流体力学张国强吴家鸣第07章CMP课件教学.pptVIP

7.5 压力管路水力计算 定压头孔口泄流 仅依靠位差能量的流动称为泄流。最简单的泄流要算大容器的薄壁圆形小孔口(d 0.1 H)的出流，如图7-16所示。描述小孔出流的主要系数包括—— a) 孔口收缩系数e e = Ac/A = dc2/ d2 b) 孔口速度系数? 由短管路伯努利方程 得 式中，xc为孔口阻力系数； ?为孔口速度系数。 c) 孔口流量系数h 由下面流量公式定义 短 管 路 7.5 压力管路水力计算 xc= 0.06，?= 0.97，e= 0.62~0.64，h= 0.60~0.62 图7-16 定压头孔口泄流 图7-17 定压头管嘴泄流 短 管 路 7.5 压力管路水力计算 定压头管嘴泄流 图7-17所示为标准圆柱外管嘴(管长l = 3d ~ 4d)的定压头泄流。外管需作短管计算，流体在管内存在分离及再附着。假定出口静压为大气压强，则管嘴出流各系数为 a) 孔口损失系数x1 ? 0. 15 b) 扩压损失系数x2 ? 0. 32 c) 沿程损失系数x3 ? 0. 06 d) 综合损失系数xc ? 0. 32 e) 速度系数? ? 0. 82 f) 流量系数h = ? = 0. 82 管嘴喉口的真空度为 短 管 路 第 7 章 实际流体管内流动 7.1 实际流体管内流动及伯努利方程 7.2 圆管内层流分析 7.3 圆管内湍流分析 7.4 沿程损失系数和局部损失系数确定 7.5 压力管路水力计算 7.6 压力管路水击现象 7.6.1 水击产生机理与过程 7.6.2 水击预防 7.6.3 水击压力计算 7.7 管内非定常流动 流 体 力 学 7.6 压力管路水击现象 液体管路中由于局部压力的突然变化而引起压力波在管内振荡的现象称为水击。例如，快速关闭液体压力管路的阀门有时会引起水击现象、产生锤子敲击金属管般的噪声。 压力管路发生水击时通常会产生很大的局部压强，分析中要考虑流体压缩性和管壁弹性。 7.6.1 水击产生机理与过程 用一个容器和一管段来代替实际的压力管路，如图7-18所示。阀门正常开着时，阀前阀后的流速和压强均为v0和p0。如果在t = 0突然关闭阀门，则邻近阀门的一层厚度为Ds的液体首先停下来，导致该处液体被压缩，压强增高了一有限量Dp (称为水击压力)，管壁也因受内压而膨胀。 实 际 流 体 管 内 流 动 7.6 压力管路水击现象 水 击 产 生 机 理 与 过 程 图7-18 水击压强的产生 在距离阀门Ds范围内停止下来的流体对后续来流的作用就如同关闭阀门，使后者也停下来，导致波面(高压区和未受扰动液体的分界面)以速度c向容器方向运动，并在t1 = L/c时刻到达容器的出口即管的入口，见图7-19a。 7.6 压力管路水击现象 水 击 产 生 机 理 与 过 程 t1时刻后，管内压强大于容器内压强，使管内流体以速度v0向容器内流动，在此过程中，水击压强Dp从管的入口向阀门逐渐消失、管内压强恢复到关阀前水平p0，并在t2 = 2L/c时刻恢复波面到达阀门，见图7-19b。 t2时刻后，管内流体继续向容器方向流动，但在阀门处因无流体的补充而产生负的水击压力-Dp，形成膨胀波向容器方向传播，并在t3 = 3L/c时刻膨胀波到达容器，见图7-19c。 t3时刻后，容器内压强高于管内压强，流体又开始以速度v0从容器向阀门流动，管内流体的压强逐步恢复到关阀前状态。在t4 = 4L/c时刻，整个系统恢复到关阀前瞬间的状态，见图7-19d。 7.6 压力管路水击现象 水 击 产 生 机 理 与 过 程 图7-19 无阻尼情况下水击压力的传播 7.6 压力管路水击现象 水 击 产 生 机 理 与 过 程 图7-19所示是未考虑阻尼时的水击过程。实际水击过程中压力波的传递要受到阻尼，表现为振幅随时间的延续逐渐减弱，图7-20表示无阻尼和有阻尼时水击压强在阀门处的变化情况。在阀门与容器间管段的其他位置，压力波的波形与阀门处类似，只是波幅小一些。 图7-20 阀门处水击压强的变化 a) 无阻尼 b) 有阻尼 7.6 压力管路水击现象 7.6.2 水击预防 水击相长是指从水击源产生的压力波或膨胀波第一次反射回波源处所经历的时间T0 = 2L/c。 实际中阀门的关闭是在一段时间内完成的，整个的关阀过程可以看成是一系列微小的瞬时关小阀门的总和。每一瞬时的关小阀门都产生一个微小的压力波，每个压