流体力学 水力学 孔口和管嘴出流与有压管流ppt课件

1、2020/7/5，1，第5章孔板和喷嘴流出和加压管道流量，2020/7/5，2，1孔板流出和喷嘴流出的基本概念，2020/7/5，3，1孔口出流和喷嘴出流的基本概念，1。孔口出流的分类水流(1)根据孔口尺寸，根据孔口直径d与孔口质心以上水头h之比：2020/7/5，4，1孔口出流和喷嘴出流的基本概念，1。如果一个小孔流出，这个小孔被称为小孔，它的孔截面上的所有水头可以近似地认为是相等的，都是h. 2。如果一个大孔流出，这个孔被称为大孔，在大孔的横截面上不同点的水头是不同的，必须分别分析。2020/7/5、5、(2)根据孔板位置1。自由流出当液体通过小孔流入大气时，它就是自由流出。2.通过孔口流

2、入下游液体的浸没式流出液体的流出是浸没式流出。2020/7/5，6，(3)根据孔1侧壁的厚度。薄壁孔口出流有一个带尖锐薄边的孔口，而液体的出流与孔口仅呈线接触，这称为薄壁孔口出流。2.当喷嘴的流出孔具有一定的厚度，或者连接到该孔的短管的长度是该孔的3-4倍时，在流出过程中，液体将与该孔表面接触。2020/7/5，7，(4)根据水位1变化。恒定流出如果水箱中的水位保持不变，则为恒定流出。2.不稳定流出如果水箱中的水位在流动过程中随时间变化，这就是不稳定流出。2020/7/5，八二。分类水沿管道满管流动的水力现象。其特征是水流充满管道的过水段，管道内没有自由水面，管壁上各点的压力一般不等于大气压。

3、根据沿程损失和局部损失的比例，压力管道流量分为短管和长管。长管道：局部阻力和出口速度水头在总阻力损失中的比例小于5的管道系统称为水力长管道，即只考虑沿途损失。2020/7/5，10/2，压力管道流量的水力计算，1。短管水力计算所谓短管是指局部水头损失和速度水头损失之和占沿途水头损失5%以上的管道，二者在计算中不可忽略。它分为自由流出和淹没流出。(1)自由出流基本公式右图为短管自由出流示意图，短管长度为L，直径为D，根据伯努利方程推导出基本公式：2020/7/5，11，伯努利方程：=，0，=，h，0，0，=，0，=，因为，那么，2020/7/5，13，然后，让，短管自由出流的流量系数，然后，这是

4、短管自由出流水力计算的基本公式。2020/7/5，14，伯努利方程：=，0，=，h，0，0，=，0，=，(2)短管淹没外流，0，2020/7/5，15，以上公式，因为，那么，2020/7/5，16，然后，让，短管淹没出流的流量系数，然后，这是短管淹没出流水力计算的基本公式。2020/7/5，17，(3)短管自由出流和淹没出流计算的异同。两种外流的作用头是不同的。管道的流量系数是不同的，但是当两种流出管道的长度、直径、沿途阻力和局部阻力相同时，由于在溢流出流中忽略了速度水头，所以公式中不包含1，从喷嘴进入下游池的溢流中，两个部分之间还有一个局部水头损失，这个水头损失系数=1。虹吸管是一种压力管，

5、顶部弯曲，高度高于上游供水面。顶部真空度一般不超过7-8m水柱。虹吸管的安装高度Zs越大，顶部真空值越大。虹吸管的优点是它可以穿过高地，减少挖掘。虹吸管的长度一般很短，所以按短管计算。短管水力计算实例(1)虹吸水力计算，2020/7/5，19、2020/7/5，20、虹吸输水：世界上最大直径的虹吸管(右侧1520毫米，左侧600毫米)，虹吸高度8米，就像龙2020/7/5。21、虹吸管是一种压力管道，顶部弯曲，标高高于上游供水面。顶部真空度一般不超过7-8m水柱。虹吸管的安装高度Zs越大，顶部真空值越大。虹吸管的优点是它可以穿过高地，减少挖掘。虹吸管的长度一般很短，所以按短管计算。2020/7

