水力学孔口管嘴出流和有压管流课件.ppt
第五章孔口、管嘴出流和有压管流,5.2 有压管流概述,5.3 简单管道的水力计算,5.4 虹吸管及水泵的水力计算,5.5 串联管道的水力计算,5.6 并联管道的水力计算,5.7 沿程均匀泄流管道的水力计算,5.1 孔口和管嘴出流,5.1 簿壁孔口出流恒定出流,收缩系数,流量系数,流速系数,孔口流量基本公式,孔口非恒定出流,在水利工程上，经常遇到孔口非恒定出流问题。例如，水池放空、船闸充水和泄水等，这些问题均需要计算放水和充水时间。下面讨论容器充水和放水时间的问题。,从孔口流出的水体积容器内水体积变化分离变量积分,7.2 液体经管嘴的恒定出流,要求管咀的长度（34）d，管咀太短，管咀真空度受到破坏；管咀过长，管段阻力增加，减弱流量。可以比较一下，孔口和管嘴的流量大小，假定两者的水头和管径相同。,1.小孔口恒定出流,流量系数,=0.600.62,Z上下游水位差,2.管嘴的恒定出流,n=0.82,5.2 有压管流概述,5.3 简单管道的水力计算,5.4 虹吸管及水泵的水力计算,5.5 串联管道的水力计算,5.6 并联管道的水力计算,5.7 沿程均匀泄流管道的水力计算,5.1 孔口和管嘴出流,液体运动的基本规律:连续方程 能量方程 动量方程 水头损失的规律 应用这些基本方程可解决常见的水力学问题 有压管道中的恒定流 明渠恒定流 水工建筑物水力计算,本章重点介绍：有压管道中恒定流水力计算（能量方程在管道中的应用）,工程中，为输送液体，常用各种有压管道，如水电站压力引水钢管水库有压泄洪隧洞或泄水管供给的水泵装置系统及管网输送石油的管道,5.2 有压管流概述,这类管道被水充满，管道周界各点受到液体压强作用，称有压管道。其断面各点压强，一般不等于大气压强。,有压管中液体运动要素时均值不随时间改变，则为恒定流；若运动要素时均值随时间改变，则称为有压管中的非恒定流。,注意,长管 忽略局部水头损失和流速水头（沿程损失不能略去），计算工作大大简化，其对结果又没有多大影响。,简单管道管径沿程不变、且无分支的管道水力计算 自由出流和淹没出流,5.4 简单管道(短管)的水力计算,5.4.1 短管自由出流,自由出流:管道出口流入大气中，水股四周受大气作用,2,考虑1-1过水断面和2-2过水断面的能量方程，则,v,v2,淹没出流：,2,1,3,4,工程中有压管道一般属紊流粗糙区，水头损失可按谢才公式计算，则,虹吸管顶部的真空压强理论值不能大于最大真空值（10mH2O）。当虹吸管内压强接近该温度下的汽化压强时，液体将产生汽化，破坏水流连续性，可能产生空蚀破坏，故一般虹吸管中的真空值78mH2O。,例:有一渠道用两根直径为1.0m的混凝土虹吸管来跨越山丘，渠道上游水位为1100.0m，下游水位为299.0m，虹吸管长度l1=8m,l2=15m,l3=15m，中间有60的折弯两个，每个弯头的局部水头损失系数为0.365，若进口局部水头损失系数为0.5；出口局部水头损失系数为1.0。试确定：,当虹吸管中的最大允许真空度为 7mH2O时，虹吸管最高安装高程 zs为多少？,求流量,虹吸管中最大真空一般发生在管道最高位置。本题最大真空发生在第二个弯头前的B-B 断面。考虑0-0断面和B-B 断面的能量方程，则,水泵的水力计算 吸水管和压力水管 吸水管:短管 压力水管:长管,吸水管的水力计算,确定管径和水泵最大允许安装高程,吸水管的管径一般是根据允许流速计算，通常吸 水管的允许流速约为0.81.25 m/s，或根据有关规范 确定。流速确定后，管径可按下式计算,水泵的最大允许安装高程，取决于水泵的最大允 许真空度hv 以及吸水管水头损失hw。计算方法和虹 吸管允许安装高程的计算方法相同。,考虑断面1-1和水泵进口断面2-2的能量方程，则,吸水管,压水管,式中，Ht 为水泵向单位液体所提供的机械能，称为水 泵的水头或者扬程（m）；,P 为水泵和动力机械的总效率。,例题：4-5 用离心泵将湖水抽到水池中去，流量为0.2（m3/s），湖面高程为85.0m，水池水面高程为105.0m，吸水管长度为10.0m，水泵的允许真空 hv=4.5m，吸水管底阀的局部水头损失系数为2.5；弯管的局部水头损失系数0.3，水泵入口前的渐变收缩段局部水头损失系数为0.1；吸水管沿程水头损失系数为0.022，压力管道采用铸铁管，其直径为500mm，长度为1000m，n=0.013。,例 用离心泵将湖水抽入水池，流量为0.2m3/s，湖面高程为85.0m,水池水面高程为105m，吸水管长度为10.0m，水泵允许真空 hv=4.5m,吸水管底阀局部水头损失系数为2.5；弯管的局部水头损失系数0.3，水泵入口前的渐变收缩段局部水头损失系数0.1；,吸水管沿程水头损失系数为0.022，压力管用铸铁管，直径500mm，长度1000m，n=0.013,5.7 串联管道的水力计算,串联管道:由直径不同的几段管道依次连接而成的管道。特点：管道内流量可沿程不变 或各段流量不同（沿管道节点有流量分出）,5.7.1 按长管计算,给水管道中的串联管道一般按长管计算，则,上式是串联管道的基本公式，联立以上三式，可解算Q、d、H 等问题。,对上游断面和出口断面列能量方程，则,式中，下标i 为第i 段的管段，其他符号同前。,设各管径、流量为di、Qi，i=1，3，考虑能量方程，则,各支水头损失，可按照长管计算，则,各支的流量与总流流量之间应满足连续方程,各支水头损失，按长管计算，则,各支的流量与总流流量之间应满足连续方程，即,设各管径、流量分别为di、Qi，i=1，3。考虑每一支的能量方程，则,一般说，沿程泄出的流量是不均匀的，即，流量沿程变化，是一个以距离为变数的复杂函数。,本节研究一种最简单的情况：沿程均匀泄流情况,上式可近似写成,式中，Qr 称为折算流量。,当通过流量 Q0 时，沿程均匀泄流的水头损失为,上式表明，当流量全部沿程均匀泄出时，其水头损失只等于全部流量集中在末端泄出时的水头损失的三分之一。,解：本题中三段管道为串联管道，管道水头损失为：,由n=0.0125，及各段管径di 计算Ki 为,分叉管道流动示意,A,B,D,C,Q,Q2,Q1,l d K,l2 d2 K2,l1 d1 K1,hf,hf1,hf2,H1,H2,从图可见，每一支管道可看成是串联管道,对于ABC支 和ABD支应用能量方程，则,5.9 测压管水头线的绘制,用以下例子说明总水头线和测压管水头线的绘制。,步骤1：先定出不计能量损失的总水头,步骤2：定出管道末端的总水头,步骤3：寻求最后一个局部损失处（4）下游,步骤4：计算45段的能量损失hf 45,步骤7：逐次向上游推进，便可得到总水头线,hf 45,步骤8：从总水头线向下扣除一个相应管道的 流速水头，便可得到测压管水头线,hf 45,注意：局部水头损失处：水头线发生突变,注意：测压管水头线和总水头线相差一个流速水头,
