流体第5章管路管嘴

1、第五章阐述了压力管道流和节流孔、喷管流出、5.2管网的水力修正基础、5.1单纯管道的水力修正、5.3喷管流出、5.4喷管流出；第五章阐述了压力管道流和节流孔、喷管流出、上一章阐述了流体运动的基本规律，本章利用这些个规律解决了工程上常见的水力修正问题。 有压管流的管道充满液体，没有自由表面流动。 在管路的修正算法中，多根据管路的构造分为单纯管和复杂管。 简单的管可分为长管和短管，复杂的管有串联管、并联管、连续流出管等。 可以用多个复杂的管道构成管网。 节流孔和水口流出是广泛应用的实际问题，如水处理工程中的给水、水利工程中的水闸排水、水力采矿用的水铁元素炮、通航水闸室的充水和排水等。 5.1单纯管

2、路水力补正算，单纯管路：直径不变，分支管不分开，即产水量不随行程变化。 简单的管道是管道中最简单的情况，是修正各种管道的基础。 管路中的能量损失：沿路损失局部损失。 管路分类的依据：沿路损失和局部损失所占的比例。 类型：短管、长管。 在5.1简单的管道水力修正中，短管管道中的局部损失与速度水头之和超过边缘损失或与边缘损失无较大差异，在修正时不可忽视局部损失与速度损失。 长管管路中的局部损失和速度水头的和小于沿途损失，可以忽略不计。5.1.1短管的水力修正、水泵的吸水管、虹吸管、液压传动器的输油管道等都是短管，它们的局部阻力在水力修正时不可忽视。 短管的水力修正计算没有特别的原则，主要是如何使用

3、上一章的公式和格拉夫。 例题5.1水泵管路如图5.1所示，求出安装了铸铁管直径d=150mm、管长l=180m、管路有1个吸水网(无球阀)、1个全开截断阀、3个管半径与曲率半径之比r/R=0.5的弯头、标高h=的泵的输出。 对图5.1水泵管路、5.1.1短管的水力修正计算、解t=20时，水的动力粘度、铸铁管=0.30mm、进行了调查。 用爱丽丝公式求出的近似值、5.1.1短管的水力修正计算，然后将该值代入科里布里日克公式的右端，从其左端求出的第二次近似值、与第一次近似值大致相同，即以该值为基准。 根据已知条件，局部阻力系数为吸水网1=6、入口2=0.5、弯头3=0.2943、截止阀4=3.9、

4、出口5=1。 因此，局部电阻的当量管长为5.1.1短管的水力修正计算、水泵的扬程、最后得到水泵的输出，通过5.1.2长管的水力修正计算，如图5.2所示，分析了从池中连接长度为l、管径d的简单管路的目前其水力特征和修正计算方法。 另外，图5.2的单纯长管、5.1.2长管的水力修正运算是以0-0为基准面，写入1-1和2-2截面的总流伯努利方程式的上式，由于是长管，因此忽略局部电阻和速度水头时的管路的沿线电阻能够由蔡西式进行修正运算，即上式是工程中的长管水力修正运算的基本式， 式中产水量模块数(也称为特性产水量) k为(5.2 )、5.1.2长管的水力修正运算，电阻系数与蔡西系数c的关系可以用巴甫洛

5、夫牛鼻子式修正运算，即在式(5.3 )、(5.4 )或者5.1.2长管的水力修正运算中，对于一般送水管路一般工程的初步估计可采用表5.1的数值。对于(5.5 )、5.1.2长管的水力修正运算、5.1.2长管的水力修正运算，由于产水量模块数k为管径d以及壁面粗糙度系数n的函数，因此对于不同的粗糙度以及不同直径的管路，能够预先将产水量模块数k的值作为表而使水力修正运算变得容易的式(5.2 ) (2)如果知道了产水量q、管长l、管径d，则能够求出能量损失；(3)如果知道了管长l、管径d和能量损失，则能够求出产水量q。 长管的水力修正算法，例题5.2已知管中产水量，管路长，作用水头。 使用新的铸铁管，

