管内流动和水力计算演示文稿

管内流动和水力计算演示文稿当前第1页\共有175页\编于星期五\11点（优选）管内流动和水力计算当前第2页\共有175页\编于星期五\11点第一节管内流动的能量损失理想流体：一部分机械能不可逆地损失掉黏性在流动中所造成的阻力问题,即讨论阻力的性质、产生阻力的原因和计算阻力的方法。黏性流体流动的重点：黏性流体：在管道内无能量损失当前第3页\共有175页\编于星期五\11点沿程损失：发生在缓变流整个流程中的能量损失，是由流体的粘滞力造成的损失。一.沿程能量损失达西—魏斯巴赫公式：式中：——沿程阻力系数(无量纲)——管子有效截面上的平均流速L——管子的长度d——管子的直径☆这种损失的大小与流体的流动状态有密切的关系。当前第4页\共有175页\编于星期五\11点局部损失：发生在流动状态急剧变化的急变流中的能量损失，是管件附近的局部范围内由流体微团的碰撞、流体中产生的旋涡等造成的损失。计算公式：—局部损失系数(无量纲)一般由实验测定总能量损失：能量损失的量纲为长度，工程中也称其为水头损失二.局部能量损失当前第5页\共有175页\编于星期五\11点第二节粘性流体的两种流动状态黏性流体两种流动状态：紊流状态

层流状态雷诺通过实验发现1883年提出当前第6页\共有175页\编于星期五\11点小流量中流量大流量当前第7页\共有175页\编于星期五\11点几种状态

过渡状态紊流状态（湍流）层流状态（片流）流体质点不相互混杂，流体作有序的成层流动速度、压力等物理量在时间和空间中发生不规则脉动的流体运动。当前第8页\共有175页\编于星期五\11点a.b.c.d.层流=>过渡状态过渡状态=>紊流过渡状态层流实验说明：—上临界速度—下临界速度紊流分界点层流分界点当前第9页\共有175页\编于星期五\11点式中k为系数，m为指数，均由实验确定

当前第10页\共有175页\编于星期五\11点沿程损失和平均流速的关系

列截面1-1和2-2的伯努利方程测压管中的水柱高差即为有效截面1-1和2-2间的压头损失。当前第11页\共有175页\编于星期五\11点层流状态紊流状态m=1m=1.75～2可能是层流，也可能是紊流沿程损失与流动状态有关，在计算流体通道的沿程损失时，先判断流体的流动状态。表明层流时沿程损失与平均流速的一次方成正比表明紊流时沿程损失与平均流速的1.75～2次方成正比当前第12页\共有175页\编于星期五\11点雷诺数在相同的玻璃管径下用不同的液体进行实验，所测得的临界流速也不同，黏性大的液体临界流速也大；若用相同的液体在不同玻璃管径下进行试验，所测得的临界流速也不同，管径大的临界流速反而小。临界雷诺数雷诺数是判别流体流动状态的准则数当前第13页\共有175页\编于星期五\11点对于圆管流动：工程上取当Re≤2000时，流动为层流；当Re＞2000时，即认为流动是紊流。对于非圆形截面管道：雷诺数—当量直径根据实验结果：当前第14页\共有175页\编于星期五\11点解：对于水紊流对于油层流当前第15页\共有175页\编于星期五\11点第三节管道进口段黏性流体的流动边界层：黏性流体流经固体壁面时，在固体壁面和流体之间存在一个流速突变的区域，称为边界层。当前第16页\共有175页\编于星期五\11点层流:

希累尔入口段(边界层相交之前的管段L*)

L*＝0.2875dRe

布西内斯克

L*＝0.065dRe

兰哈尔

L*＝0.058dRe

紊流:

L*≈（25～40）d

L*(层流)>L*（紊流）L*经验公式当前第17页\共有175页\编于星期五\11点第四节圆管中流体的层流流动取如图所示的微元体：半径,长中心线和轴重合。一、圆管有效截面上的切应力分布同一截面上，所有点大小相同，可将流动视为二维轴对称流动。当前第18页\共有175页\编于星期五\11点受力分析重力，无惯性力

