第五章孔口管嘴管路流动

第五章孔口管嘴管路流动第1页，课件共16页，创作于2023年2月§5.1孔口自由出流 在容器侧壁或底壁上开一孔口，容器中的液体自孔口出流到大气中，称为孔口自由出流。如图，在容器侧壁开一孔口，容器中的液体自孔口出流到大气，不远处有收缩现象产生，过流断面面积为Ac处面积最小，这个最小断面称为收缩断面c，。第2页，课件共16页，创作于2023年2月令收缩系数列断面1和收缩断面c的能量方程有式中：

—为孔口的总水头；

—收缩断面的平均流速；

—孔口局部损失系数。所以取，则式中流速系数。值由实验测定，大小与孔口形状、大小、位置等因素有关。孔口出流流量第3页，课件共16页，创作于2023年2月 在容器侧壁或底壁上开一孔口，容器中的液体自孔口出流到液体中，称为孔口淹没出流。如图为孔口淹没出流，列1、2两断面的能量方程有式中断面1到2的能量损失可看作断面1至断面c的能量损失与断面

c至断面2的能量损失之和。前者与自由出流的能量损失相同，为，后者可看着圆管突扩的能量损失，为。§5.2孔口淹没出流第4页，课件共16页，创作于2023年2月注意到，可整理得其中速度系数孔口淹没出流流量实验表明淹没出流流量系数与自由出流流量系数几乎没有差别，可取。

3、变水头孔口出流

如图，柱形容器、没有流量注入、孔口自由泄流。容器内自由表面积为，在dt时段内水头的增量为dH，则dt时段内孔口的泄水量为第5页，课件共16页，创作于2023年2月

，取，应用定常流孔口自由出流的流量公式得即对上式积分可得水头从H1降到H2所需的时间t

当时，上式写成第6页，课件共16页，创作于2023年2月

如图为五种常见的管嘴形式：a为圆柱形外管嘴，b为圆柱形内管嘴，c为圆锥形收敛管嘴，d为圆锥形扩张管嘴，e为流线形管嘴。管嘴自由出流的流速和流量公式与孔口自由出流的流速和流量公式的形式类似，管嘴淹没出流的流速和流量公式与孔口淹没出流的流速和流量公式的形式也类似，只是系数不同罢了。§5.3管嘴出流第7页，课件共16页，创作于2023年2月§5.4简单管路管路系统的水力计算可分为简单管路的水力计算和复杂管路的水力计算。等径无分支管的管路系统称为简单管路。

1－1和2－2两断面间的能量方程式为将出口局部阻力系数包括到局部阻力系数项中，则用带入上式第8页，课件共16页，创作于2023年2月管路阻抗：Sp,SH对已给定的管路是一个定数，它综合反映了管路上的沿程阻力和局部阻力情况，称为管路阻抗对液体对气体第9页，课件共16页，创作于2023年2月

§5.5管路的串连和并联

除简单管路外的管路系统统称复杂管路，如串联管路、并联管路等。简单管路的水力计算正是前面所介绍方法的应用，无特殊原则。这里以串联和并联管路为例讨论复杂管路的水力计算问题，并忽略管路中局部水头损失和出流速度水头。

1、串联管路串联管路特点：各管段流量相等，总水头等于各段沿程损失之和。如图有第10页，课件共16页，创作于2023年2月

2、并联管路并联管路特点：各分路阻力损失相等，总流量等于各分路流量之和。如图有需要注意并联管路各管段上的水头损失相等，并不意味着它们的能量损失也相等。第11页，课件共16页，创作于2023年2月§5.6管网计算基础 管网由简单回路、并联、串连管路组合而成，基本可分为枝状管网和环状管网两种。一、枝状管网水力计算原则：管路布置已定，则管长和局部构件的型式和数量均已确定，在已知用户所需流量和末端要求压头的条件下，求管径和作用压头。 这类问题是按流量和限定流速求管径。确定管径后，对枝状管网进行水力计算，然后按照总压力及总流量选泵和风机已有泵和风机，即已知作用水头，并知用户所需流量及末端水头，在管路布置后已知管长，求管径。 这类问题是先求得单位长度上的允许损失水头，查手册确定当量长度，求出管径，最后校合计算。第12页，课件共16页，创作于2023年2月§5.7

有压管中的水击水击（又名水锤）：在有压管道中的流速发生急剧变化时，引起压强的剧烈波动，并在整个管长范围内传播的现象。一、水击的物理过程

1、第一过程（），压缩波向水池传播

2、第二过程（），膨胀波向阀门传播

3、第三过程（），膨胀波向水池传播

4、第四过程（），压缩波向阀门传播

其中，c是水击波速，L是阀门与水池间的管长。在瞬时，如果阀门仍然关闭，则水击波将重复上述四个传播过程。第13页，课件共16页，创作于2023年2月二、直接水击与间接水击

水击的相：水击波自阀门向水池传播并反射回到阀门所需的时间，以表示，两相为一个周期。即

直接水击：若阀门的关闭时间，则水击波还没有来得及自水池返回阀门，阀门已关闭完毕。那么阀门处的水击增压，不受水池反射的减压波的消弱，而达到可能出现的最大值。

间接水击：若阀门的关闭时间，则水击波已从水池返回阀门，而关闭仍在进行。那么，由于受水池反射的减压波的消弱作用，阀门处的水击增压比直接水击小。因此，工程上应尽可能避免发生直接水击。第14页，课件共16页，创作于2023年2月三、最大水击压强与水击波速

直接水击最大压强：

间接水击最大压强：式中：v指被改变的流速值；c水击波速。

水击波速：式中：

K—液体体积模量；E—管壁材料的弹性模量；

e—管壁厚度；d—管道内径。四、减少水击影响的措施适当延长阀