孔口、管嘴出流和有压管流

1、学习重点：学习重点：掌握掌握孔口、管嘴孔口、管嘴出流相关概念及计算；出流相关概念及计算；熟练掌握有压管流水力计算、水头线绘制方法、熟练掌握有压管流水力计算、水头线绘制方法、 枝状管网水力计算。枝状管网水力计算。对此部分内容应理解透彻、对此部分内容应理解透彻、 清楚，具有解决实际问题的能力。对其计算原理清楚，具有解决实际问题的能力。对其计算原理应具有分析问题、解决问题的能力。应具有分析问题、解决问题的能力。1、孔口出流、孔口出流容器壁上开孔，流体经容器壁上所开容器壁上开孔，流体经容器壁上所开 小孔流出的水力现象，称孔口出流。小孔流出的水力现象，称孔口出流。2、管嘴出流、管嘴出流在孔口上对接长度为

2、在孔口上对接长度为3-4倍孔径的短管，流倍孔径的短管，流体经容器壁上所接短管流出的水力体经容器壁上所接短管流出的水力 现象，现象，称管嘴出流。称管嘴出流。一、概念一、概念（3）能量损失计算式。）能量损失计算式。 （1）能量方程；）能量方程；（2）总流的连续性方程；）总流的连续性方程； 二、任务：二、任务： 计算过流量计算过流量Q。三、依据：三、依据：一、孔口出流分类一、孔口出流分类1、按、按 e 与与H 的关系：的关系：101He101He eH小孔口：小孔口：大孔口：大孔口：71 孔口出流孔口出流2、按孔口的作用水头是否稳定：、按孔口的作用水头是否稳定：自由式出流；自由式出流；淹没式出流。淹

3、没式出流。厚壁孔口出流。厚壁孔口出流。 薄壁孔口出流；薄壁孔口出流；恒定孔口出流；恒定孔口出流；非恒定孔口出流。非恒定孔口出流。3、按出流后周围的介质情况：、按出流后周围的介质情况：4、按孔壁对出流的影响：、按孔壁对出流的影响：H列A-A、C-C断面能量方程gvgvzgpgvzgpCCCCAAA222222aCpp gvgvgppzzCAaACA21222H0自由出流的作用水头二、薄壁小孔口恒定自由出流二、薄壁小孔口恒定自由出流 gvHC2120物理意义：促使流体克服阻力，流入大气的全部能量特例自由液面：PA=Pa，液面恒定：vA=0HzzHCA0收缩断面流速002211gHgHvC孔口的流速

4、系数，=0.97。孔口流量0022gHAgHAAvAvQCCC面积收缩系数AAC620.流量系数全部收缩（完善收缩、不完善收缩）、部分收缩2064. 01AAA是孔口面积，A0是孔口所在的壁面面积不完善收缩CgHvf f 20gHAQ 20fCAACCaxf1其中：其中：1、流量公式：、流量公式：=0.97=0.62；=0.64；对薄壁圆形完善收缩小孔口：对薄壁圆形完善收缩小孔口：结论列上下游液面能量方程gvzgp221112=1突然扩大阻力系数gvgvvgppzzC2122122212121H0淹没出流的作用水头gvHC21210gvgvgvzgpCC22222212222三、薄壁小孔口恒定

5、淹没出流三、薄壁小孔口恒定淹没出流物理意义：促使流体克服阻力流入到下游的全部能量特例：P1= P2=Pa，v1= v2 =0HzzH210收缩断面流速0012211gHgHvC孔口流量02gHAAvAvQCCCC与自由出流一致H0与孔口位置无关02gHAQ1、流量公式：、流量公式：2、自由式与淹没式对比：、自由式与淹没式对比：1 公式形式相同；公式形式相同；2 、基本相同，但基本相同，但 H0不同；不同； 3 自由出流与孔口的淹没深度有关，自由出流与孔口的淹没深度有关， 淹没出流与上、下游水位差有关。淹没出流与上、下游水位差有关。结论Hv0zv0v2H0= H +2gv02自由式：自由式：淹没

6、式：淹没式：H0=z+2gv022gv22 考考你：请写出图中两个孔口Q1和Q2的流量关系式（A1=A2)。图1：Q1 、 公式形式相同，但系数不同：公式形式相同，但系数不同：孔口：孔口： =0.62 =0.97 =0.64管嘴：管嘴： =0.82 =12 H0 相同时，若相同时，若A 也相同，则管嘴出流是孔口出流也相同，则管嘴出流是孔口出流 量的量的1.32倍。倍。gvgvpgvpaccc2222222222xagag二、二、 收缩断面的真空收缩断面的真空1 对对CC，22 列方程：列方程：gvvc2)(222hj2 xv222g2c2v0Hcv可作为突然扩大处理可作为突然扩大处理2221v