端面的切向力和侧面的法向力在流动方向投影为零。端面总压力：侧面切向力在方向上的平衡方程.当前第19页\共有175页\编于星期五\11点由：不随r变化方程两边同除

得：黏性流体在圆管中作层流流动时，同一截面上的切向应力与半径成正比注：此式同样适用于圆管中的紊流流动当前第20页\共有175页\编于星期五\11点根据牛顿内摩擦定律：对r积分当r=r0时，vl=0

边界条件旋转抛物面二、速度分布.当前第21页\共有175页\编于星期五\11点最大流速:旋转抛物体的体积等于它的外切圆柱体体积的一半平均流速:圆管中的流量：

当前第22页\共有175页\编于星期五\11点上节小结沿程损失：局部损失：黏性流体两种流动状态：紊流状态、层流状态当Re≤2000(2320)时，流动为层流；当Re＞2000时，即认为流动是紊流。当前第23页\共有175页\编于星期五\11点紊流:

L*≈（25～40）d

入口段长度：圆管中流体的层流流动管内速度分布呈旋转抛物面形状；

平均流速为管子轴心流速的一半。

圆管中的流量：

当前第24页\共有175页\编于星期五\11点对于水平圆管，h不变哈根一泊肃叶公式管流法测黏度流体的压强降当前第25页\共有175页\编于星期五\11点由前述沿程损失公式：及三、达西公式:得：可见，层流流动的沿程损失与平均流速的一次方成正比当前第26页\共有175页\编于星期五\11点动能修正系数：动量修正系数：四、其它系数:在圆管中黏性流体的层流运动的实际动能等于按平均流速计算动能的两倍。当前第27页\共有175页\编于星期五\11点对水平放置的圆管此式对于圆管中粘性流体的层流和紊流流动都适用在管壁上由前所述当前第28页\共有175页\编于星期五\11点解：假定流动为充分发展的层流，则：为层流，表明假定正确当前第29页\共有175页\编于星期五\11点解：截面1、2的动能相等，则其机械能可表示为：截面2截面1流体从截面2流向截面1当前第30页\共有175页\编于星期五\11点假定管内为层流平均流速当前第31页\共有175页\编于星期五\11点第五节黏性流体的紊流流动紊流流动运动规律难以寻找，所用的都是一些经验和半经验的公式。层流：流体质点运动互不混杂、有规则。紊流：流体质点运动彼此混杂、互相碰撞和穿插、无规则运动，并有涡体产生。运动要素随时间变化、无规律。牛顿内摩擦定律不能适用。当前第32页\共有175页\编于星期五\11点瞬时轴向速度与时均速度图时均速度和脉动速度紊流中，流体质点经过空间某一固定点时，速度、压力等总是随时间变化的，而且毫无规律，这种现象称为脉动现象。当前第33页\共有175页\编于星期五\11点对某点的长时间观察发现，尽管每一时刻速度等参数的大小和方向都在变化，但它都是围绕某一个平均值上下波动。于是流体质点的瞬时值就可以看成是这个平均值与脉动值之和。瞬时轴向速度与时均速度图当前第34页\共有175页\编于星期五\11点时均速度脉动速度瞬时速度脉动速度的时均值等于零垂直于管轴的截面也有脉动，其脉动速度随时间变化规律与轴向的类似，其时均值等于零。同理当前第35页\共有175页\编于星期五\11点空间各点时均速度不随时间改变的紊流流动称为准定常流动或时均定常流。

