孔口管嘴出流和有压管路课件

第六章孔口、管嘴出流和有压管路第六章孔口、管嘴出流和有压管路孔口出流：容器壁上开孔，水经孔口流出的水力现象。管嘴出流：在孔口上连接长为3-4倍孔径的短管。水经短管并在出口断面满管流出的水力现象。有压管流：水沿管道满管流动的水力现象第六章孔口、管嘴出流和有压管路第六章孔口、管嘴出流和有压§6-1液体经薄壁孔口的恒定出流§6-1液体经薄壁孔口的恒定出流11Hdccoo薄壁孔口：在容器壁上开一小孔，壁的厚度对水流没有影响。孔壁与水流只在一条曲线上接触。水头H不同，各点的出流情况也不同。根据比值的大小把孔口分为大孔和小孔两类。小孔：小孔上各点水头取同一数值大孔：若水头H不变，则称为恒定出流。§6-1液体经薄壁孔口的恒定出流§6-1液体经薄壁孔§6-1液体经薄壁孔口的恒定出流§6-1液体经薄壁孔口的恒定出流§6-1液体经薄壁孔口的恒定出流§6-1液体经薄壁孔口的恒定出流§6-1液体经薄壁孔口的恒定出流§6-1液体经薄壁孔口的恒定出流eAA=c令称为收缩系数

完善：ε=0.63-0.64

§6-1液体经薄壁孔口的恒定出流eAA=c令称为收缩系数完善：ε=0.63-0.64§6-1液体经薄壁孔口的恒定出流§6-1液体经薄壁孔口的恒定出流§6-1液体经薄壁孔口的恒定出流§6-1液体经薄壁孔口的恒定出流§6-1液体经薄壁孔口的恒定出流§6-1液体经薄壁孔口的恒定出流§6-1液体经薄壁孔口的恒定出流§6-1液体经薄壁孔口的恒定出流§6-1液体经薄壁孔口的恒定出流§6-1液体经薄壁孔口的恒定出流分类：§6-2液体经管嘴的恒定出流分类：§6-2液体经管嘴的恒定出流§6-2液体经管嘴的恒定出流§6-2液体经管嘴的恒定出流§6-2液体经管嘴的恒定出流§6-2液体经管嘴的恒定出流§6-2液体经管嘴的恒定出流§6-2液体经管嘴的恒定出流§6-2液体经管嘴的恒定出流§6-2液体经管嘴的恒定出流§6-2液体经管嘴的恒定出流相当于把作用水头增加了75％。§6-2液体经管嘴的恒定出流相当于把作用水头增加了75％12§6-2液体经管嘴的恒定出流12§6-2液体经管嘴的恒定出流①②§6-2液体经管嘴的恒定出流①②§6-2液体经管嘴的恒定出流在某时刻t，孔口的水头为h，经孔口流出的流量为：在dt时间内，流出的体积为：

§6-3液体经孔口（管嘴）的非恒定出流在某时刻t，孔口的水头为h，经孔口流出的流量为：在dt时间内在同一个dt时间内，水面降落dh，减少的体积为Ω：容器的截面积。水头从H1降到H2所需的时间为：

