4第四章有压管中的恒定流PPT优秀课件
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恒压供水系统PPT课件
供水能力QG>用水需求QU，则压力上升； 供水能力QG<用水需求QU，则压力下降； 供水能力QG=用水需求QU，则压力不变。 可见，供水能力与用水需求之间的矛盾反映在流体压力的变化上。 因此，压力可以用来作为控制流量大小的参变量。即保持供水系统中 某处压力的恒定，也就保证了该处的供水能力和用水流量处于平衡状 态，恰到好处地满足了用户所需的用水流量。
应求的现象。
传统方法
1 2 3
水塔，就是先用水泵把水抽到高处，然后利用水的压力供水，和 直接用水泵供水有了进一步提高。但是这种方法把水经过两次输 送。输送过程中不可避免的造成二次污染，影响居民健康。所以 这种方法不可取。
高位水箱——采取这种方法不但达到了高层楼房用户不因城市水 管压力减小而用不到水的目标，也尽量避免了水源的二次污染。 可它的投资成本价高。居民负担加重，所以不可取。
• 恒压供水泵站一般需要设多台水泵及电机，这比设单台水泵电机节能而可靠。配单台电机及水泵 时，它们的功率必须足够大，在用水量少时来开一台大电机肯定是浪费的，电机选小了用水量大 时供水量则相应的会不足。而且水泵与电机维修的时候，备用泵是必要的。而恒压供水的主要目 标是保持管网水压的恒定，水泵电机的转速要跟随用水量的变化而变化的，那么这就是要用变频 器为水泵电机供电。在此这里有两种配置方案，一种是为每一台水泵电机配一台相应的变频器， 从解决问题方案这个比较简单和方便，电机与变频器间不须切换，但是从经费的角度来看的话这 样比较昂贵。另一种方案则是数台电机配一台变频器，变频器与电机间可以切换的，供水运行时， 一台水泵变频运行，其余的水泵工频运行，以满足不同的水量需求。
供水系统方案图
主电路图
压力传感器
扩散硅压力传感器原理及应用 工作原理被测介质的压力直接 作用于传感器的膜片上（不锈 钢或陶瓷），使膜片产生与介 质压力成正比的微位移，使传 感器的电阻值发生变化，和用 电子线路检测这一变化，并转 换输出一个对应于这一压力的 标准测量信号。
应求的现象。
传统方法
1 2 3
水塔，就是先用水泵把水抽到高处，然后利用水的压力供水，和 直接用水泵供水有了进一步提高。但是这种方法把水经过两次输 送。输送过程中不可避免的造成二次污染，影响居民健康。所以 这种方法不可取。
高位水箱——采取这种方法不但达到了高层楼房用户不因城市水 管压力减小而用不到水的目标，也尽量避免了水源的二次污染。 可它的投资成本价高。居民负担加重，所以不可取。
• 恒压供水泵站一般需要设多台水泵及电机，这比设单台水泵电机节能而可靠。配单台电机及水泵 时，它们的功率必须足够大，在用水量少时来开一台大电机肯定是浪费的，电机选小了用水量大 时供水量则相应的会不足。而且水泵与电机维修的时候，备用泵是必要的。而恒压供水的主要目 标是保持管网水压的恒定，水泵电机的转速要跟随用水量的变化而变化的，那么这就是要用变频 器为水泵电机供电。在此这里有两种配置方案，一种是为每一台水泵电机配一台相应的变频器， 从解决问题方案这个比较简单和方便，电机与变频器间不须切换，但是从经费的角度来看的话这 样比较昂贵。另一种方案则是数台电机配一台变频器，变频器与电机间可以切换的，供水运行时， 一台水泵变频运行，其余的水泵工频运行，以满足不同的水量需求。
供水系统方案图
主电路图
压力传感器
扩散硅压力传感器原理及应用 工作原理被测介质的压力直接 作用于传感器的膜片上（不锈 钢或陶瓷），使膜片产生与介 质压力成正比的微位移，使传 感器的电阻值发生变化，和用 电子线路检测这一变化，并转 换输出一个对应于这一压力的 标准测量信号。
有压管中的恒定流
解:
(1) 扬程 Ht =Z +hw1 +hw2
∴ Ht=18+2.83+3.23=24.06m
(2) 安装高程 hs
根据题意
(3) 绘水头线
Z
例：水泵管路如图所示，铸铁管直径d=150mm，长度
，管路上装有滤水网 与曲率半径之比为 ， 流量 试求水泵输出功率 ，水温 。 一个，全开截止阀一个，管半径 的弯头三个，高程 h =100 m
截止阀
得局部阻力的当量管长
， 滤水网
，出口
，于是
管路总阻力长度
将
代入
公式中可得
水泵扬程
最后得水泵输出功率
