孔口、管嘴出流与有压管流

2020/1/19研究对象——研究内容——第七章孔口、管嘴出流与有压管流7-1薄壁孔口出流7-2管嘴出流7-3有压管道恒定流7-4管网流动计算基础连续性方程能量BN方程能量损失规律流量流速压强2020/1/19工程应用有压管流——是市政建设、给水排水、采暖通风、交通运输、水利水电等工程中最常见的流动。给排水工程——各类取水孔口通风工程——门、窗、洞口、布风器的气流水利工程——水闸采用泄水孔口放水、滴灌流量检测设备中的流动——气动检测民用工程——喷泉、水力清洗、消防高压水枪水力机械化施工——水枪、水力切割（水刀）孔口流动管嘴流动有压流动第七章孔口、管嘴出流与有压管流2020/1/197-1薄壁孔口出流孔口出流薄壁孔口（小孔口、大孔口）自由出流（流入大气）几个概念第七章孔口、管嘴出流与有压管流自由出流（大气）wccchgVgpgVHH2020221101,2,012ccjwcgVhhp00202211,2)1(gHgHVgVHcc或7.1.1薄壁小孔口(H=10d)恒定出流公式2020/1/197-1薄壁孔口出流第七章孔口、管嘴出流与有压管流06.097.011流速系数收缩系数AAc流速02gHVc流量ccAVQ流量系数62.097.064.00022gHAgHAAVQcc流量全部、非全部收缩；完善、不完善收缩2020/1/197-1薄壁孔口出流第七章孔口、管嘴出流与有压管流淹没出流gVgVgVgpHgVgpHcEcaa22202022222221112102121,0,1,1,06.0HHHVVE00202211,2)1(gHgHVgVHcc或0022gHAgHAAVQcc2020/1/197-1薄壁孔口出流第七章孔口、管嘴出流与有压管流7.1.2大孔口出流流量系数见表7-10022gHAgHAAVQcc流量=0.7~0.9[例7-1]矩形平板闸门下出流已知闸门宽度B=6m，闸门前水深H=5m，闸门开口高度h=1.1m，闸门后收缩断面水深hc=1m，流量系数0.6不计底部摩擦力，求水流对闸门的推力。2020/1/197-1薄壁孔口出流第七章孔口、管嘴出流与有压管流[解]流量smhHgBhgHAQc/19.37)5.05(8.921.166.0)2(2230yx流速smBHQV/24.15619.370smBhQVcc/2.61619.37F0FcR动量方程RFFVVQcc00)()(2121)(02200VVQBhgBHgVVQFFRRcccc求作用力2020/1/197-1薄壁孔口出流第七章孔口、管嘴出流与有压管流7.1.3孔口非恒定出流dtghAdhdV2dhghAdt221,;,,06.0HTtHot)(22221021HHgAhdhgAdtTHHT02H令泄空时间max111022222QVgHAHHgAT2020/1/197-1薄壁孔口出流第七章孔口、管嘴出流与有压管流[例7-2]求孔口流速系数yHxgHygxVV422220流速系数理论流速gHV20解：ygxVgytgtyVtx2221222020/1/19管嘴出流（短管3~4d，出口满管）孔口出流与管嘴出流的区别——后者出流能力大7-2管嘴出流几个概念第七章孔口、管嘴出流与有压管流2020/1/197-2管嘴出流第七章孔口、管嘴出流与有压管流7.2.1管嘴出流流量公式whgVgVH2222001,2)(02gVdlheiwgVHHgHgHV22211200000其中0022gHAgHAVAQ流量82.015.0beidl，对0-0与b-b断面列BN方程2020/1/197-2管嘴出流第七章孔口、管嘴出流与有压管流7.2.2柱状管嘴内的真空度jaccchgVgpgVgp2222对c-c与b-b断面列BN方程22221)11()1(2,1cEEjAAgVh0222])11(11[Hgppac02gHVHHgppgpcav75.075.0082.064.0、2020/1/197.2.3空化、空蚀现象与管嘴使用条件7-2管嘴出流第七章孔口、管嘴出流与有压管流mHmρgphdLcvcv975.07][7,)43(0—常温下，水的饱和蒸汽压为mhcv24.02020/1/197-2管嘴出流第七章孔口、管嘴出流与有压管流7.2.4其它常用管嘴的出流c圆锥形收敛喷嘴——喷嘴946.04213,15~120oood圆锥形扩张喷嘴——扩压器5.0~45.0,7~5ooe流线形圆管嘴98.02020/1/197-2管嘴出流第七章孔口、管嘴出流与有压管流7.2.4其它常用管嘴的出流2020/1/19几个概念7-3有压管道恒定流计算有压管道、无压涵管长管（）、短管（）简单管道、复杂管道第七章孔口、管嘴出流与有压管流2020/1/197.3.1等径短管恒定流出流计算1、自由出流0c0221gHAgHAVAQC0211gHVC7-3有压管道恒定流计算第七章孔口、管嘴出流与有压管流cc11mmiiiicdlgVhHw2220作用水头管道系统阻力系数