工程中，关心的是主流的速度、压强分布，对应的正是时均速度和时均压强。测速管、普通测压计测得的是速度和压强的时间的平均值；伯努利方程仍成立一般情况下，采用流动参数的时均值来研究流体的紊流流动。时均速度和截面平均速度不同当前第36页\共有175页\编于星期五\11点二、紊流中的切向应力层流：内摩擦引起的的摩擦切应力。紊流：时均切应力可以看成是两部分之和：●第一部分：流层间相对滑移引起的切向应力●第二部分：由脉动速度所产生的附加切应力当前第37页\共有175页\编于星期五\11点普朗特的混合长假说：流体微团在和其他流体微团碰撞前要经过一段路程：当速度为流层中的微团向上脉动到速度为的流层时，它们的速度差为：脉动速度示意图其它计算方法当前第38页\共有175页\编于星期五\11点当速度为流层中微团向下脉动到速度为的流层时，它们的速度差为：上述速度差即为y处流层的纵向脉动速度横向脉动速度与纵向脉动速度应为同一数量级当前第39页\共有175页\编于星期五\11点由于横向脉动，单位时间经过dA进入中间流层的流体引起的动量变化值为根据动量定理，两流层在dA上的相互作用力为：由此可得：取：当前第40页\共有175页\编于星期五\11点与μ不同，它不是流体的属性，它只决定于流体的密度、时均速度梯度和混合长度。—混合长度脉动切向应力与混合长度和时均速度梯度乘积的平方成正比。湍流粘性系数当前第41页\共有175页\编于星期五\11点三、圆管中紊流的速度分布和沿程损失1.圆管中的紊流区划紊流运动中，由于流体涡团相互掺混，互相碰撞，因而产生了流体内部各质点间的动量传递；动量大的流体质点将动量传递给动量小的质点，动量小的流体质点牵制动量大的质点，结果造成断面流速分布的均匀化。当前第42页\共有175页\编于星期五\11点黏性底层：在紧贴管壁很薄的流层中紊流脉动消失，粘滞力的阻滞作用使流速急剧下降，速度分布比较陡峭，速度梯度大。过渡部分很薄，一般不单独考虑，将其和中间部分合在一起统称为紊流部分。黏性底层的厚度很薄，但对紊流流动的能量损失及换热有重要的影响。当前第43页\共有175页\编于星期五\11点水力光滑与水力粗糙绝对粗糙度(ε)：管壁粗糙凸出部分的平均高度相对粗糙度：ε/d（P104，表6-1）水力光滑水力粗糙δ＞ε光滑管δ<ε粗糙管水力光滑和水力粗糙是由黏性底层和绝对粗糙度的相对大小来确定。当前第44页\共有175页\编于星期五\11点或黏性底层计算经验式—管径—沿程损失系数黏性底层的厚度随雷诺数的改变而变化，其计算的半经验公式为：管壁粗糙度对流动能量损失的影响只有流动处于水力粗糙状态时才能体现出来。当前第45页\共有175页\编于星期五\11点2.圆管中紊流的速度分布

为什么？怎么得到？假定整个区域内光滑平壁光滑圆管粗糙圆管在黏性底层，普兰特假说当前第46页\共有175页\编于星期五\11点1）紊流流经光滑平壁切向应力速度（摩擦速度）摩擦速度为常数在高雷诺数时，与观察结果十分吻合，也可作为光滑圆管中紊流速度分布的近似公式。当前第47页\共有175页\编于星期五\11点

紊流光滑管尼古拉兹由实验得出当时，最大流速为在y处的流速为平均流速当前第48页\共有175页\编于星期五\11点简化的指数方程：平均流速：当前第49页\共有175页\编于星期五\11点2)紊流粗糙管假定紊流流过粗糙壁面时，速度分布为为由管壁粗糙性质确定的形状系数。当前第50页\共有175页\编于星期五\11点尼古拉兹由实验得出最大流速平均流速当前第51页\共有175页\编于星期五\11点3.圆管中紊流的沿程损失经试验修正：紊流光滑管：紊流粗糙管：经试验修正：当前第52页\共有175页\编于星期五\11点第七节沿程损失的实验研究沿程损失层流：紊流：紊流光滑管：紊流粗糙管：当前第53页\共有175页\编于星期五\11点一、尼古拉兹实验1.目的：原理和装置：用不同粗糙度的人工粗糙管，测出不同雷诺数下的，然后由