6、该管径多少钱，解决这个问题是上述第一类问题，求出产水量模块数k后决定管径d。 调查表5.2，在n=0.0111、K=2283 L/s的情况下，必要管径在350mm到400mm之间，可由插值法决定。 5.1.2长管的水力修正计算，也可以利用标准管，制作直径(350mm和400mm )串联连接的2种管路，在下一节中对此进行介绍。5.2管网水力修正基础30，管网：实际管道通常由许多简单管道组合构成网状系统。 单纯的管路通过组合成为复杂的管路，其水力修正算法通常用长管修正。 复杂管路分为串联管路和串联管路，并联管路连续均匀地流出的管路和分支管路。 5.2管网的水力修正计算基础，5.2.1串联管路如图5

7、.3所示，直径不同的几个简单管路依次连接，这个管路称为串联管路。 串联管路的产水量可以不随行程而变化，也可以在各级末端分开产水量，各级的产水量不同。 5.2.1串联管路将串联管路中各段的长度设为li，将直径设为di，将产水量设为Qi，将从各段的末端分离的产水量设为Qi。 根据连续性方程式，产水量关系式为、(5.6 )、5.2.1串联管路，如果串联管路的总水头损失是各区段的水头损失之和的连立式(5.6 )、(5.7 )的各区段的末端没有产水量分支，则各区段的产水量和水头损失的关系式为(5.7 )、(5.8 )、5 . 如果消除管径的管长为，则管径为的管长，根据串联管路的修正算式(5.8)，由此得

8、到的串联管路的管长为400m，的管长为2500-400=2100m。5.2.2并联管路、并联管路： 2根以上的单纯管路在同一点分支，在另一点合流而成的管路。图5.4、5.2.2并联管路在a、b两点间并联连接3条管路，总产水量为q，各管的直径分别为d1、d2、d3，长度分别为l1、l2、l3，产水量分别为Q1、Q2。 a、b两点为各管所共有，每一点只有一个压力管水头，所以a、b两点的压力管水头差为各管的水头损失，即，并联管路的特征是各并联管段的水头损失相等，即，各管段是简单管路，所以(5.9)、() 各并联管路的水头损失相等，但各段由于并联连接的各个节段的产水量不相等，所以各个节段上的总液体重量

9、的总机械能量损失不相等，产水量大的节段其总机械能量损失也大。(5.11 )、5.2.2并联管路、例题5.4一并联管路如图5.4所示，各并联段的直径和长度分别为d1=150mm、l2=500m。 d2=150mm毫米，l2=350m毫米。 d3=200mm毫米，l3=1000m毫米。 管路的总产水量Q=80 L/s，所有段都正常管。并联管路的各段的产水量是多少？ 并联管路水头损失是多少？ 调查表5.2，K1=K2=1584、K3=3410的段1的产水量为Q1，根据式(5.10 )，段2的产水量为、5.2.2并联管路，段3的产水量沿着成为总产水量解并联管路的段中的任一个单位长度分离的产水量相同图5

10、.5连续流出管路、5.2.3连续均匀流出管路、距起点a的距离x处的m点产水量可以考虑按每个管路修正的基本式积分或近似，(5.12 )、(5.13 )、5 .即，式(5.13 )通过产水量时，式(5.12 )为上可以写为，连续均匀流出的管路的能量损失，只不过是同一通过产水量中损失的能量的三分之一，是因为流速沿着管路减少。 (5.14 )、(5.15 )、5.2.4管网类型和水力补正，管网根据版结构分为枝状管网环状管网，图5.6管网，5.2.4管网类型和水力补正，枝状应用：如电厂尤针织面料蒸发制冷用水。 5.2.4管网类型和水力纠正，环形管网定义：管道连接到闭环。 特点：输油管道全长较长，供水可靠

