第章 孔口管嘴与管路流动.ppt

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1、能源与机械工程系水力学第4章孔口管嘴管路流动2基本要求1、会计算孔口、管嘴的流速和流量。2、了解有压管流的基本特点，掌握管流分为长管流动和短管流动的条件。3、掌握简单管道的水力计算。4、了解复杂管道的特点和计算方法。HOOCAACdCv0vC孔口自由出流孔口孔口淹没出流Cd(3～4)dvCvc分离、漩涡区管嘴6管道的淹没出流管道的自由出流管道“孔口”：薄壁、小孔口第一节薄壁孔口出流一、孔口自由出流1、流动分析孔口断面：急变流收缩断面：特点距孔处；断面最小；流线接近平行；渐变流2、出流速度及流量的计算对A—A液面与C—C断面列能量方程：若令出口流速：H0称为作用水头，是促使

2、出流的全部能量，包括A、C间的位差、压差和上游速度头，称为流速系数。孔口出流量：其中，称为收缩系数，称为流量系数。3、收缩系数1)全部收缩与非全部收缩2)全部完善收缩与全部非完善收缩以孔口中心线为基准线，在上下游自由液面1、2两断面间列能量方程令二、孔口淹没出流：液体经孔口处的局部阻力系数：液体在收缩断面之后突然扩大的局部阻力系数若，则。流量：—淹没出流速度系数（1）计算公式一样，各项系数值相同，但要注意，流速系数含义不同；淹没出流自由出流比较孔口自由出流与淹没出流？自由出流淹没出流若若容器也是封闭的若液面相对压强为p0（2）作用水头不同：取过水断面o-o，管嘴出口断面b

3、-b，列能量方程：管嘴出流速度管嘴出流流量第二节圆柱形外管嘴出流在直径为d的孔口上外接长度为l=(3～4)d的短管，就是圆柱形外管嘴。在相同的作用水头下，同样断面积的管嘴的过流能力是孔口的1.32倍。因此，工程上常用管嘴作泄水管。0022gHAgHAmj==收缩断面的真空列收缩断面C－C和出口断面的能量方程代入上式连续性方程HOO11VC22dlCC由表明在收缩断面的真空度是作用水头75%，管嘴的作用相当于将孔口自由出流的作用水头增大了75%，从而管嘴流量大为增加。作用水头H0越大，收缩断面真空度也越大。当收缩断面真空度超过7m水柱时，空气将会从管嘴出口断面被“吸入”，使

4、收缩断面真空被破坏，管嘴不能保持满管出流。由公式1、作用水头2、管嘴长度l=(3~4)d圆柱形外管嘴正常工作条件水柱圆柱外管嘴的正常工作条件其他形式管嘴扩张圆锥形管嘴：具有较大的过流能力和较低的出口流速。收缩圆锥形管嘴：具有较大的出口流速。流线型管嘴：过流能力最大。解：m3/s＝＞kPa【例1】已知：m，m，。求：【解】设H1和H2分别为左、右两侧水箱的水位高度，如图所示。则由孔口及管嘴出流流量公式，有【例题】图示水箱中用一薄壁孔口的隔板隔开。已知孔口及两出流管嘴直径相等，均为d=100mm,流入左侧水箱的流量Q=80l/s,试求两管嘴流出的流量Q1及Q2。于是，取，，便

5、得由连续性方程，有02十月2021流体力学设备和热动1.按结构划分：①简单管路：管径不变，无分叉（即流量相同）的管道。②复杂管路：两根或两根以上的简单管道组合成的管道系统。2.按管中压力分：①有压管道：管内表压不等于零（），供水、煤气、通风、电站引水管。②无压管道（涵管）：管内表压等于零（），非满管流动(如排水管道，管内存在自由液面的情况)。复杂管道又可以分为:串联管道、并联管道、分叉管道、沿程泄流管和管网。管路的分类第四章有压管中的恒定流02十月2021流体力学设备和热动水力学2.短管和长管短管是指管路中水流的流速水头和局部水头损失都不能忽略不计的管道；长管是指流速水头

6、与局部损失之和远小于沿程损失，在计算中可以忽略的管道。一般认为（局部水头损失+流速水头）＜5%的沿程水头损失，可以按长管计算。需要注意的是：长管和短管不是完全按管道的长短来区分的。将有压管道按长管计算，可以简化计算过程。但在不能判断流速水头与局部水头损失之和远小于沿程水头损失之前，按短管计算不会产生较大的误差。2502十月2021流体力学设备和热动26淹没出流管道:管道出口淹没在水下。自由出流管道:管道出口水流流入大气，水股四周都受大气压强的作用。第一节简单管道水力计算的基本公式02十月2021流体力学设备和热动27一、短管的自由出流令02十月2021流体力学设备和热动2

7、8故上式表明，管道的总水头将全部消耗于管道的水头损失和保持出口的动能。管道自由出流的流量系数02十月2021流体力学设备和热动29对断面1-1和2-2列能量方程二、短管的淹没出流管道出口淹没在水下称为淹没出流。结论：在淹没出流情况下，包括行进流速的上下游水位差z0完全消耗于沿程损失及局部损失。02十月2021流体力学设备和热动30当忽略掉行近流速时，流量计算公式：管道淹没出流的流量系数02十月2021流体力学设备和热动比较流量水头自由淹没注：3.自由出流和淹没出流的比较02十月2021流体力学设备和热动32例5-1一简单管道。