管道系统流量系数gVdlhw222020/1/197-3有压管道恒定流计算第七章孔口、管嘴出流与有压管流0c022gHAgHAQc021gHVC2、淹没出流ccAmmiiiicdljfwhhhHHH2102020/1/197-3有压管道恒定流计算第七章孔口、管嘴出流与有压管流1）已知，求作用水头H或各断面的压强PVdl,,,,2）已知，求流速或流量)(,,,,fhpdl3）已知，求管径Vhplf),(,,,3、短管恒定出流的设计问题和计算方法假定流态，再检验和修改供水经济流速smVmmdsmVmmd/4.1~0.1400/1~6.0400~1002020/1/197-3有压管道恒定流计算第七章孔口、管嘴出流与有压管流[例7-1]虹吸管的计算gHgHVCC212101b3b2b1eABdldlmmiiiicjfwhhhHHHH2104Q2πdV取1-1，c-c断面，列能量方程01gVξdlλ)z(zρgppcACcca21211]h[21hhv21svmaxgVξdlλcAC超高sh2020/1/197-3有压管道恒定流计算第七章孔口、管嘴出流与有压管流[例7-3]确定有压涵管直径已知1,5.0,03.0/2,20,1,4.12131smQmlmHdH设计管径d往往需要进行迭代计算！)()(1nnnndfdfdd？d=1m[例7-2]离心泵吸水管的计算2020/1/19迭代计算——以直代曲——非线性问题线性化的根求方程0)(xf的根轴的交点就是与曲线0)()(xfxxfy点的切线逼近用假定给出近似根))(,(,kkkxfxx)()(xfxxxfk一次项近似点的泰勒级数的在用0))(()()(kkkxxxfxfxf则有序列记它的根为,1kx,2,1,0,)()(1kxfxfxxkkkk牛顿迭代法7-3有压管道恒定流计算2020/1/197-3有压管道恒定流计算第七章孔口、管嘴出流与有压管流[例7-4]确定水泵管道系统的参数已知：流量、长度和高度、沿程阻力系数、最大真空度，水泵效率，求：管道直径、水泵扬程、轴功率、安装高度2020/1/197-3有压管道恒定流计算第七章孔口、管嘴出流与有压管流7.3.2长管简单管道恒定流计算252282lQdggVdlhf2528lQdghHf2SlQHhf3/422225218RAnRACdgS2lQhSf比阻管道阻力率（阻抗）2QhSfJQlhQKf/22KlQhf222SlQKlQnARRCASK3/21流量模数JKQ长管不计流速水头，其作用水头H只用于克服沿程损失hf2QSHhf2020/1/192QShHf水流中的水位差H相当于电流中的电位差V，水流中的流量Q相当于电流中的电流强度I，因而电路中的电阻R就类似于水流中的阻力率。反映V＝RI关系的直线称为电路特性曲线，反映H＝S′Q2关系的曲线称为管路特性曲线。RIV2QShHf电路特性曲线管路特性曲线7-3有压管道恒定流计算第七章孔口、管嘴出流与有压管流2020/1/19阻力率S′中包含着沿程阻力系数λ，随雷诺数变化。若在紊流平方阻力区，λ与雷诺数无关，此时S′是常量321QQQQ321HHHH22321)(QSQSSSH串联管路特点7-3有压管道恒定流计算第七章孔口、管嘴出流与有压管流7.3.2简单管道串联并联计算2020/1/19321QQQQ321HHHHHSHSSSQ1)111(321需要注意并联管路各段上的水头损失相等并不意味着它们的能量损失也相等。因为各段阻力不同，流量也就不同，以同样的水头损失乘以不同的重量流量所得到的各段功率损失是不同的。并联管路特点7-3有压管道恒定流计算第七章孔口、管嘴出流与有压管流2020/1/197.3.3串联、并联管道恒定流计算（1）管段阻力方程。任一管段I的沿程水头损失hfi与该管段流量Qi的关系能够表示成其中，Np为管段总数，Si为管段I的比阻。PiiifiNiQLSh,,2,1,2（2）节点连续性方程。任何一节点j的流量满足连续性条件其中，Nj为节点总数，Q为与节点j连接的管段I的流量，qi为节点j的分流流量。对于Qi与qj前面的符号，流入节点取+号、流出节点取一号。jiiNjqQ,2,1,0)()(7-3有压管道恒定流计算第七章孔口、管嘴出流与有压管流2020/1/197-3有压管道恒定流计算第七章孔口、管嘴出流与有压管流1322211iiiQqQQqQQqQ2'i2iiiifiQSQLShfihH42323211QqQQQQqQ32ffhh2020/1/197-3有压管道恒定流计算第七章孔口、管嘴出流与有压管流例7-5P185不是大气压例7-6P1872020/1/19几个概念7-4管网流动计算基础树状管网、环状管网供流水头、自由水头第七章孔口、管嘴出流与有压管流2020/1/19几个概念第七章孔口、管嘴出流与有压管流7-5管道中的水击现象水击（水锤）水击压强的计算水击危害的预防措施2020/1/19第七章结束作业P7-4、8、10、14第七章孔口、管嘴出流与有压管流