哈工大水力学课件第7章 孔口管嘴出流和有压管流(彩色)

第7章孔口、管嘴出流和有压管流
§7.1 孔口出流
§7.2 管嘴出流
73
§7.3 短管的水力计算
§7.4 长管的水力计算
§7.5 有压管道中的水击
§7.1 孔口出流
：管道中流体在压力差作用下的流动。

有压管流管道中流体在压力差作用下的流动
孔口、管嘴出流：沿流动方向边界长度很小，只需考虑局部损失，不计沿程损失。

短管和长管：沿流动方向有一定的边界长度，流体沿管道满管流动，水头损失包括沿程损失和局部
损失。

两类水头损失在全部损失中所占比重
不同，将管道分为短管和长管。

1
p a g2
1
、自由出流
22αα
孔口流量系收缩断面流速
3、淹没出流H
收缩断
二、孔口的变水头出流
1
1
二、收缩断面的真空
2、管嘴长度限制
对管嘴的长度也有一定限制。

长度过短，流束收缩后来不及扩大到整个出口断面，收缩断面的真空不能形后来不及扩大到整个出口断面收缩断面的真空不能形成，管嘴仍不能发挥作用；长度过长，沿程水头损失不
容忽略，管嘴出流变为短管流动。

3、总结：圆柱形外管嘴正常工作条件
≤9m
作用水头：H
管嘴长度：l = (3~4)d
管嘴长度l(34)
一、有压管流
二、短管概述
1
三、短管水力计算问题
校核计算（验算输水管道的输水能力）：已知H , l, d,管材, 局部阻碍，求Q
局部阻碍求
选泵计算：已知Q, l, d, 管材, 局部阻碍，求H
设计计算：已知Q, H, l, 管材, 局部阻碍，求d
沿线绘制总水头线和测压管水头线
1、虹吸管水力计算
定义：管道轴线的一部分高出无压的上游供水水面，这样的管道称为虹吸管
一水池高于另一水池
形成条件水池高于另水池
虹吸管中充满水
有部分管道高于上游的供水自由液面
有管道高
优点：利用虹吸管输水可跨越高地，减少挖方，便于自动操作，在农田水利和市政工程中广为应用。

例7-1：=20m，d =200mm。

入口==1各弯头l CB 20m，d 200mm。

入口ζA 1，出口ζB 1,各弯头均为0.2，λ=0.025，管顶最大允许真空高度［
h s 列1-1、c-c断面伯努利方程
2、水泵吸水管的水力计算
2，列伯努利方程取吸水池水面1-1和水泵进口断面2-2，列伯努利方程
泵的安装高度
例7-2
直径
直径d=100mm。

沿程阻力系数λ=0.045。

有滤网的底阀
ζ=7.0，直角弯管ζ=0.3。

允许吸水真空高度[h]=5.7m
5.07m
§7.3 短管的水力计算
3、短管直径计算
管道直径的计算，最后化简为解算高次代数方程，难以由公式直接求解，一般可采用试算法，更适于编程电算，见183页【例7-4】。

电算页例
有压涵管就可看作短管，如渠道从路基下穿过等
二、简单管道
2、简单管道的比阻计算方法
8λ2
2
10n
3.
选用通用公式
7-3d=350mm 水塔地面标高▽=6lm 水塔水面距地面d 350mm，水塔地面标高▽16lm，水塔水面距地面的高度
7-4：=6lm =18m 标高▽16lm ，水塔水面距地面的高度H 118m ，车间地面标高▽
三、串联管道（Pipes in Series）
定义
定义：由直径不同的管段顺序联接起来的管道
几根简单管道首尾相连组成串联管道
应用：串联管道常用于沿程向几处输水，经过一段距离便有流量分出，随着沿程流量减少，所采用的管径也相应减小的情况。

节点：
两管段的联结点
1、质量守恒（连续性方程）则若节点处q 1= q 2= …= 0，则Q 1= Q 2= Q 3= …=Q
=2、能量守恒
1++i i i Q q Q 若有流量分出，123123f f f H H H H h h h =++=++222l Q 111222333222a l Q a l Q a =++112233
S Q S Q S Q =++S a l =S i ——管段的阻抗s 2/m 5
i i i
3、串联管道计算公式===2
22112233H S Q S Q S Q =++123 Q Q Q Q
2
2
Q S Q S h H n i
i n fi 串===∑∑11i i ==12n i n
S S S S S ==+++L 1
i =∑串
当串联管道节点无流量分出，通过各管段的流量相等，此时总管路的阻抗等于各管段的阻抗叠加
串联管道总压头为各段压头之和 串联管道的总水头线是一条折线，这是因为各管段的水力坡度不等之故
四、并联管道（Pipes in Parallel ）
定义：
在两节点之间，并联两根以上管段的管道；或几根具有相同起点、终点的简单管道组成，头头相连、尾尾相连
特点：并联管道能提高输送流体的可靠性。

4321Q Q Q q Q A +++=质量守恒计算公式
432H H H H AB ===能量守恒
一般计算公式
Q Q Q Q ++=
例7-4：由水塔向车间供水，铸铁管l=2500m ，水塔地面=6lm =18m 标高▽16lm ，水塔水面距地面的高度H 118m ，车间地面标高▽2=45m ，供水点需要的自由水头H 2=25m ，要求供Q =01m 3解：设d 1= 400mm 的管段长l 1 ，a 1
＝0.230 s 2/m
6水量Q 0.1 m /s ，计算所需管径。

d 2= 350mm 的管段长l 2，a 2＝0.471s 2/m
6222
1122()H SQ alQ a l a l Q
===+12
0.3625000.2300.471l l ×=×+×2500
21=+l l l ＝1151.45m
联立求解上两式得
1l 2＝1348.55m
例7-5：三根并联铸铁输水管道由节点分出，并在节点重＝0.07m 3=200m =150m =200m 新会合。

Q 0.07 m /s ，管长l 1200m ，l 2150m ，l 3200m ；直径d 1=100mm ，d 2=150mm ，d 3=100mm 。

试求各并联管段的流量及AB 间的水头损失。

段的流及间的水头损失解：d 1=100mm ，d 2= 150mm , d 3= 100mm =a =375s 26a =430s 26
a 1= a 3= 375 s /m ,a 2= 43.0 s /m 由能量方程得
2
22
111
222
333
AB H a l Q a l Q a l Q
===2221
2
3
37520043.0150375200Q Q Q
×=×=×3.41==13
21
Q Q Q Q 1231
5.41Q Q Q Q Q ++==/Q 1=Q 3
=0.013 m 3/s ，
Q 2
=0.044 m 3/s
2
2
0013=126m
333
3752000.013=12.6m fAB h a l Q ==××
一、水击现象的基本概念(Water-hammer Phenomena)
在有压管道系统中，由于某一管路中的部件工作状
态的突然改变，就会引起管内液体流速的急剧变化，态的突然改变就会引起管内
同时引起液体压强大幅度波动，这种现象称为水击
现象。

现象
管内液体流速的变化是发生水击的条件；
发生水击的内在原因液体本身具有惯性和压缩性则是发水击的内在原因
+
三、水击的计算。