压力管路和孔口、管嘴水力计算

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1、工程流体力学第五章压力管路和孔口、管嘴水力计算主讲：邓晓刚单位：机械工程学院机械电子教研室1本章将讨论使用静力学和动力学、阻力损失计算等知识，对实际工程管路进行水力计算，总结出实用的计算方法前言2第一节概述管道—管路—管线在工程流体力学中可以认为是同义词。压力管道：液流充满整个有效截面，并在一定压差下流动。管内压力可以高于大气压，也可以低于大气压（例如泵的吸入管道）接下来先介绍几个概念3一、管路的规格主要参数是直径。见表5-1如果同一种外径管路，有几种不同的壁厚，规格用外径乘以壁厚来表示。4二、管路的分类长管和短管—根据沿程阻力损失和局部阻力损失在总水头损

2、失中所占份额来划分.长管：输送距离较远，两段压差大，局部阻力损失和速度头之和，与沿程阻力损失比较而言可以忽略。或按照沿程阻力损失的5%-10%来折算。短管：又称水力短管。局部阻力损失和速度水头不可忽略。分支较多，压差较小，并有大量管道联接部件的管路系统常属于短管。简单管道和复杂管道：等径无分支的管道称为简单管道，除此之外都可以称为复杂管道。5三、管路特性曲线管道中，在不同流量情况下流速不同，水头损失也不同。绘制二维图形Q-hL图，或Hm-hL图，称为管路特性曲线。随值变化而变化6第二节简单长管的水力计算简单长管是工程中常见的一种管路。短途无中继泵站的输油管

3、线、长途两泵站间管路都属于简单长管。1122测压管水头线总水头线H7简单长管的能量方程对1-1截面到2-2截面建立伯努利方程对于长管，速度头和局部损失忽略1122测压管水头线总水头线H简单长管的能量方程8续前设2-2截面与大气相通，则p2=0能量方程可以简化为：即长管中，提供的能量主要用于克服沿程阻力损失。1122测压管水头线总水头线H9二、沿程水头损失的基本计算公式将达西公式进行整理：将雷诺数计算公式也划成关于流量的函数再根据不同区域值不同，使用经验公式。最终推出：10达西综合式：水力坡度为：流量表示为：流态m层流4.151紊流水力光滑区0.02460.

4、25混合摩擦区0.08020.123水力粗糙管0.0826011三、简单长管水力计算根据能量方程、达西公式综合式和管路特性曲线，可以解决以下三方面的问题：已知管径、管长和纵断面图，已知流量，求管道中的压力降，或确定所需的供液水头；已知管径、管长和纵断面图，已知压力降，求最大输送能力；已知管长、地形及输送的流量，要求设计最经济的管道直径。（优化算法）12例5-1某长输油管直径为260mm，长度50km，起点高度45m，终点高度84m，油的相对密度0.8，粘度系数27.6*10-6m2/s，设计输油量200t/h，管壁绝对粗糙度。确定管路的压降。解题思路：根据

5、雷诺数判断流态。根据管壁粗糙度决定的紊流划分判据划分区域，再根据达西公式综合式计算：13第五节短管的水力计算室内管路、泵的吸入管路等，由于局部装置较多，均属于短管本节介绍使用简化的经验公式计算短管系统的流量、阻力损失等参数。14短管的实用计算公式图示管段，由两种不同直径的直管、各种管件组成。1-大闸门；2、3、6、7、8-弯头；4-孔板流量计；5、大小接头；9-小闸门15为便于计算，将各个截面处的速度，都整合成出口处流速v2将阻力损失进行折算，简化：16例5-7两水箱用两段直径不同的水管连接，管道长度都是10m。粗管直径200mm，细管直径100mm。求管

6、路中的流量。H解题思路：将各段的沿程阻力损失、局部阻力损失的总和，折算为一个简单长管的阻力损失。这个阻力损失后与当量速度水头成正比。17H18第六节定水头孔口和管嘴泄流本节主要研究液体自孔口和管嘴出流的问题。出流过程中，若作用水头不随时间变化，称为定水头出流。如果变化，则称为变水头出流。若流入大气，称为自由出流。若流入充满液体的空间，称为淹没出流。不加外来能源，靠自然位差获得能量输送或派出液体的管道，称为自流管路。19一、定水头孔口泄流小孔口和大孔口划分依据：薄壁孔口和厚壁孔口薄壁孔口出流，不计算沿程损失。只有局部能量损失。断面收缩系数：20取液面和截面c

7、，列伯努利方程，并化简：注意：这几个系数的物理意义！21二、定水头喷嘴出流长度L=（3-4）d，称为标准圆柱管嘴。管嘴内先收缩，再扩大充满管道，均匀流出。液流通过管嘴的阻力包括收缩阻力、扩大阻力和微小段沿程阻力。将其全部折算为总的阻力系数2223总结管嘴出流的流量比孔口出流的流量增大约1/3。淹没出流的水力计算公式，与自由出流公式类似。只不过出口处的相对压力不再是0淹没出流的各个系数，与自由出流的相等注意两者间微小的区别24其余形式的管嘴圆柱形管嘴内伸管嘴收缩管嘴扩张管嘴流线形管嘴各种管嘴的出流系数，见表5-425第八节压力管路中的水击当某些原因引起管路中

8、流速突然变化时，会引起管内压力突然变化，造成水击。急剧变化的压力波