6、 复杂管道水力计算
1、串联管道
2、并联管道
3、分叉管道
4、沿程泄流管
5、管网
串联管道的水力计算
H H
Q1
q1 Q2
q2 Q3
Q1
q1 Q2
q2 Q3
按短管计 各管段的联接点水流符合连续性方程： 水流满足能量方程：
z 求:管径
解:
采用试算法,可得d=0.53m
例: 离心泵,已知Q=0.02m3/s, 提水高度
z=18m, l吸=8m, l压=20m, d吸=d压
=100mm, λ=0.042, <7mH2O, ζ弯=0.17, ζ进=5。 求:(1) 扬程 H1, Z
pv /ρg
(2) 安装高程 hs
hs
三、已知管线布置和输水流量，求输水管径d 。
对于长管： 按求得的流量模数，即可由4－1确定所需 的管道直径。 对于短管： 上式中μc与管径d有关，所以需要试算。
四、已知流量和管长，求管径d和水头H； 这是工程中常见的实际问题。通常是从技术和经 济两方面综合考虑，确定满足技术要求的经济流速。 有了经济流速就可以求出管径，这样求水头H即转化 为第二类问题。 五、对于一个已知管道尺寸、水头和流量的管道，要求 确定管道各断面压强的大小。 根据能量方程，管路中任意断面处的测压管水头 为：
《水力学》第四章 有压管中的恒定流.
2
4-1 简单管道水力计算的基本公式
简单管道：指管道直径不变且无分支的管道。
简单管道的水力计算可分为自由出流和淹没出流。
一、自由出流
对1-1断面和2-2断面 建立能量方程
v0 称为行近流速
H
1v02
2g
2v2
2g
hw12
令 H 1v02
2g
H0
且因
hw12 hf hj
流的粗糙区或过渡粗糙区。可近似认为当v＜1.2m/s时，
管流属于过渡粗糙区，hf约与流速v的1.8次方成正比。故
当按常用的经验公式计算谢齐系数C求hf应在右端乘以修
正系数k，即
H
hf
k
Q2 K2
l
管道的流量模数K，以及修正系数k可根据相关手册资料
得到。
11
12
13
例4-1 一简单管道，如图4-3所示。长为800m，管径 为0.1m，水头为20m，管道中间有二个弯头，每个弯头的 局部水头损失系数为0.3，已知沿程阻力系数λ＝0.025，试 求通过管道的流量。
Z
l d
淹
注：1 自＝淹 8
以上是按短管计算的情况。如按长管的情况，忽略
局部水头损失及流速水头损失。有
H
hf
l
d
v2 2g
水利工程的有压输水管道水流一般属于紊流的水力粗糙
区，其水头损失可直接按谢齐公式计算，用 8g 则
C2
H
8g C2
l d
v2 2g
8gl C 2 4R
Q 0.0703 3.14 0.12 19.6 20 0.01093 m2 / s
4-1 简单管道水力计算的基本公式
简单管道：指管道直径不变且无分支的管道。
简单管道的水力计算可分为自由出流和淹没出流。
一、自由出流
对1-1断面和2-2断面 建立能量方程
v0 称为行近流速
H
1v02
2g
2v2
2g
hw12
令 H 1v02
2g
H0
且因
hw12 hf hj
流的粗糙区或过渡粗糙区。可近似认为当v＜1.2m/s时，
管流属于过渡粗糙区，hf约与流速v的1.8次方成正比。故
当按常用的经验公式计算谢齐系数C求hf应在右端乘以修
正系数k，即
H
hf
k
Q2 K2
l
管道的流量模数K，以及修正系数k可根据相关手册资料
得到。
11
12
13
例4-1 一简单管道，如图4-3所示。长为800m，管径 为0.1m，水头为20m，管道中间有二个弯头，每个弯头的 局部水头损失系数为0.3，已知沿程阻力系数λ＝0.025，试 求通过管道的流量。
Z
l d
淹
注：1 自＝淹 8
以上是按短管计算的情况。如按长管的情况，忽略
局部水头损失及流速水头损失。有
H
hf
l
d
v2 2g
水利工程的有压输水管道水流一般属于紊流的水力粗糙
区，其水头损失可直接按谢齐公式计算，用 8g 则
C2
H
8g C2
l d
v2 2g
8gl C 2 4R
Q 0.0703 3.14 0.12 19.6 20 0.01093 m2 / s
第3-2章：有压管道恒定流
2g
(1 2 h12 19.4 10.66 30.06m)
故H' >H，上游水位壅高至 30.06m。
（3）据题意，管径改变为d‘ >d，则管内流速 改变为υ，由式（1）得