算出.当前第54页\共有175页\编于星期五\11点3.结果分析：尼古拉兹图可分为五个区域：1.层流区2.过渡区3.紊流光滑区4.紊流过渡粗糙区5.紊流完全粗糙区尼古拉兹实验曲线当前第55页\共有175页\编于星期五\11点1.层流区(Re<2320)管壁的相对粗糙度对沿程损失系数没有影响，对数图中为一斜直线ab.2.过渡区(2320＜Re＜4000)在曲线bc上,只与雷诺数有关，为图中的Ⅱ区域。当前第56页\共有175页\编于星期五\11点3.紊流光滑区不同相对粗糙度管流的实验点都落在倾斜线cd上，沿程阻力系数与相对粗糙度无关，只与雷诺数有关。勃拉休斯公式通用卡门一普朗特公式尼古拉兹公式λ=0.0032+0.221Re-0.237带入沿程损失计算公式，与次方成正比，因此也称1.75次方阻力区。当前第57页\共有175页\编于星期五\11点4.紊流粗糙管过渡区洛巴耶夫公式这一区域的沿程损失系数与相对粗糙度和雷诺数有关，在图中为区域Ⅳ。相对粗糙度大的管子首先离开cd线，并随雷诺数增大沿程损失系数也增大。当前第58页\共有175页\编于星期五\11点上节小结圆管层流时动能修正系数：动量修正系数：圆管紊流时用时均值研究紊流运动伯努利方程适应牛顿内摩擦定律不能适用流速分布的均匀化当前第59页\共有175页\编于星期五\11点紊流切应力计算：根据黏性底层厚度和绝对粗糙度相对大小判断水力光滑和水力粗糙两种状态。尼古拉兹实验沿程损失与速度的一次方成正比，沿程损失系数只与雷诺数有关。1.层流区(Re<2320)当前第60页\共有175页\编于星期五\11点不稳定区域2.过渡区(2320＜Re＜4000)3.紊流光滑区沿程损失与速度的1.75次方成正比，沿程损失系数只与雷诺数有关。4.紊流粗糙管过渡区沿程损失系数与相对粗糙度和雷诺数有关当前第61页\共有175页\编于星期五\11点5.紊流粗糙管平方阻力区这一区域的沿程损失系数与雷诺数无关，只与相对粗糙度有关，能量损失与速度平方成正比，在图中为区域Ⅴ。尼古拉兹公式分界线ef的雷诺数：当前第62页\共有175页\编于星期五\11点二、莫迪图莫迪图主要用于计算新的工业管道的沿程损失系数。尼古拉兹实验采用的是人工粗糙管，与工业上所用管道的粗糙度不同。紊流过渡区的计算公式：完全紊流分界线ef的雷诺数：当前第63页\共有175页\编于星期五\11点当前第64页\共有175页\编于星期五\11点当前第65页\共有175页\编于星期五\11点当前第66页\共有175页\编于星期五\11点当前第67页\共有175页\编于星期五\11点●

第一类问题计算方式：根据雷诺数和相对粗糙度，查莫迪图得沿程损失系数，带入公式可得所要结果。已知假定求得查得●第二类问题●第三类问题假定求得查得当前第68页\共有175页\编于星期五\11点第七节非圆形管道沿程损失的计算非圆形管道的当量直径：

对充满流体的圆形管道:当前第69页\共有175页\编于星期五\11点对边长为a的正方形管道:长方形管道：圆环形管道：管束：当前第70页\共有175页\编于星期五\11点为避免计算时误差过大，长方形截面的长边最大不超过短边的8倍，圆环形截面的大直径至少要大于小直径3倍。非圆形截面管道的沿程阻力损失及雷诺数当前第71页\共有175页\编于星期五\11点解：矩形风道的当量直径查得34℃空气的运动黏度为1.63×10-5m2/s，则当前第72页\共有175页\编于星期五\11点镀锌钢板的绝对粗糙度为0.15mm相对粗糙度：查莫迪图得：根据伯努利方程：当前第73页\共有175页\编于星期五\11点第八节局部损失流体经过这些局部件时，由于通流截面、流动方向的急剧变化，引起速度场的迅速改变，增大流体间的摩擦、碰憧以及形成旋涡等原因,从而产生局部损失。流体经过阀门、弯管、突扩和突缩等管件。当前第74页\共有175页\编于星期五\11点一、管道截面突然扩大1.损失机理a.速度分布变化附加摩擦；b.流体微团的碰撞；c.管壁拐角处的漩涡。p2.的描述