7、vAAvcc2222111cAA022gHvn0222222211211Hgvgppgpncccavaaaa 075.0Hpvg g在在 CC处处形成形成 0.75H0 真空度。真空度。2 真空计算：真空计算：H0 9 mH0O水柱；水柱；L（34）d。 水柱时，管内液体水柱时，管内液体pv 7m H0O实验证明：实验证明：将气化，吸入空气，破坏真空。将气化，吸入空气，破坏真空。三、圆柱形外接管嘴三、圆柱形外接管嘴 正常工作的条件：正常工作的条件：问题：问题：孔口、管嘴若作用水头和直径孔口、管嘴若作用水头和直径d相同相同时，下列那些是正确的：时，下列那些是正确的： A.Q孔Q嘴，u孔u嘴； B

8、.Q孔u嘴；C.Q孔Q嘴，u孔u嘴； D.Q孔Q嘴，u孔u嘴。 例：水箱中用一带薄壁孔口的板隔开，孔口及两出流管嘴直径均为d=100mm，为保证水位不变，流入水箱左边的流量Q=80L/s，求两管嘴出流的流量q1、q2解：设孔口的流量为q212hhgAq62. 0对管嘴1112ghAq82. 012222ghAq82. 02连续性方程21qqQ2qq 解得sLq/501sLq/302特点：特点：（1）流体充满整个过流断面；）流体充满整个过流断面；（2）流体在压力下流动。）流体在压力下流动。（3）能量损失计算。）能量损失计算。 （1）连续性方程；）连续性方程；（2）能量方程；）能量方程；1、有压管

9、流是工程中常见的典型流动之一。、有压管流是工程中常见的典型流动之一。2、分析有压管流的依据：、分析有压管流的依据：73 短管的水力计算短管的水力计算3、有压管流分类：、有压管流分类：（1）按局部损失所占比重，可分为）按局部损失所占比重，可分为 ：短管短管局部损失、速度水头均不可忽略的管路。局部损失、速度水头均不可忽略的管路。长管长管局部损失、速度水头均可忽略（或按沿局部损失、速度水头均可忽略（或按沿 程损失的一定比例计入）。程损失的一定比例计入）。L 公式形式一致；公式形式一致；2 H0意义不同：意义不同：自由式自由式与与淹没式淹没式二者比较：二者比较：自由式自由式出口断面形心点的总作用水头。

10、出口断面形心点的总作用水头。 淹没式淹没式上、下游过流断面总水头差。上、下游过流断面总水头差。淹没式：淹没式：gvgvHH222222000aaH0=H +2gv02自由式：自由式：三、水头线绘制。三、水头线绘制。测压管水头线终止端：测压管水头线终止端： 1.自由出流时自由出流时 管轴上；管轴上； 2.淹没出流时淹没出流时 自由液面上。自由液面上。 注：若沿程流速不变是均匀流时，测压管水头线与总水注：若沿程流速不变是均匀流时，测压管水头线与总水头线平行。头线平行。 问题问题1：图示两根完全相同的长管道，只是安装高度不同，：图示两根完全相同的长管道，只是安装高度不同， 两管道的流量关系为：两管道

11、的流量关系为： （C） A.Q1Q2； C.Q1=Q2； D.不定不定问题问题2：已知一水箱外接一长：已知一水箱外接一长L的短管，自由出流时如图的短管，自由出流时如图A，其流量为其流量为Q1；淹没出流时如图；淹没出流时如图B，其流量为，其流量为Q2，则，则Q1与与Q2的关系为：的关系为： （A ）A.Q1=Q2； B.Q1Q2； C.Q11000 d特点：特点：（1） 局部损失、流速水头可忽略；局部损失、流速水头可忽略；（2）总水头线与测压管水头线合。）总水头线与测压管水头线合。74 长管的水力计算长管的水力计算H总水头线与总水头线与测压管水头测压管水头线线22528 alQlQdg22gvd

12、lfhH一、长管的水力计算一、长管的水力计算1、计算式：、计算式：H24dQv2、比阻、比阻a的计算：的计算： a= f ( d ，)管道比阻管道比阻 在实际工程中，有压管流多在在实际工程中，有压管流多在紊流粗糙区紊流粗糙区 和和过渡区过渡区 ，故可按下列方法计算，故可按下列方法计算 a值。值。 （1）按舍维列夫公式求得）按舍维列夫公式求得，进而得出进而得出a 的计算式。的计算式。)/.( ,.smvda21001736035可以制成表，查表求得可以制成表，查表求得a a。).( , ).().(.2m/s100173608070185203530vda，阻力平方区阻力平方区紊流过渡区紊流过渡

