孔口管嘴出流和有压管路课件.ppt

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1、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,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,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。,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 液体经薄壁孔口的恒定出流,6-1 液体经薄壁孔

2、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,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,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

3、）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,：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,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,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,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。,长管水力计算的主要问题是确定沿程水头损失。,在

4、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：,流量模数(k)：,联立上式即可求解,四、沿程均匀泄流管路,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。,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。,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

5、的各个尾端，即形成环状管网。,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。,经济流速：,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.,确定各段的流量、管径及相应各段的水头损失,必须满足：,1、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。,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。

6、,具体方法如下：,将Q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。,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。,解：,设各管水流方向，顺时针方向为正，初分流量：,按经济流速确定管径：,用,计算各管段水头损失。,查表54得,同法计算各管水头损失，规定顺时针方向流动水头损失为正，逆时针为负。,对两环各管段流量分配进行修正计算,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

7、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。,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,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

8、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19.6108N/m2；,D管径；管壁厚度；,E管道材料的弹性系数，钢管为19.61010N/m2。,当 时，水击波速约为c=1000 m/s。,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TsT（相长），即从水库反射的减（增）压波尚没有到达阀门处

9、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TsT（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。,4、直接水击压强计算公式,p=c(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=

10、2L/c-水击波相长；,Ts-阀门关闭时间。,5、防止产生直接水击破坏的措施,缩短压力管道的长度、采用弹性模量较小材质的管道；,延长阀门关闭的时间Ts；,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。,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

11、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。,（）,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 紊流光滑区；3 紊流过渡粗糙区；4 紊流粗糙区。,（4）,2、紊流的断面流速分布规律符合1对数分布；2直线分布；3抛物线分布；4椭圆分布。,（1）,3、层流断面流速分布规律符合 1 对数分布；2 直线分布；3 抛物线分布；4 椭圆分布。,（3）,4、在平衡液体中，质量力与等压面（1）重合；（2）平行；（3）正交。,（3）,1、实际液体在流动时产生水头损失的内因是，外因是。,液体的粘滞性,边界条件的影响,2、三种液体盛有容器中，如图所示的四条水平面，其中为等压面的是,BB,3有人说“均匀流一定是恒定流”，这种说法是否正确？为什么？,解：这种说法是错误的，均匀流不一定是恒定流。因均匀流是相对于空间而言，即运动要素沿流程不变，而恒定流是相对于时间而言，即运动要素不随时间而变。两者判别标准不同。,参考答案,512,513,514,519,523,524,