6、/5，22，2020/7/5，23岁。解决方案：选择1-1和2-2段作为计算段，以这两段与大气的接触为计算点，以2-2为参考平面，由伯努利方程获得，2020/7/5，嘿。根据伯努利方程：2020/7/5，26、2020/7/5，27、(2)泵和水力计算的基本概念：1。水头H:单位重量由泵提供的液体的能量，单位为米水柱。2.有效功率Ne:单位时间内液体从水泵获得的能量，可表示为Ne=QH 3。轴功率：电机驱动水泵的功率，即输入功率(kw)。4.效率：有效功率与轴功率之比。5.气穴现象：当泵入口处的真空值太大时，水将蒸发成气泡，并在泵的压力下被压碎。周围水对这一点的冲击将形成很大的局部压力，这将损

7、坏泵。为防止气蚀，水泵的安装高度应根据最大真空值来确定。2020/7/5，28、2020/7/5，29，2020/7/5，30，2020/7/5，31，则泵吸入口轴线的真空度，2020/7/。尝试找到通过流量和最大允许超高。2020/7/5，33，示例：离心泵如图所示，泵送流量Q8.1L/s，吸入管长度，直径d 100mm，沿途摩擦系数0.035，局部水头损失系数：带过滤网的底阀7.0，90o弯头b0.3，允许吸入真空高度hv=5.7m，2020/7/5，34、2020/7/5，35，2。长管道水力计算。当管道中的局部水头损失和速度水头相对于沿途的水头损失相对较小时，可以忽略的管道称为长管道。

8、当管道较长时，沿管道的水头损失hf占总水头损失hw的绝大部分，所以hj可以忽略，所以长管道的水力计算很简单：这是长管道出流的基本水力计算公式。由于加压管流大部分属于紊流阻力平方区，有些属于紊流过渡区，在这两种情况下，水力计算中经常使用以下三种方法(代替数值法):2020/7/5，36，(1)根据流量模数的计算，它将被代入到长管道中：2020/7/5。因此，对于圆管，D、N和K之间的关系列于表5-4，以供参考。利用该公式，可以得到q、hf和v等水力因子。2020/7/5，38，(2)按比阻计算(适用于紊流正方形区域)由于是圆管，用基本公式代入得到：2020/7/5，39，那么，或者，当l=1，Q

9、=1，H=S0时，它也是n和d的函数，这也可以在表5-4中找到。2020/7/5，40，(3)紊流过渡区的水力计算当流速为1.2m/s时，长管道内的液体流动属于过渡粗糙区，H(hf)与V的关系不是平方，而是1.8次方。为了使上述两种方法适用于紊流过渡区长管道的水力计算，我们引入了一个修正系数k，即根据实验测量，k与v的关系见表5-5。，2020/7/5，41岁。第三，简单管道水力计算的基本类型：已知管道布置、截面尺寸和作用水头，利用简单管道水力计算的基本公式可以直接得到流量Q。给定管道布置、截面尺寸和流量，计算所需水头，并用基本公式求解水头H。在给定管道布置、长度、流量和作用水头的情况下，计算

10、管径时，如果公式两边含有相同的未知数，且无法得到解析解，则应采用试算法。也就是说，首先给出方程右侧的一个未知数的值。如果假设与计算不一致，则新求解的值被替换到右侧，然后计算左侧值，直到差值在允许范围内。2020/7/5，42，4。绘制简单管道的首级线正确绘制测压管的首级线和总首级线，有利于分析和解决首级计算中的许多问题。绘制水头线的步骤：由已知的流量和管径计算各管段的流速和流速水头，计算各管段的沿途水头损失和局部水头损失，计算各段的总水头。2020/7/5，43，5。虹吸管的水力计算是一种特殊的简单短管，其特殊之处在于管内水流的动能不是通过势能的减少获得的，也不是通过增加输入功率来完成的，而是