13、区（2）按谢才公式、曼宁公式求得）按谢才公式、曼宁公式求得，进而得出进而得出a的计算式。的计算式。联合上式求得联合上式求得，进而得出进而得出a，制成表。制成表。RJCRJgv8gC8611RnC 二、串联管路二、串联管路由数段管径不同的管段首、尾相接所联由数段管径不同的管段首、尾相接所联 成的管路。成的管路。1、装置：、装置：q1q2hf hf2 hf3 总水头线、总水头线、测压管水头线测压管水头线2、特点：、特点：3全部的能量用于管路消耗全部的能量用于管路消耗1可按长管计算；可按长管计算；2总水头线为数条折线；总水头线为数条折线；3、计算：、计算：（1）流量：）流量：符合连续性方程，即符合连

14、续性方程，即流入流入节点的流量节点的流量等于等于流出流出节点的流量。节点的流量。H = hfi =ai liQi 2 =Si Qi 2 即：即：总损失等于各段损失之和。总损失等于各段损失之和。（2）水头：）水头：iiqQQqQQqQQ1i232121一般式：式中式中 Si为管段的抗阻，为管段的抗阻，Si= ai li。4、应用、应用（1）已知：）已知： Q i ，di ， li ， qi 。求：求： H三类水力问题的解决三类水力问题的解决校核计算校核计算方法：方法： H = hf i校核计算，扩建工程校核计算，扩建工程求：求：各管段的流量各管段的流量 Qi 。（2）已知：）已知：H , di

15、, Li , qi 。1 管段较少时，可直接利用管段较少时，可直接利用 H、Q 公式，公式，2 管段较多时，可利用试算法：管段较多时，可利用试算法： 方法：方法：列方程组。列方程组。 nif nllHh 设末端管路：设末端管路：i l H 全段平均坡降：全段平均坡降：末端流量：末端流量：验算：验算：hfi ai li Qi2 （？）（？）nnfnnlahQ 再依次推再依次推 算前段各算前段各流量。流量。如不合适，再调如不合适，再调整整 hfn，重复以上重复以上步骤，直至合适。步骤，直至合适。（3）已知：）已知： H , Q（或各管段或各管段Qi，qi） ， di , L i 。求：求： 某一管

16、段的某一管段的 dx。扩建或返修扩建或返修方法：方法：1 先计算已知各段：先计算已知各段： hfi =ai liQi 2 4 最后选择标准管径。最后选择标准管径。3 再求再求 dx (试算、辅助曲线试算、辅助曲线)。 2 再计算所求段：再计算所求段：hfx = Hhfi AB123三、并联管路三、并联管路在两个节点之间并设几条管段。在两个节点之间并设几条管段。1、装置：、装置：（1）增加了供水的可靠性；）增加了供水的可靠性；（2）两节点间的能量损失相等。）两节点间的能量损失相等。2、特点：、特点：（2）能量：）能量： hf1 = hf2 = hf3 = hfAB（1）流量：）流量： Q流入流入

17、= Q流出流出=Q1+Q2+Q33、计算：、计算：4、应用：、应用：三类计算同串联三类计算同串联 Qt= ql 总泄流量总泄流量 xdxH QZ四、沿程均匀连续泄流四、沿程均匀连续泄流水处理构筑物的多孔配水管、冷却塔的布水管，水处理构筑物的多孔配水管、冷却塔的布水管，以及城市自来水管道的沿途泄流，地下工程中长距以及城市自来水管道的沿途泄流，地下工程中长距离通风管道的漏风等计算，常可简化为沿程均匀泄离通风管道的漏风等计算，常可简化为沿程均匀泄流管路来处理。流管路来处理。单位长度上泄出的流量。单位长度上泄出的流量。比流量比流量 q转输流量转输流量QZ管道末端流出的流量。管道末端流出的流量。（1）概

18、念：）概念：（2）计算：）计算： Qt= ql 总泄流量总泄流量 xdxH QZqxqlQqxQQzxdxqxqlQadxQadhzxf22)(lzlffdxqxqlQadhh020)()(22231lqqlQQalhzzf近似式：近似式：hf =a l（QZ+0.55 ql）2或：或： hf =a l Qc2Qc = QZ+0.55 ql当当 QZ =0 时，时，hf =alQ231即：当管中只有沿程泄流时，其能即：当管中只有沿程泄流时，其能量损失是转输流量通过时能量损失量损失是转输流量通过时能量损失的的 1/3。222255031).(qlQlqqlQQZzz例1 采用内壁涂水泥砂浆的铸铁管供水，作用水头H=10m，管长l=1000m，管径d=200mm. 求：（1）校验管道能否输水Q=50 l/s。 （2）如管道输水能力不足，为通过上述流量，在管道中加接部分并联管，取并联管l1=l2，又d1=d2=d，试求管长l1,l2。 说明：本例中将用到管道比阻抗A0, 一般情况下可查水利计算手册。） （2）因简单管道输水能力不足，在管道中部分改成并联管道，则成并联管道与串联管道组合问题。按题给条件，取l1=l2，d1