第六章孔口管嘴出流及有压管流

工程流体力学第六章孔口、管嘴和有压管道流动第6章孔口、管嘴和有压管道流动§6.1概述§6.2孔口及管嘴恒定出流§6.3短管的水力计算§6.4长管的水力计算§6.6离心式水泵及其水力计算第6章孔口、管嘴和有压管道流动(4学时）一、本章学习要点1.孔口、管嘴出流的特点。本章为连续性方程、伯努利方程和水头损失规律的具体应用。2.孔口、管嘴出流的水力计算。3.有压管路的连接特点和计算特点。4.有压管路的水力计算。§6.1概述2dl孔口10Hd10Hd小孔口大孔口4~3dl管嘴Hld4dl管路10004dl短管1000dl长管简单管路复杂管路复杂管路串联管路并联管路管网枝状管网环状管网工程实例真空输水：世界上最大直径的虹吸管(右侧直径1520毫米、左侧600毫米),虹吸高度均为八米，犹如一条巨龙伴游一条小龙匐卧在浙江杭州萧山区黄石垅水库大坝上，尤为壮观，已获吉尼斯世界纪录。我国最大的倒虹吸管§6.2孔口及管咀恒定出流一.孔口出流的计算计算特点:0fh出流特点:收缩断面1.自由式出流从1→c建立伯努利方程，有gvgvHccc220000202式中：为孔口流速系数，对于小孔口，97.0gHgHvcc221001cgHAgHAvAQcc22AAc式中：、分别为孔口收缩系数和流量系数，对于小孔口：62.0,64.02.淹没式出流从1→2建立伯努利方程，有gvgvHHcsec22000022021gHAvAQcc2（与自由式出流完全相同）)(2)(2121210HHgHHgvsecse013.影响收缩的因素形状位置二.管嘴出流的计算计算特点:0fh出流特点:在c-c断面形成收缩，然后再扩大，逐步充满整个断面。从1→2建立伯努利方程，有gvgvHn22000022式中：为管嘴流速系数，n82.0ngHgHvnn221nn1gHAAvQn2式中：为管嘴流量系数，n82.0nn在H、d分别相同情况下，与孔口出流比较：nvv孔，但nQQ孔管嘴正常工作条件①dl4~3②mH9一.计算特点1.已知H、d，求Q（校核）§6.3短管的水力计算10004dlmfWhhh二.计算类型2.已知Q、d，求H（设计）3.已知Q、H，求d（设计）水泵吸水管的水力计算三.实例分析计算内容：水泵的安装高度sH从1→2建立伯努利方程，有gvgvgvdlgvpHs222200022222弯进吸gvdlpHs222弯进吸gvdlhv22弯进吸gvdlhHvs22max弯进吸式中：为允许真空度，一般vhOHm287~hv实际的安装高度只要小于或等于，即可。sHmaxsH虹吸管的水力计算计算内容:流量Q的确定及顶部断面真空度的校核。从1→3建立伯努利方程，有gvgvgvgvgvdlH222222222122出弯弯进出弯进dlgHv2gvgvgvdlgvphHpHABBa222222222弯进Q=Av从1→2建立伯努利方程，有gvdlhhppABBva2(222）弯进工程上规定：虹吸管中最大真空度不能超过7~8m水柱。一.计算特点§6.4长管的水力计算1000dl二.计算类型（与短管相同）1.fWhh2.可略去不计gv22三.简单管路H001122ld,,1.定义：d、Q沿程不变的管路，称为简单管路。2.水力关系伯努利方程ffhHhH00000上式说明：全部作用水头均消耗在沿程水头损失上。连续性方程24dQv3.关于的计算fh222SlQgvdlhf24dQv式中称为比阻。dfdgS,852四.串联管路1.定义：由d不同的若干段管顺次联接的管路，称为串联管路。2.水力关系2SlQhHf（能量关系）iiiqQQ1（流量关系）五.并联管路1.定义：在两节点间并设两条以上的管路，称为并联管路，其目的是提高供水的可靠性.2.水力关系iQQ（流量关系）ABffffhhhh321（能量关系）例求通过图示管道A、B、C中的流量和D点的压强。其中dA=dB=150mm，lA=680m，lB=550m，dC=200mm，lC=1300m，λ=0.028，Z1=60m，Z2=40m，Z3=17m。例如图所示长管串联管路ac、cb与串联管路ad、db并联，已知流入此管路系统的流量Q=15cm3/s，液体的运动黏度ν=0.0131cm2/s，内径Dac=Dad=5mm，Dcb=Ddb=10mm，长度Lac=Lad=1000cm，Lcb=Ldb=500cm。试求ab段的沿程水头损失hf。§6-6离心式水泵及其水力计算1．离心式水泵的工作原理2．离心泵性能参数流量Q；扬程H；功率N，水泵的功率又分为轴功率Nx和有效功率Ne；效率η；转速n；允许吸水真空度[hv]。3．水力计算工程中有关水泵的水力计算问题包括：水泵安装高度计算（见§6-3节）；水泵扬程计算及水泵轴功率的确定；水泵工况分析。（1）水泵扬程的确定由伯努利方程可得水泵扬程计算式WgWhHhzzH12上式表明，在管路系统中，水泵的扬程H用于使水提升几何给水高度和克服管路中的水头损失。计算出水泵扬程后，可根据水泵特性曲线求得水泵实际抽水量Q，则水泵的有效功率可由式（6-50）求得，轴功率为exNN（2）水泵工况分析水泵的工况分析即是确定水泵的工作点。水泵工作点是水泵特性曲线与管路特性曲线的交点。水泵性能曲线：在转速n一定的情况下，水泵的扬程H、轴功率Nx、效率η与流量Q的关系曲线。221gAdlR令则上式可表示为2RQHHg以Q为自变量，绘出H~Q关系曲线，即为管路特性曲线。22222122QgAdlHgvgvdlHhHHggWg管路特性曲线：工作点的确定：将水泵性能曲线和管路特性曲线按同一比例绘在同一张图上，两条曲线的交点即为水泵的工作点。水泵的Q~H性能曲线表示水泵在通过流量为Q时，泵对单位重量液体提供的能量为H。管路特性曲线表示使流量Q通过该管路系统，单位重量液体所需要的能量。水泵实际工作点就应是提供与需要相等的点。本章重点掌握1.孔口、管咀恒定出流的水力计算2.有压管路恒定流动的水力计算3.离心式水泵的水力计算