第6章 节 孔口管嘴和有压管道流动 工程流体力学电子教案.ppt

第6章 孔口管嘴和有压管道流动 ;一、概念 孔口出流（orifice discharge） 在容器壁上开孔，水经孔口流出 的水力现象就称为孔口出流。 薄壁孔口（thin-wall orifice） 当孔口具有锐缘时，孔壁与水流 仅在一条周线上接触，即孔口的 壁厚对出流并不发生影响。这种 孔口叫做薄壁孔口。;1、根据d/H的比值大小??? 大孔口（big orifice） —— d/H0.1时，沿孔口高度上水头变化。 小孔口（small orifice）—— d/H0.1时，可认为孔口射流断面上的各点流速相等， 且各点水头亦相等。可以用孔口形心处的作用水头代替孔口各点的作用水头。;二、薄壁小孔口恒定自由出流 ;三、影响孔口出流流量系数μ的因素 ;§6-2 管嘴恒定出流;3、管嘴的种类： 按管嘴的形状和装置情况分;4、圆柱形外管嘴出流分析 ;结论：在相同水头H0的作用下，同样断面面积的管嘴的过流能力是孔口的1.32倍。;圆柱形管嘴水流在收缩断面处出现真空，真空度为：; 结论：圆柱形管嘴收缩断面处真空度可达作用水头的0.75倍。相当于把管嘴的作用水头增大了75%。这就是相同直径、相同作用水头下的圆柱形外管嘴的流量比孔口大的原因。; 变水头孔口出流属于非恒定流。但当孔口面积远小于容器的截面积时，液体的升降或压强的变化缓慢，惯性力可以忽略不计。这样在 dt 时段内，可以认为压强或水头不变，按孔口恒定流处理。;注：变截面容器的横截面面积Ω是坐标z的函数，Ω =A(Z) 。;例1　有一水箱水面保持恒定（7m），箱壁上开一孔口，孔口直径d=10mm。（1）箱壁厚度δ=1mm，求通过孔口的流速和流量．（2）箱壁厚度δ=30mm，求通过孔口的流速和流量。 ;例2?:??水箱孔口出流，已知压力箱上压力表读数p=0.5at，玻璃管内水位恒定h1?=2m，孔口直径d1=40mm；敞口容器底部孔口直径d2?=30mm，h3?=1m 。求h2及流量Q。 ;§6-4 短管的水力计算;一、有压管道计算原理;二、水泵吸水管的水力计算 　1）确定水泵的安装高度； 　2）校核进水管的真空度，防止气蚀。;列吸水池水面1-1和水泵进口2-2能量方程，;例４：用虹吸管自钻井输水至集水池。虹吸L=LAB+LBC=30+40=70m， d=200mm。钻井至集水池间的恒定水位高差H=1.60m。 　　又已知λ=0.03，管路进口、120弯头、90弯头及出口处的局部阻力系数分别为ζ1=0.5，ζ2=0.2，ζ3=0.5，ζ4=1.0。 　　试求:（1）流经虹吸管的流量； 　　　　（2）如虹吸管顶部B点的安装高度hB=4.5m ，校核其真空度。 ;（1）列1-1，3-3能量方程，忽略行进流速v0=0 ;简单管路：是指管径、流速、流量沿程不变，且无分支的单线管道。 复杂管路：是指由两根以上管道所组成的管路系统。 ;一、简单管路;比阻：单位流量通过单位长度管道所需要的水头。;1. 串联管道流量计算的基本公式 ;三、并联管道 （pipes in parallel） ? 两条或两条以上的管道同在一处分出，又在另一处汇合而成的管道。;例：在长为2L，直径为d的管道上，并联一根直径相同，长度为L的支管。如图中虚线所示。若水头不变，求并管前后的流量之比。（管道均为长管，沿程阻力系数均为λ）;四、沿程均匀泄流管路;实际计算中，根据管路长度大小，可以按长管/短管计算。;1、枝状管网 ;例1：图为某城市新建小区供水管网图。0点为城市给水干管，干管中水压不 低于294kpa。管接点0处标高z0=126 m，点4和点7标高相等z4=z7=120m，自由 水头同为 Hz=18m，管段长度见表。试计算各管段管径。;另外，可以根据经济流速选择各管段管径。 如：对于3—4管段，取经济流速v=1.0m/s，则管径 d=0.178m，采用d=200mm，管中实际流速v=1.0m/s，在经济流速范围内。进一步计算水头损失。;2.环状管网 （looping pipes ） 由许多条管段互相连接成闭合形状的管道系统称为环状管网或闭合管网。 ;§6-7 离心式水泵及其水力计算;一、离心式水泵工作原理;2、工作原理：;若离心泵在启动前泵壳内不是充满液体而是空气，由于空气的密度远小于液体的密度，产生的离心力很小，因而叶轮中心区形成的低压不足以将贮槽内液体压入泵内，此时虽启动离心泵但不能够输送液体，这种现象称作气缚。表示离心泵无自吸能力。因此在启动泵前一定要使泵壳内充满液体。;三、水泵管路系统的水力计算; 为方便用户使用，每台水泵的泵壳上钉有一块铭牌，铭牌上简明地列出了该水泵在设计转速下运转，效率为最高时的流量、