§6-3液体经孔口（管嘴）的非恒定出流在同一个dt时间内，水面降落dh，减少的体积为Ω：容器的放空所需要的时间（H2=0）：

§6-3液体经孔口（管嘴）的非恒定出流放空所需要的时间（H2=0）：§6-3液体经孔口（管嘴§6-4短管的水力计算§6-4短管的水力计算§6-4短管的水力计算§6-4短管的水力计算§6-4短管的水力计算§6-4短管的水力计算§6-4短管的水力计算§6-4短管的水力计算3、沿管线液体压强的分布总水头线测压管水头线§6-4短管的水力计算3、沿管线液体压强的分布总水头线测压管水头线§6-4短管孔口管嘴出流和有压管路课件孔口管嘴出流和有压管路课件孔口管嘴出流和有压管路课件孔口管嘴出流和有压管路课件孔口管嘴出流和有压管路课件孔口管嘴出流和有压管路课件孔口管嘴出流和有压管路课件孔口管嘴出流和有压管路课件孔口管嘴出流和有压管路课件孔口管嘴出流和有压管路课件孔口管嘴出流和有压管路课件孔口管嘴出流和有压管路课件长管：指管道的水力计算中，如果局部水头损失和流速水头之和与沿程水头损失比较起来很小，所以在计算时常常将其按沿程水头损失的某一百分数估算或完全忽略不计。长管：指管道的水力计算中，如果局部水头损失和长管水力计算的主要问题是确定沿程水头损失。在给水工程中，给水管道的水流一般属于紊流阻力平方区和紊流过渡区。实际工程中常用的各种计算方法：长管水力计算的主要问题是确定沿程水头损失。在给水工程中，给水流量模数(k)：流量模数(k)：孔口管嘴出流和有压管路课件孔口管嘴出流和有压管路课件孔口管嘴出流和有压管路课件②QD（mm）300350VV1000J1000J439.21221.7315.31.276.74446.41241.7515.81.296.96②QD（mm）300350VV1000J1000J439.2ABAB孔口管嘴出流和有压管路课件孔口管嘴出流和有压管路课件孔口管嘴出流和有压管路课件Q1Q2Q3q1q2①Q1Q2Q3q1q2①②②①②①②BC123qDABC123qDA联立上式即可求解联立上式即可求解四、沿程均匀泄流管路HLxdxMA途泄流量：除通过流量外，还有沿着管长从侧面不断连续向外泄出的流量。在dx的微小管段上，可认为通过的流量Qx不变。四、沿程均匀泄流管路HLxdxMA途泄流量：除通过流量外，还流动处于阻力平方区，则比阻A是常数，积分得：上式可近似写作在实际计算时，常引用计算流量在通过流量Qz=0时，说明管路在只有沿途均匀泄流时，其水头损失仅为转输流量通过时水头损失的三分之一。流动处于阻力平方区，则比阻A是常数，积分得：上式可近似写作在分类：1、枝状管网：就是一些独立的没有环形封闭部分的支管，共同连接在一根干管上所组成的管网。2、环状管网：用管道连通枝状管网的各个尾端，即形成环状管网。分类：1、枝状管网：就是一分新建和扩建两种情况：1、新建管网的设计主要在于确定水塔的高度和各管段的管径：经济流速：使得供水总成本最低的流速。流量一定时，D↑、V↓，费管材D↓、V↑、hf↑，水泵扬程和水塔高度增加，电费增加，管路造价降低。流速费用经济流速基建电费总费用经济流速：分新建和扩建两种情况：1、新建管网的设计主要在于确定水塔的高0000孔口管嘴出流和有压管路课件然后选择其中平均水力坡度最小的那根干管作为控制干线进行设计.根据A值选择各段管径.然后选择其中平均水力坡度最小的那根干管作为控制干线进行设计.确定各段的流量、管径及相应各段的水头损失必须满足：确定各段的流量、管径及相应各段的水头损失必须满足：ABCDEF1、根据各节点供水情况，初步假定管网中各管段的水流方向，对各管段的流量进行第一次分配。使其满足2、按经济流速计算，选定管径。ABCDEF1、根据各节点供水情况，初步假定管网中各管段的水3、对各环计算水头损失，使其满足：如果需对流量分配进行修正，直到满足为止。具体方法如下：3、对各环计算水头损失，使其满足：如果需对流量分配进行修正，将ΔQ与各段第一次分配流量相加得第二次分配流量，并以同样的步骤逐次计算，直到满足所需要的精度。一般要求闭合差小于0.5m即可。将ΔQ与各段第一次分配流量相加得第二次分配流量，并以同样的步例、有一环状管网，用铸铁管，粗糙系数n=0.0125，由a、b、c、d四个节点组成，各管段长度和节点流量分别在图上示出，确定各管段的直径及管网中的流量分配。abcd①②③④⑤ⅠⅡ450m500m550m500m400m例、有一环状管网，用铸铁管，粗糙系数n=0.0125，由a、解：①设各管水流方向，顺时针方向为正，初分流量：②按经济流速确定管径：③用计算各管段水头损失。查表5~4得解：①设各管水流方向，顺时针方向为正，初分流量：②按经济abcd①②③④⑤ⅠⅡ250mm150mm250mm200mm200mm同法计算②③④⑤各管水头损失，规定顺时针方向流动水头损失为正，逆时针为负。abcd①②③④⑤ⅠⅡ250mm150mm250mm200m④对两环各管段流量分配进行修正计算④对两环各管段流量分配进行修正计算环号管段号管长（m）计算项目次数Ⅰ环Ⅱ环①②④③⑤③450500400500500550初分流量计算2502002001502502005020-3015-40-202.6148.5958.59539.8632.6148.595+2.94+1.72-3.09+4.48-2.30-1.720.0590.0860.1030.300.0580.086环号管段号管长（m）计算项目次数Ⅰ环Ⅱ环①②④③⑤③450环号管段号管长（m）计算项目次数Ⅰ环Ⅱ环①②④③⑤③450500400500500550第一次修正计算250200200150250200-3.17-3.17+0.52-3.17-0.52-0.5246.8317.53-33.1714.48-40.52-17.35+2.56+1.29-3.78+4.17-2.16-1.290.0550.0740.1130.2880.0530.074+3.17-0.52环号管段号管长（m）计算项目次数Ⅰ环Ⅱ环①②④③⑤③450环号管段号管长（m）计算项目次数Ⅰ环Ⅱ环①②④③⑤③450500400500500550第二次修正计算250200200150250200-0.145-0.145+0.866-0.145-0.866-0.86646.6818.07-33.3213.61-41.39-18.07+2.57+1.40-3.80+3.70-2.45-1.400.0550.07750.1140.2710.05920.077-0.866+0.145满足要求满足要求环号管段号管长（m）计算项目次数Ⅰ环Ⅱ环①②④③⑤③450§6-7有压管道中的水击1、水击现象