60 80 60 v 2 (0.5 2 0.046 1.0) v 2 8 H 0.0167 d 2g 2g
18
200 1.59)( 25.14 ) 2 8 19.6 或： (0.0167 d d '2 4
整理得 ： 3425.6 1632.89d 156.8d 5 0 用试算法解此一元五次方程，得
d 2.135m
如采用成品管材，则查产品规格选略大于d'的管道。 由于管径的改变，R、C、均随之变化，所以如作精确计
K AC R
流量模数 与流量具有相 同的量纲
21
给水管道中流速一般不太大，可能属于紊流粗 糙区或过渡粗糙区。可近似认为：管中流速υ < 1.2 m/s时，管中液流属过渡粗糙区，水头损失约与流速
的1. 8 次方成正比。
故当按经验公式计算谢才系数，按上式直接求 水头损失hf 时， 应进行修正，即：
hf
hf l
2
C R
2
l
即：
Q2 Q2 H hf 2 l 2 2 l 2 l C R C AR K
2
Q H hf 2 l K
2
20
长管:作用水头全部用于支付沿程损失。 式中：K为流量模数，其物理意义为 J 1 时的流量。 它综合反应管道断面形状、大小和边壁粗糙等特性对 管道输水能力的影响。可由 d 查表得。
第3-2章 有压管道恒定流
一、概念
(1 2 h12 19.4 10.66 30.06m)
故H' >H，上游水位壅高至 30.06m。
（3）据题意，管径改变为d‘ >d，则管内流速 改变为υ，由式（1）得
60 80 60 v 2 (0.5 2 0.046 1.0) v 2 8 H 0.0167 d 2g 2g
18
200 1.59)( 25.14 ) 2 8 19.6 或： (0.0167 d d '2 4
整理得 ： 3425.6 1632.89d 156.8d 5 0 用试算法解此一元五次方程，得
d 2.135m
如采用成品管材，则查产品规格选略大于d'的管道。 由于管径的改变，R、C、均随之变化，所以如作精确计
K AC R
流量模数 与流量具有相 同的量纲
21
给水管道中流速一般不太大，可能属于紊流粗 糙区或过渡粗糙区。可近似认为：管中流速υ < 1.2 m/s时，管中液流属过渡粗糙区，水头损失约与流速
的1. 8 次方成正比。
故当按经验公式计算谢才系数，按上式直接求 水头损失hf 时， 应进行修正，即：
hf
hf l
2
C R
2
l
即：
Q2 Q2 H hf 2 l 2 2 l 2 l C R C AR K
2
Q H hf 2 l K
2
20
长管:作用水头全部用于支付沿程损失。 式中：K为流量模数，其物理意义为 J 1 时的流量。 它综合反应管道断面形状、大小和边壁粗糙等特性对 管道输水能力的影响。可由 d 查表得。
第3-2章 有压管道恒定流
一、概念
流体力学ppt课件-流体动力学
g
g
2g
水头
，
z
p
g
v2
2g
总水头， hw 水头损失
第二节 热力学第一定律——能量方程
水头线的绘制
总水头线
hw
对于理想流体，总水
1
v12 2g
2
v22 2g
头线是沿程不变的，
测压管水头线
p2
为一水平直线，对于
g
实际流体，总水头沿 程降低，但测压管水
p1 g
头线沿程有可能降低、
z2
不变或者升高。
z1
v2 A2 e2
u22 2
gz2
p2
v1A1 e1
u12 2
gz1
p1
微元流管即为流线，如果不 可压缩理想流体与外界无热 交换，热力学能为常数，则
u2 gz p 常数
2
这个方程是伯努利于1738年首先提出来的，命名为伯努利 方程。伯努利方程的物理意义是沿流线机械能守恒。
第二节 热力学第一定律——能量方程
皮托在1773年用一根弯成直角的玻璃管，测量了法国塞纳河 的流速。原理如图所示，在液体管道某截面装一个测压管和 一个两端开口弯成直角的玻璃管（皮托管），皮托管一端正 对来流，一端垂直向上，此时皮托管内液柱比测压管内液柱 高h，这是因为流体流到皮托管入口A点受到阻滞，速度降为 零，流体的动能变化为压强势能，形成驻点A，A处的压强称 为总压，与A位于同一流线且在A上游的B点未受测压管的影 响，其压强与A点测压管测得的压强相等，称为静压。
第四章 流体动力学
基本内容
• 雷诺输运公式 • 能量方程 • 动量方程 • 流体力学方程应用
第一节 雷诺输运方程
• 前面解决了流体运动的表示方法,但要在流 体上应用物理定律还有困难.