根据连续方程:根据动量方程:当前第75页\共有175页\编于星期五\11点实验证实，p=p1对截面1-1、2-2列伯努利方程（取动能修正系数α=1）当前第76页\共有175页\编于星期五\11点由于特例A2>>A1

ζ1≈1即：p当前第77页\共有175页\编于星期五\11点二、管道截面突然缩小收缩系数：连续性方程：损失机理a.速度分布变化附加的摩擦；b.流体微团的碰撞；c.管壁拐角处的漩涡。根据前面的分析：当前第78页\共有175页\编于星期五\11点实验表明：时，时，假定变化为线性的，则可得不同突缩管道的局部损失系数。当时，当前第79页\共有175页\编于星期五\11点三、弯管损失机理a.速度分布变化附加的摩擦损失；b.漩涡产生的损失；c.双螺旋流动产生的损失。

ef和gh处的流体因黏滞力作用而流速降低，则上下壁面至中心线的流速将逐渐增大。流速大，则所受的离心惯性力也大，因此b处的压强大于f和g处的压强，流体流向f和g。当前第80页\共有175页\编于星期五\11点阻力计算公式：●随弯管的总弯角θ、弯管的管径与弯管中心线的曲率半径之比d/R有关。●当两个管件非常靠近时，它们相互影响，如将两个管件的局部损失相叠加，则比实际损失大。

●在管道系统的设计中，常将管件的局部损失换算为等值长度的沿程损失。当前第81页\共有175页\编于星期五\11点当前第82页\共有175页\编于星期五\11点解：缝隙为环形通道，其当量直径为对缝隙进出口列伯努利方程，得：则：当前第83页\共有175页\编于星期五\11点无扩大沟槽这一装置时，漏流的速度为漏损流量为因此，增加扩大沟槽装置能大幅减少漏损流量。当前第84页\共有175页\编于星期五\11点第九节各类管流的水力计算(1)根据给定的管道直径、管道布置和流量来验算压强损失；（第一类问题）(2)根据给定的管道直径、管道布置和允许的压强损失，校核流量；（第二类问题）(3)根据给定的流量和允许的压强损失确定管道直径和管道布置。（第三类问题）管道水力计算的主要任务：当前第85页\共有175页\编于星期五\11点管道水力计算的基本公式：能量损失hp为外界（泵、风机等）加给单位重量流体的机械能。伯努利方程连续性方程当前第86页\共有175页\编于星期五\11点一、简单管道定义：管径和管壁粗糙度均相同的一根管子或这样的数根管子串联在一起的管道系统。乌得公式：其中：对于和范围内的计算公式的精度较高，便于编写程序。柯列布茹克公式当前第87页\共有175页\编于星期五\11点●

第一类问题计算方式：根据雷诺数和相对粗糙度，查莫迪图得沿程损失系数，带入公式可得所要结果。已知假定求得查得●第二类问题●第三类问题假定求得查得当前第88页\共有175页\编于星期五\11点二、串联管道定义：由不同管径或粗糙度的数段管子联在一起的管道。管道损失等于各段损失之和。对A、B截面应用伯努利方程连续性方程：当前第89页\共有175页\编于星期五\11点●

