第五章 孔口、管嘴出流与有压管路

孔口、管嘴出流和有压管路

第五章孔口出流管嘴出流有压管道：管道周界上的各点均受到液体压强的作用。有压管中的恒定流：有压管中液体的运动要素不随时间而变。本章纲要：第一节液体经薄壁孔口的恒定出流

第二节液体经管嘴的恒定出流第三节短管的水力计算第四节长管的水力计算第五节管网水力计算基础第一节液体经薄壁孔口的恒定出流

一、孔口出流的分类与特点据d/H的比值：小孔口d/H<0.1，大孔口d/H≥0.1。据运动要素是否随时间变化：

恒定出流和非恒定出流据孔口边缘：

薄壁孔口和厚壁孔口。据下游出流条件：自由出流淹没出流二、薄壁小孔口的自由出流收缩断面c-c：约在距孔口d/2处收缩完毕，流线在此趋于平行。建立0-0和c-c断面的能量方程令令令gvgvgvHccc222202200zaa+=+流速系数0.97~0.98定义为收缩系数流量系数（作用水头）薄壁小孔口出流的各项系数

①流速系数，实验测得约为0.97～0.98。②孔口的局部阻力系数ζ0③孔口的收缩系数ε④孔口的流量系数μ，对薄壁小孔口μ=0.60～0.62。三、薄壁小孔口的淹没出流建立1-1和2-2断面的能量方程流速、流量与孔口的淹没深度无关淹没出流和自由出流流量系数相等孔口大小一定,出流能力相等H0和z是促成孔口出流的作用水头孔板流量计P0<pah1△h2ABAB气体出流一般均为淹没出流，作用水头用压强差来表示。ABAB主要是孔口在壁面上的位置影响流量系数。全部收缩孔口：孔口的全部边界都不与相邻的容器底边和侧边重合时，四周流线都发生收缩。

全部收缩孔口完善收缩：孔口与相邻壁面的距离大于孔口尺寸的3倍，出流不受壁面影响。不完善收缩：

四、影响的因素

第二节液体经管嘴的恒定出流

外接l=(3～4)d的短管水流进入管嘴,先收缩，后扩大至满管出流。一、圆柱形外管嘴的恒定出流建立0-0和b-b断面的能量方程管路进口损失

比较孔口出流管嘴出流μn=0.82;μ=0.62μn=1.32μ在相同条件，管嘴的过流能力是孔口的1.32倍。建立0-0和c-c断面的能量方程。二、圆柱形外管嘴的真空

孔口出流圆柱形外管嘴的正常工作条件

收缩断面的真空受限制,。圆柱形外管嘴的正常工作条件是：(1)作用水头H0≤9米；(2)管嘴长度l=(3～4)d。工程上为了增加孔口的泄水能力或为了增加(减少)出口的速度，常采用不同的管嘴形式。三、其他形式的管嘴

圆锥形扩张管嘴，较大 圆锥形收敛管嘴， 流线形管嘴，过流能力，较小出口流 较大出口流速， 阻力系数小，速，水轮机尾水管。水力挖土机喷嘴。水坝泄水管孔口、管嘴的水力特性有压管道：管道周界上的各点均受到液体压强的作用。有压管中的恒定流：有压管中液体的运动要素不随时间而变。第三节短管的水力计算1.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；

长管是指流速水头与局部水头损失之和远小于沿程水头损失，在计算中可忽略的管道.（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。通常l/d>1000管道分类

简单管道:指直径和流量沿流程不变且无分支的管道；否则为复杂管道简单管道串联管道并联管道2.简单管道和复杂管道自由出流淹没出流3.自由出流和淹没出流一、简单短管自由出流管路流量系数二、简单短管淹没出流三、水头线的绘制②绘制从管道进口以后到出口以前的总水头线。Z+p/r总水头线00原始总水头③总水头线减去速度水头得测压管水头线①计算各项局部水头损失和各管段的沿程水头损失。总水头线00原始总水头000000原始总水头最终总水头管道流速水头v2/2g原始总水头00管道流速水头v2/2g最终总水头00管道流速水头v2/2g最终总水头考虑行近流速忽略行近流速注意事项①进口：注意总水头线的起点。②出口：注意测压管水头线的终点。③没有额外的能量输入时，总水头线总是下降的，有额外的能量输入时，总水头线突然抬高。举例短管自由出流