11、，但该管网需要管材多、成本高。 适用：城市供水管网等较大的重要用水单位。5.2.4管网的类型和水力补偿，管网内每个管段的管径：根据产水量和平均流速确定。 在一定的产水量条件下，管径的大小根据所选择的平均速率的大小而不同。 管径选择越小，管路成本越低，流速越大，因此管路水头损失就越大，水泵电功耗就越大。 管径选择过大时，由于流速小，水头损失减少，水泵的营运成本减少，但管路成本提高。 为了解决这个不符点，只能选择合适的平均流速，使供水的总成本达到最小，把这个流速称为经济流速，用Ve表示。 经济流速的选择可参照相关书籍，d=100400mm时，Ve=0.6 0.9m/s d=4001000mm时，V

12、e=0.9 1.4m/s， 请参考5.2.4.1的经验值在修正计算时从管路最末端的分支管阶段性地向主管的起点进行修正，一般的修正步骤如下： (1)根据已知的产水量和经济流速化学基，根据公式，(2)根据选择的管径，根据公式，修正各管段的直径在补正各段水头损失的同时，根据各用水设备的要求，在管网的末端留有一定的压力水头。 5.2.4.1支状网管的水力修正计算，(3)水塔的高度h，(5.16 )，式中，确定从水塔到最不利点的总水头损失，是最高地形水塔的地形水平。 修正算例(省略)。 5.2.4.2在纠正环状网管道水力发电站的环状网时，首先根据地形图决定管网的版结构，决定各个管道段的长度，根据需要决定

13、节点的产水量。 其次由经济流速决定各段的通过产水量，决定各段的管径，补正水头损失。 环形管网的纠正运算必须遵循两个原则： (1)流入各节点的话务量等于流出的话务量。 (2)在任一闭环内，水流从一个节点流向另一个节点时，两个方向的水头损失必须相等。 5.3节流孔流出、节流孔流出定义：容器侧壁或底部打开一个节流孔，节流孔形状规则，液体从节流孔流入另一部分流体。分类自由流出：液体通过节流孔的流出直接与大气接触而被水淹没流出：流入满液流的空间的节流孔径小于节流孔前水头或节流孔前后水头差的十分之一，称为小节流孔的流出，否则为大节流孔的流出。 节流孔具有尖溜溜边缘，器壁厚不影响节流孔的流出形状和流出条件时

14、，即壁厚3的厚壁节流孔根据喷嘴的流出进行考虑，因此在下一节进行讨论。 5.3.1分为薄壁小节流孔定常流出、小节流孔自由流出和淹没流出.5.3.1.1小节流孔自由流出、图5.8薄壁小节流孔自由流出、c-c截面称为收缩截面，收缩截面的面积为Ac，节流孔的面积为a，5.3.1.1小水流从各个方向集中出射到节流孔，在惯性的作用下，液流的流线不发生急剧变化，形成光滑曲线，从节流孔离开约d/2的ccc断面收缩，流入大气。 以通过节流孔中心的水平面00为基准面，写出上游与缓变流一致的00断面及收缩断面cc的能量方程式(5.19 )，由于cc断面的水流与大气接触，因此Pc=Pa。 由于节流孔的流出是以极短的流

15、动进行的，所以可以只计算流过节流孔的局部阻力，即，只计算节流孔流出的局部阻力系数。 由于是小节流孔，所以流速分布均匀，能够设为a0=a c=1.0，因此式(5.19 )能够称为流速系数，当小的通讯端口自由地流出时，式(5.20 )为(5.21 ) 由于行近流速v0小，与vc相比可以忽略，所以vc、(5.23 )、(5.24 )、H0是考虑到近流速时的水头，被称为作用水头或有效水头。 5.3.1.1小孔口自由流出，式(5.23 )、(5.24 )是薄壁小孔口稳定水头自由流出产水量定计算的基本关系式。 小孔的流出能力与作用水头或成比例，表明该规则适用于任何形式的小孔的流出。 但是，根据节流孔的形状不同，电阻也不同，截面收缩也不同，即产水量系数不一定。 根据使薄壁圆形的小节流孔收缩为一盏茶时的实验，、5.3.1.1小节流孔自由流出，5.3.1