第一类问题已知●第二类问题求解过程同简单管道当前第90页\共有175页\编于星期五\11点当前第91页\共有175页\编于星期五\11点根据假定某一雷诺数，取同理，求得由莫迪图查得：求得当前第92页\共有175页\编于星期五\11点三、并联管道定义：由不同管径或粗糙度的数段管子并联在一起的管道。并联管道的损失等于各分管道的损失，总流量等于各分管路流量的总和。当前第93页\共有175页\编于星期五\11点并联管道各之路中流体的损失相等，是指各支路的单位重量流体的机械能损失相等，但由于各支路流量不一定相等，因此各支路全部流体的总机械能损失不一定相等。两类计算问题：1、已知A、B两点的静水头线，求总流量已知静水头线即已知AB管段的能量损失，可按串联管道的第二类问题进行计算。当前第94页\共有175页\编于星期五\11点上节小结非圆形管道的当量直径：局部阻力损失：突扩：突缩：当前第95页\共有175页\编于星期五\11点●

第一类问题计算方式：根据雷诺数和相对粗糙度，查莫迪图得沿程损失系数，带入公式可得所要结果。已知假定求得查得●第二类问题●第三类问题假定求得查得当前第96页\共有175页\编于星期五\11点简单管道管径和管壁粗糙度均相同由不同管径或粗糙度的数段管子组成串联管道并联管道各分管道单位质量流体的能量损失相等当前第97页\共有175页\编于星期五\11点2、已知总流量，求各分管段的流量及能量损失。假定求得求得求得相差小YN令当前第98页\共有175页\编于星期五\11点解：由于管道很长，忽略管道的局部阻力损失。采用乌得公式计算沿程阻力系数。当前第99页\共有175页\编于星期五\11点对于管段1：为紊流过渡区在乌得公式中：求得：当前第100页\共有175页\编于星期五\11点对于管段2：求得求得试取求得得当前第101页\共有175页\编于星期五\11点对于管段3：查得求得试取求得查得当前第102页\共有175页\编于星期五\11点各分支管道的流量为当前第103页\共有175页\编于星期五\11点根据伯努利方程当前第104页\共有175页\编于星期五\11点四、分支管路根据流量平衡原则假定得各段得各段判断是否连续YN得到新的静水头高度当前第105页\共有175页\编于星期五\11点分支管道中装有泵假设通过泵的流量求吸入边静水头高求出水边静水头高求汇合处静水头高求分支流量判断是否连续Y当前第106页\共有175页\编于星期五\11点当前第107页\共有175页\编于星期五\11点解：泵的压头—流量曲线近似表示为根据泵的特性数据可得：试取流经泵的流量为则当前第108页\共有175页\编于星期五\11点对于管段1：求得：由此可求得当前第109页\共有175页\编于星期五\11点对于管段2：经同样过程，可得试取：求得：由此可求得再取开始新一轮计算当前第110页\共有175页\编于星期五\11点五、管网由若干管道环路相连结，在节点处流出的流量来自几个环路的管道系统称为管网。水力计算原则：1）流入结点的流量应等于流出结点的流量。取流出流量为正，流入的流量为负，则对任一结点：当前第111页\共有175页\编于星期五\11点2）在任意环路中，由某一结点沿两个方向到另一个结点的能量损失相等。以逆时针方向流动的损失为正，顺时针方向的损失为负，则任一环路能量损失的代数和为零。各管道沿程损失以体积流量来表示，可写为当前第112页\共有175页\编于星期五\11点计算步骤初选各管道流向和流量求各管道能量损失YNY当前第113页\共有175页\编于星期五\11点第十节几种常用的技术装置一、集流器测风装置它是风机实验中常用的测流量的装置。集流器减小进口阻力损失使进口速度分布均匀当前第114页\共有175页\编于星期五\11点对0-0和1-1截面列总流伯努利方程：集流器速度系数锥顶角为60°的圆锥形集流器，圆弧形集流器，当前第115页\共有175页\编于星期五\11点二、虹吸管液体由较高液位的一端经高出液面的管段自动流向较低液位的另一端，这一现象称为虹吸现象。