短管淹没出流

有负压的短管一V0≠000z此断面相对压强p/γ<01122总水头线测压管水头线管道v2/2g1、总水头线一定沿程降低2、测压管水头线沿程可升可降。（断面扩大升，一般情况降）

13420000v22/2g最终总水头v12/2gL1L2思考:突扩断面的压能变化规律?ZZs吸水管压水管总水头线测压管水头线3、已知Q、H0、l、、，求

d1、已知Q、d、l、、，求H0四、短管水力计算问题

2、已知H0、d、l、、，求Q试算4、已知Q、H0、l、、，

d,求p虹吸管:一种压力输水管道顶部高程高于上游供水水面利用真空作用输水。为防止汽化，允许最大真空值[hv]=(7～8mH2O)；1.虹吸管的水力计算虹吸管的优点在于能跨越高地，减少挖方。虹吸管长度一般不大，应按短管计算。2.水泵的水力计算Z:提水高度Zs:安装高度ZZs吸水管压水管水泵的扬程:水泵向单位重量液体所提供的机械能,用Ht表示。Ht水泵的水力计算：吸水管和压力水管管径计算最大允许安装高度计算水泵扬程计算吸水管和压力水管管径计算

吸水管的经济流速约为0.8～2m/s压力水管经济流速1.5～2.5m/s吸水管的管径一般是根据经济流速计算由Q=vω,管径可按下式计算水泵的最大允许安装高程ZZs吸水管压水管112200对1和2断面列能量方程水泵扬程的水力计算ZZs吸水管压水管110330对1和3断面列能量方程表明扬程一方面是用来将水流提高一个几何高度，另一方面是用来克服水头损失第四节长管的水力计算

一、简单管路

总水头线H:作用水头(沿程损失的提供者）A:管路比阻比阻A的计算当V≥1.2m/s(阻力平方区)当V＜1.2m/s(过渡区)

舍维列夫公式过渡区修正系数已知:管长2500m,铸铁管内径400mm,H1=18m,管路末端需自由水头H2=25m,▽1=61m,▽2=45m求通过管路的流量d=400mm，计算得A=0.2232s2/m6验算是否在阻力平方区，计算v=1.01m/s<1.2m/s,计算修正系数k=1.03二、串联管路

定义由几段直径不等的管段依次联接而成的管路。计算原则损失条件：流量条件：节点三、并联管路

定义：在两节点之间并设两条或两条以上的管路。损失条件：流量条件：节点流量平衡条件四、分叉管路

可求解三个未知数对管道ABC有：对管道ABD有：根据连续性方程：第五节管网水力计算基础

枝状管网环状管网优点:构造简单缺点:供水可靠性差构造复杂供水可靠性高适用范围:小区供水城市管网一、枝状管网

定义呈树状向供水区延伸，一般是管径随所供给用户的减少而变小。水力计算新建给水系统的设计扩建已有给水系统的设计新建给水系流的设计已知:根据沿线地形设计的管网各管段长度l通过的流量Q各节点要求的自由水头，任务:设计各段管径和水塔高Ht。设计步骤1、确定各管段流量,按经济流速确定管径D=100~400mmve=0.6―1m/sD>400mmve=1.0―1.4m/s先选定v→d计→d标准→验算v2、计算各管段的水头损失3、确定控制点：水塔至该点的水头损失+该点的地形标高+该点要求的自由水头=最大值4、计算水塔高Ht：1、确定各管段流量,按经济流速确定管径3-4管段，Q=25l/s，采用经济流速选铸铁管,d=200mm→A＝9.029,因0.8m/s<1.2m/s，在过渡区2、计算各管段的水头损失v=0.8m/s→修正系数k=1.06已知数值计算所得数值管段管长(m)流量Q(l/s)d(mm)流速v(m/s)A(s2/m6)修正系数khf(m)左支线3-42-31-23503502002545802002503000.800.921.139.0292.7521.0151.061.041.012.092.031.31右支线6-75-61-55002003001322.531.51502002500.740.720.6441.859.02