水击是有压管道中的非恒定流现象。当有压管道中的阀门突然开启、关闭或水泵因故突然停止工作，使水流流速急剧变化，引起管内压强发生大幅度交替升降。

这种变化以一定的速度向上游或下游传播，并且在边界上发生反射，这种水流现象叫做水击（或水锤）。

交替升降的压强称为水击压强。产生水击现象的原因是由于液体存在惯性和可压缩性。水击现象的实质上是由于管道内水体流速的改变，导致水体的动量发生急剧改变而引起作用力变化的结果。

§6-7有压管道中的水击1、水击现象水击是2、水击波的传播过程水击是以压力波的形式在有限的管道边界内进行传播和反射的，称为水击波。水击波的传播分为四个阶段：第一阶段：增压波从阀门向管道进口传播2、水击波的传播过程水击是以压力波的形式在有限的管道边界内进第二阶段：减压波从管道进口向阀门传播第二阶段：减压波从管道进口向阀门传播第三阶段：减压波从阀门向管道进口传播第三阶段：减压波从阀门向管道进口传播第四阶段：增压波从管道进口向阀门传播第四阶段：增压波从管道进口向阀门传播由于摩擦阻力的作用，水击波在管道内的传播将逐渐衰减，最后达到平衡状态。水击波在阀门和水库之间往返一次所需的时间

，称为一个相长。

往返两次的时间，称为一个周期。

在弹性管道中水击波的传播速度为：（m/s）

式中：k—水的弹性体积系数，约为19.6×108N/m2；

D—管径；

δ—管壁厚度；

E—管道材料的弹性系数，钢管为19.6×1010N/m2。当

时，水击波速约为c=1000m/s。

由于摩擦阻力的作用，水击波在管道内的传播将逐渐衰减，3、水击的分类

根据闸门关闭（或开启）的时间Ts与相长T的比值，我们把水击分为两类：

直接水击：

闸门关闭（或开启）的时间Ts＜T（相长），即从水库反射的减（增）压波尚没有到达阀门处时，阀门已经关闭（开启）完毕，阀门处已达最大（小）水击压强。间接水击：

指闸门关闭（或开启）的时间Ts＞T（相长），即从水库反射的减（增）压波已到达阀门处，阀门尚未关（开）完毕，使阀门处水击压强不能再升高（降低）到最大（小）。

由于直接水击压强远大于间接水击压强，破坏性较强，在实际工程中应尽可能采取措施，避免产生直接水击破坏。

3、水击的分类根据闸门关闭（或开启）的时间Ts与相4、直接水击压强计算公式

Δp=ρc(V0-V)用水柱表示

式中：c是水击波速，v0是管内原来流速，v是阀门启闭后的流速。

对于普通钢管，得c=1000m/s，如阀门关闭前的流速v0=1.0m/s，阀门突然关闭引起的直接水击压强，由上式算得5、间接水击压强计算公式

T=2L/c----水击波相长；Ts----阀门关闭时间。4、直接水击压强计算公式Δp=ρc(V0-V)用水柱表5、防止产生直接水击破坏的措施

⑴缩短压力管道的长度、采用弹性模量较小材质的管道；⑵延长阀门关闭的时间Ts；

⑶由于水工建筑物布置的条件所限制，当压力管道的长度不能改变，可以在靠近阀门的地方修建调压井，缩小水击压强影响的范围，减小水击压强值。

5、防止产生直接水击破坏的措施⑴缩短压力管道的长度、采一、是非题(正确的划“√”，错误的划“×”)1、水流总是从压强大的地方向压强小的地方流动。

（×）2、水流总是从流速大的地方向流速小的地方流动。

（×）3、渐变流过水断面上各点的测压管水头都相同。

(√)

4、粘滞性是引起液流运动能量损失的根本原因。

(√)

5、层流的沿程水头损失系数仅与雷诺数有关。

(√)

6、水力粗糙管道是表示管道的边壁比较粗糙。

（×）7、牛顿内摩擦定律适用于所有的液体。

（×）8、恒定总流能量方程只适用于整个水流都是渐变流的情况。

（×）9、恒定流一定是均匀流，层流也一定是均匀流。

（×）一、是非题(正确的划“√”，错误的划“×”)1、水流总是从二、单项选择题(填写唯一正确答案的编号)1、已知水流的沿程阻力系数

只与边界粗糙度有关，可判断该水流属于

1

层流区；2

紊流