吸水虹吸管的吸水高度h一般不超过7m。对上下游液面列伯努利方程当前第116页\共有175页\编于星期五\11点对1、2截面列伯努利方程液体在所处温度下的饱和压强为，则允许的吸水高度为：当前第117页\共有175页\编于星期五\11点当前第118页\共有175页\编于星期五\11点当前第119页\共有175页\编于星期五\11点三、薄壁堰液体越过障壁漫溢的流动称为堰流，在水利工程中广泛应用。按障壁缺口形式分为矩形堰和三角形堰缩流堰平流堰三角形堰堰顶厚度除以堰前水头小于0.67当前第120页\共有175页\编于星期五\11点第十一节液体出流孔口分类：第一类：薄壁孔口：厚壁孔口：S为容器壁厚或孔口锐缘厚度当前第121页\共有175页\编于星期五\11点第二类：小孔口：大孔口：可忽略孔口截面上各点速度的差异满足的条件——不能忽略孔口截面上各点速度的差异当前第122页\共有175页\编于星期五\11点第三类：自由出流：淹没出流：液体通过孔口流入大气液体通过孔口流入液体空间当前第123页\共有175页\编于星期五\11点一、薄壁孔口定常出流1、薄壁小孔口定常自由出流对截面1-1和c-c截面列总流伯努利方程出流流束的截面在离孔口d/2的地方收缩到最小，这里可视为缓变流。截面收缩的程度用当前第124页\共有175页\编于星期五\11点流速系数流量系数若容器上面为敞口，则有：表征孔口出流性能的主要是孔口出流系数，包括收缩系数，流速系数和流量系数。当前第125页\共有175页\编于星期五\11点1）收缩系数表示出流流束收缩的程度实验表明：侧壁离孔口的距离在一定范围内将影响流束的收缩和出流流量。全部收缩出流流束的全部周界都发生收缩。部分收缩出流流束只有部分发生收缩孔口有一边或两边位于壁面上。条件：当前第126页\共有175页\编于星期五\11点完善收缩侧壁对流束的收缩没有影响各边离侧壁的距离均大于孔口边长的3倍以上。条件：当前第127页\共有175页\编于星期五\11点孔口所在壁面的湿润面积非完善收缩：有的边离侧壁的距离小于孔口边长的3倍。2）流速系数对理想流体，不存在阻力损失，因此流速系数是实际流速与理想流速的比值当前第128页\共有175页\编于星期五\11点流速系数的测定：假定容器为敞口，流束射入大气时流体微团的运动方程为：当时，，局部损失系数为当前第129页\共有175页\编于星期五\11点3）流量系数根据对流速系数的分析可知，流量系数是实际流量和理想流量的比值。通过实验测得H、A和流量，便可求得流量系数。当时，当前第130页\共有175页\编于星期五\11点当液体出流为薄壁小孔淹没出流时，流速与流量的计算公式相同，流速系数和流量系数数值也相同，但H为两液面的高度差。薄壁小孔淹没出流当前第131页\共有175页\编于星期五\11点2、薄壁大孔定常出流对大孔口定常自由出流，应保持不变。对截面1-1和c-c截面列总流伯努利方程引入收缩系数面积比当前第132页\共有175页\编于星期五\11点流速系数流量系数因此，大孔口和小孔口出流流速和流量的计算公式形式完全相同，差别在于出流系数不同对于大孔口的淹没出流，流速和流量计算公式同上，但H为两液面的高度。当前第133页\共有175页\编于星期五\11点上节小结几种常用的技术装置集流器可大幅降低入口的局部阻力损失虹吸管的吸收高度一般不超过7m液体出流不同形式孔口出流的计算公式相同，差别在于出流系数不同；对于淹没出流，但H为两液面的高度差。当前第134页\共有175页\编于星期五\11点孔板流量计孔板流量计是电厂中测量水和蒸汽流量常用的节流装置，此外还广泛应用于石化、冶金、制药等领域的液体、气体、蒸汽流量的测定。经孔板的流动属于薄壁大孔口淹没出流当前第135页\共有175页\编于星期五\11点考虑不同因素的影响，并根据前面的计算公式当前第136页\共有175页\编于星期五\11点对给定的m，随增大而减小，当时，对，查得的应乘以黏度修正系数注意：和是几何尺寸系数m和雷诺数的函数，为极限雷诺数。