态，通过分析长的一半虹吸管的能量平衡可知：正是上游水面和折点C处的压差，使单位重量的水克服重力上升的高度，且克服管段的总阻力损失，又使水流动能增加了。当C点处的真空度大到一定程度，会使溶解在水中的大量空气分离出来，在C处形成气塞，阻止水的流动。所以应设最大容许真空度第34页/共57页第五节管路的串并联一、串联管路和并联管路串联管路：简单管路首尾相接而成的管路。并联管路：几条简单管路的入口端和出口端分别连接在一起的管路。串联管路并联管路第35页/共57页§5-5管路的串并联二、串并联管路的特点1、串联①②③第36页/共57页§5-5管路的串并联2、并联①②③④第37页/共57页§5-5管路的串并联Pi=0.003i=0.003BG异程式系统第38页/共57页§5-5管路的串并联Pi=0.003i=0.003BG同程式系统第39页/共57页§5-5管路的串并联例1.有一水平管路系统，如图示，管路直径d=80mm，粗糙高度k=1.3mm，且（同一水平面上），，由总管进入分岔管的损失系数为1.5，分岔管进入总管的损失系数为3，都计入总管，求出口处流量。解：先假定流态处于阻力平方区；由，查图第40页/共57页§5-5管路的串并联由并联管路的性质知：由整个管路的能量平衡关系可知：第41页/共57页§5-5管路的串并联得：验算：时，雷诺数Re分别为：均满足∴假设正确，计算结果可靠。的条件。第42页/共57页第六节管网计算基础管路经过串并联，即可形成复杂管路，即管网。管网枝状管网环状管网一、枝状管网的计算枝状管网要点：第43页/共57页§5-6管网计算基础枝状管网的计算类型：1、已知管网布局、各管段流量及末端水头，要求先确定管径，再选适当的水泵或风机。2、已知作用水头H，已知流量Q及末端水头，管网布局确定，求管径。步骤：（1）求平均比摩阻（阻力数）：其中：局部阻力损失换算成沿程阻力损失后的当量长度。可由设计手册查出。（2）由，推算出（3）校核计算，计算出总阻力与已知水头核对。第44页/共57页§5-6管网计算基础一、环状管网的计算环状管网由多个并联管路构成，头绪很多，计算复杂。环状管网要点：⑴对每个节点：⑵对每个闭合环路，若规定顺时针方向的阻力损失为正，则：第45页/共57页§5-6管网计算基础例：如图所示给出两个闭合环路的管网。已标在图上。ⅠⅡ第46页/共57页§5-6管网计算基础开始读入原始数据给各分支管流量赋初值由和确定管径及各管段计算各支管阻抗计算打印结束计算调整流量YN原则：各节点校正流量：第47页/共57页第七节有压管中的水击一、水击的产生在管道中流动的液体，由于下游阀门的突然关闭，水的动量在瞬间转化为对阀门的压力，对阀门产生击打作用的现象称为水击。由于液体在压缩性和惯性作用，这种打击作用是以一种压力波的形式传递的，对阀门的作用有如锤击，故又称水锤作用。外因：阀门的突然关闭内因：流体本身的压缩性和惯性。第48页/共57页§5-7有压管中的水击二、水击的过程第一阶段：减速升压过程第二阶段：压力恢复过程第三阶段：压力降低过程第四阶段：压力恢复过程第49页/共57页§5-7有压管中的水击以上四个阶段所用的时间是水击波的全周期。水击波在全管长来回传递一次所用的时间为半周期。三、水击的危害给管路带来毁灭性的影响，可能击损阀门、水管被胀破或压扁等。阀门从开始关闭到完全关闭所需要的时间Ts与水击波的半周期之间存在两种可能：1、，产生直接水击这时阀门承受的压强增值达到水击所能引起的最大压强，称为水击强度。关阀后流体速度水击前的正常流速第50页/共57页§5-7有压管中的水击其中：2、

，产生间接水击。这时水击强度小于直接水击四、防止水击的措施