S5 孔口管嘴管路a

孔口、管嘴出流孔口出流与管嘴出流的共同特点：在阻力损失计算中,局部水头损失起主要作用，沿程损失可以略去不计。

1、孔口自由出流如图，容器中的液体自孔口出流到大气，不远处出现收缩断面c，面积为Ac。令收缩系数基本概念：孔口出流、管嘴出流、大孔口、小孔口、薄壁孔口、厚壁孔口、自由出流、淹没出流。列断面1和收缩断面c的能量方程有即

所以式中：—孔口的总水头；

取，则式中流速系数。值由实验测定，其值大小与孔口形状、大小、位置等因素有关。薄壁小孔口流速系数。

孔口自由出流流量

即

式中流量系数，其值通常由实验确定。2、孔口淹没出流如图，列1、2两断面的能量方程有薄壁小孔口流速系数孔口淹没出流流量

实验表明：孔口淹没出流流速系数、流量系数与孔口自由出流流速系数、流量系数几乎没有差别，即

其中速度系数即

3、管嘴出流

常见的管嘴形式：圆柱形外管嘴，圆锥形收敛管嘴，圆锥形扩张管嘴，流线形管嘴等。管嘴自由出流流量公式

如图为圆柱形外管嘴，列1、b两断面的能量方程，同样可得管嘴自由出流流速公式

实验表明：4、变水头孔口出流

前述的孔口、管嘴出流均为恒定出流，本节介绍变水头孔口自由出流。如图，柱形容器内表面积为S，在dt时段水头的变量为dh，则即

应用恒定流孔口自由出流的流量公式得

对上式积分可得水头从H1降到H2所需的时间t当时，上式写成

※复杂管路的水力计算1、串联管路

串联管路概念：由直径不同或粗糙度不同的管段及局部装置首尾相连。

串联管路的流动特点：各管段流量相等，总水头损失等于各管段水头损失之和。即

简单管路：等径无分支管的管路系统；

复杂管路：除简单管路外的管路系统，如串联、并联、枝状、管网等。长管、短管

注意：并联管路各分路的水头损失相等，但能量损失不一定相等。2、并联管路

并联管路概念：并联管路的流动特点：总流量等于各分路流量之和，各分路压降相等。即

3、枝状管路

枝状管路概念:

各支管只在流体入口或出口处连接在一起，而另一端分开不相连。枝状管路的特点：

通过主干管的流量等于通过各支管路流量之和。

4、管网管网的概念：管段在某一共同点处分支，然后又在另一共同点的节点处汇合。

（1）任意节点，流入和流出流量相等（2）任意回路，各段阻力损失代数和必定等于零※流体中压强波传递

在静水中投一块石头，静水受到了一个小小干扰，这时水并不流动，但这个信息却很快传播到静水的各处。

干扰信息两种传播：干扰信息在整个流体中的传播干扰信息在液体表面的传播

声波传递的一元模型初始状态：管道内充满流体

活塞面积A流体和活塞均呈静止状态活塞以速度v在微小时间△t内移动一微小距离v△t位置1-1移动到2-2位置如果流体是不可压缩的，则活塞右边的流体必然将随活塞的移动而运动如果流体具有一定的压缩性，则活塞的移动使活塞右边的流体受到压缩首先：是活塞右边附近的流体增加了压强△

p，因此密度ρ也增大了△

ρ如果流体具有一定的压缩性，则活塞的移动使活塞右边的流体受到压缩干扰的信息，将在活塞右边的流道内比速度v大很多的速度c向右传播，在△t时间内到达了3-3断面，断面3-3处的流体也将增加△p的压强，并开始以速度v运动。根据连续性方程：由活塞移动所排开的流体质量活塞右边2—2断面至3—3断面间质量的增加

沿流道壁面和断面1-l及3-3取控制体积，忽略流体与流道壁面的剪切应力，则活塞的移动使活塞右边的流体作用着一附加力AΔP，这个力使质量m＝ρACΔt的流体在Δt时间内从原来的静止状态变为以速度v运动的状态。即：

由此可见，c是与流体压缩性有关的物理量，压缩性越小，K值越大，则c值也越大。

对于气体来说，K值与干扰传播时的过程有关，如果是等温过程流体中压强波传递和马赫数将流速v与压强波传播速度或声速c的比值称为马赫数(Machnumber)可见，马赫数M是一个考虑压缩性影响的无量纲数将它平方后分子分母ρA式中分子为惯性力，分母则为弹性力。M是一个衡量弹性力影响的准数。※管路中的水击

1、水击的物理过程

水击（水锤）：在有压管道中的流速发生急剧变化时，引起压强的剧烈波动，并在整个管长范围内传播的现象。

水击物理过程的四个传播阶段

水击的相：水击波自阀门向水池传播并反射回到阀门所需的时间，以表示，两相为一个周期。即

2、水击波的传播速度

式中：K—液体体积模量；E—管壁材料弹性模量；

—管壁厚度；d—管道内径。3、最大压强的计算

直接水击：若阀门的关闭时间，则水击波还没来得及自水池返回阀门时，阀门已关闭完毕。那么阀门处的水击增压，不受水池反射的减压波的消弱，而达到可能出现的最大值。4、减小水击危害的措施适当延长阀门开启时间，避免直接水击出现。尽量采用管径较大的管道，减少管内流速。缩短管道长度，使管中水体质量减少。在管道适当位置上设置蓄能器，对水击压强起缓冲作用。在管道上安装安全阀，以便出现水击时及时减弱水击压强的破坏作用。

间接水击：若阀门的关闭时间，则水击波从水池返回阀门时，关闭仍在进行。由于受水池反射的减压波的消弱作用，阀门处的水击增压比直接水击小。

直接水击最大压强：间接水击最大压强：运动部件制动时产生的液压冲击

如图所示，活塞以速度v0向左运动，活塞和负载总质量为M。当换向阀突然关闭进出油口通道，油液被封闭在两腔之中，由于运动部件的惯性，活塞将继续运动一段距离后才停止，使液压缸左腔油液受到压缩，从而引起液体压力急剧增加。此时运动部件的动能为回油腔中油液所形成的液体弹