对非表内的管径或m值对应的，可按内插法求得。当前第137页\共有175页\编于星期五\11点二、外伸管嘴定常出流对截面1-1和2-2截面列总流伯努利方程能量损失分为三部分：●进口损失，损失系数●缩颈后的扩大损失，●后半段的沿程损失，当前第138页\共有175页\编于星期五\11点由此可联立求得流速系数流量系数当前第139页\共有175页\编于星期五\11点对厚壁小孔口，则进口局部损失系数：突然扩大局部损失系数：沿程损失系数换算为局部损失系数（取）当前第140页\共有175页\编于星期五\11点则，根据实测结果由此，可计算厚壁小孔口出流的流速系数：能量损失流量薄壁小孔口小（0.06）小（0.61）厚壁小孔口大（0.5）大（0.82）近似于突缩管的局部阻力系数。当前第141页\共有175页\编于星期五\11点缩颈处的压强低于大气压强，该处真空的抽吸作用使流量增大。保持管嘴内真空的条件：喷嘴长度不能太短缩颈处压强应不低于液体的饱和压强当当前第142页\共有175页\编于星期五\11点三、各种管嘴的出流系数薄壁孔口外伸内伸收缩扩张流线形当前第143页\共有175页\编于星期五\11点当前第144页\共有175页\编于星期五\11点当前第145页\共有175页\编于星期五\11点解：当前第146页\共有175页\编于星期五\11点由此可得：当前第147页\共有175页\编于星期五\11点按表6-5取可求得：当前第148页\共有175页\编于星期五\11点四、薄壁孔口非定常出流某一瞬时t，容器内的液位为z孔口的出流量为：根据质量守恒：对上式进行积分，即可求得液位从H1降至H2所需的时间：当前第149页\共有175页\编于星期五\11点对于等截面容器，，完成积分可得：令，，则放空时间为：可见，等截面容器中液体放空时间等于在恒定水头作用下放空同样体积流体所需时间的两倍。该公式可适用于其他类型管嘴或短管，只需改变流量系数；对于液体灌注容器，该公式同样适用。当前第150页\共有175页\编于星期五\11点当前第151页\共有175页\编于星期五\11点当前第152页\共有175页\编于星期五\11点第十二节水击现象水击现象：以一定压强流动的水由于受阻,流速突然降低，压强突然升高。突然升高的压强迅速向上游传播，并在一定条件下反射回来，产生往复波动而引起管道振动，甚至形成轰轰的振动声。一、水击现象的全过程的描述（见下图）当前第153页\共有175页\编于星期五\11点阀门突然关闭时水击现象的全过程当前第154页\共有175页\编于星期五\11点由于液体的压缩膨胀和管道的变形要消耗能量，故波动振荡衰减直到消失。当前第155页\共有175页\编于星期五\11点二、水击压强如图，当水击开始后，压缩波传递距离为该段内的流体质量=原来的质量+补充进来的质量，即有：假定新增环面上的受力平衡则该段的轴向受力：当前第156页\共有175页\编于星期五\11点

由动量方程：取：可算得当前第157页\共有175页\编于星期五\11点四、直接水击和间接水击以及减弱水击的措施直接水击阀门关闭时间，即第一道反射的膨胀波还没达到阀门时，阀门已经完全关闭。陆续到达阀门时，阀门还没有完全关闭。间接水击阀门关闭时间，即反射的膨胀波（二）减弱措施

1）避免直接水击,尽量延长作用时间。

2）采取过载保护——蓄能器、缓冲阀等。

3）形成间接水击，使用弹性好的管子。直接水击时，阀门处产生最大的水击压强。间接水击时，阀门处产生水击压强将小于。当前第158页\共有175页\编于星期五\11点水锤泵原理图当前第159页\共有175页\编于星期五\11点第十三节气穴和气蚀简介一、气穴由于压强降低而产生气泡的现象称为气穴（空泡）现象。分离压强低于时，溶解在液体中的气体游离出来形成气泡饱和压强低于时