11、由管内最高点形成的。另外，其安装也很特殊：有些管段高于上游水面，但出口必须低于上游水面。虹吸管水力计算中存在两个问题：一个是计算虹吸管的流量Q，另一个是虹吸管顶部的最大安装高度。下面的例子5-3用来说明计算方法(图5-12)。2020/7/5，44，已知水管直径d，上游水面标高和下游水面标高2，三根管子的长度分别为l1、l2、l3，管子弯曲角度和各部分的局部水头损失系数I，请取：2020/7/5，45，6。泵管路系统的水力计算如图5-13所示。当水泵旋转时，水泵入口处有一个真空，水池中的水在大气压力的作用下进入吸水管。当水上升到水泵中时，得到水泵提供的能量，动能增加，水通过出水口流向用水较高的

12、地方。泵管道的计算包括两个部分：第一，泵的安装高度由吸水管的水力计算确定。二是通过出水管的水力计算来确定泵头。2020/7/5，46、(一)水泵安装高度的确定水泵安装高度是指水泵转轮轴线高于水源水面的高度hs(如图5-13所示)。因此，以水源面为基准面，1-1段和2-2段的能量方程如下：为泵入口真空值，当取泵的最大允许真空值时，建立1-1段、4-4段的能量方程：(泵本身的水头损失包含在水头Ht中)。不难看出，单位重量液体的能量被泵部分增加，这使得水位上升了Z高度。另一方面，它用于克服管道阻力和消耗能量损失。2020/7/5，48、3复杂管道的水力计算，是指由许多简单管道组成的管道系统，我们可以

13、根据其组成将其分为不同的类别。1.串联管道被称为串联管道，它由几个不同直径或(和)不同粗糙度的简单管道组成。串联管道各部分的流量可以相同(无流量流入或流出)，也可以不同(有能量流入或流出)。参见图5-14。因此，串联管道的连续性方程可表示为：2020/7/5，49，即第一段管道的流量等于该段下部管道的流量和该段的分支流量(进口时qi为负值)。(1)按长管道计算在一般供水系统中，每根管道都很长，可视为一根长管道。此时，总水量将用于克服每条管道的水头损失。如果忽略局部损失和速度头然而，由于每个管段的hf不同，总压头线和压力计压头线是虚线。2020/7/5，50，(2)通过短管计算。如果每一段都不是

14、很长，局部水头损失和速度水头就不能忽略。这时，应该用短管计算。计算方法如图5-14所示。设q1q2，即如果没有分流，那么Q1Q2Q3Q就变成图5-15中的情况。H0将克服沿每个部分的水头损失、局部水头损失，并保持出口处的动能。让出口速度为V，面积为A，然后，2020/7/5，51，示例5-7(图5-16)，2020/7/5，52，2。平行管平行管是指两个以上的管段在同一个地方分开，在另一个地方汇合的管道系统。它通常也是一根长管子。图5-17是由三个管段组成的平行管道。平行点为，两点处压力计的水头差是从一点到另一点每单位重量液体的水头损失hf，不管它通过哪条管道。换句话说，三个管段和两个点的水头

15、损失相等。也就是说，类似于并联电路中的电压，这是并联管线的一个重要特征。由于各管段的长度、直径和粗糙度不同，其流量也不同。53，根据连续方程，如果D和N是已知的，那么，如果QAB、q1和q2是已知的，那么，上述连续方程和上述三个方程可以形成四个独立的方程来求解Q1和Q2。3.分叉管道在主管道的某处被两个以上的支管分开，不再相交，这称为分叉管道。这是一个常见的工业和民用供水系统(图5-19)。其处理方法是从主管的起点到任何支管的终点，可视为不同管径的串联管道，从而将分叉管道问题转化为串联管道问题。2020/7/5，55岁。对于ABC管道，如果是长管道，那么：对于ABD管道，如果也是长管道，那么：加上三通解决方案，分叉管道的水力问题可以解决。2020/7/5，56，4。沿程均匀排放管道是指沿程有多个排放孔的管道，沿程从侧壁排放，单位长度排放相同(图5-20)。如果管道的总长度为L，水头为H，单位长度的流量为Q，末端的流量为Q，那么从入口到X处的横截面流量为：它是X的函数，取微流截面为dx，此微流截面上的流量Qx可视为常数，那么流截面的水头损