第四章 恒定总流基本方程
z1
pg1
1v12
2g
z2
pg2
2v22
2g
hw
P32
教师：朱红钧
2、恒定总流伯努利方程的适用条件
（1）恒定流； （2）不可压缩流体； （3）质量力只有重力； （4）所选取的两过流断面必须是渐变流（或均匀流）断面
但两过流断面间可以是急变流。 （5）总流的流量沿程不变。 （6）两过流断面间除了水头损失以外，总流没有能量的输 入或输出。
流前，先分析元流流动，然后将元流积分就可推
广到总流。
元流 总流
P8 教师：朱红钧
2、控制断面恒选在渐变流上
什么是渐变流呢?
在总流分析法中，其控制断面恒取在渐变流， 或其极限情况（均匀流）。
想一想 为什么控制断面恒选在渐变流上？
为什么不能选在急变流段呢？
P9
教师：朱红钧
非均匀流中如流动变化缓慢，流线的曲率半径很大，接近 平行为渐变流（Gradually Varied Flow），否则为急变流 （Rapidly Varied Flow）。
际
zA
pA
g
uA2 2g
zB
pB
g
0 hw
Δh
H
0
0
应
令
uA
u
及
hw
u2 2g
u AB
式中 称为水头损失因数，由实验确定，图毕4-6托毕管托管的测速原理
用
值大于0且接近于0。
P36
教师：朱红钧
则
u 1
1
2g[(zB
pB
g
)
流体力学第四章能量方程ppt完美版
tCV u 2 g d z V CS v n u 2 g d z A Cp S n v dA
pnvd A pnd v A vdA
CS
CS
CS
为0
管道流动
tCV u v 2 2 g d z V CS v n u v 2 2 g z p d A 0
例题
• 自然排烟锅炉，烟囱直径d=1m，烟气流
量Q=7.135m3/s。烟气密度ρ=1.2kg/m3
，烟囱的压强损失Pl=0.035（H/d）（ v2/2g），为使烟囱底部入口断面的真空度
不小于10mm水柱。求烟囱的高度。
2
H
1
例题
• 消防喷枪如图所示，已知管道直径
d1=150mm，喷嘴出口直径d2=50mm， 测得水管相对压强为105Pa， （1）如果倾斜角为30度，求射程高度h； （2）要使射程高达h=6m，则倾斜角是多少？
总流的伯努利方程与元流的伯努利方程区别 （1）z1、z2——总流过流断面上同一流线上的两个 计算点相对于基准面的高度； （2）p1、p2——对应z1、z2点的压强（同为绝对压 强或同为相对压强）； （3）v1a、v2a——断面的平均流速
计算点相对于基准面的高度；
流体力学第四章能量方程
11黏性流体总流的伯努利方程
A
gv z
p g
dA
gq V z
p g
缓变流，Z+P/ρg为常数
A
gv
v2 dA
2g
1 A
3
A
v va
dA gq V
v2 a
2g
gq V
v2 a
2g
3
1 A
A
v va
dA
流体力学第四章ppt课件
对于定常无旋运动，式（4－3）括弧内的函数
不随空间坐标ｘ，ｙ，ｚ和时间ｔ变化，因此
它在整个流场为常数。精选课件
10
U p V2 C
2
(通用常数)
对于理想、不可压缩流体、在重力作用下的 定常无、旋运动，因Ｕ＝－ｇｚ，上式可写成
p V2
z
C
(通用常数)
2g
上式为上述条件下的拉格朗日积分式，Ｃ在
整个流场都适用的通用常数，因此它在整个流场
建立了速度和压力之间精的选课件关系。
11
若能求出了流场的速度分布（理论或实验的 方法），就能用拉格朗日积分式求流场的压力分 布，再将压力分布沿固体表面积分，就可求出流 体与固体之间的相互作用力。
应用拉格朗日积分式，可解释许多重要的物
理现象：如机翼产生升力的原因；两艘并排行
U 2
2
g
近似代替 20
适用于有限大流束的伯努利方成为：
z p U2 const
2g
或
z1p1U 21g2 z2p2
U22 2g
方程适用条件：
（13） （14）
（１）理想流体，定常流动；
（２）只有重力的作用；
（３）流体是不可压缩的；
（4）１.２截面处流动须是渐变流。但1.2两断
面间不必要求为渐变流精动选课件。
驶而又靠得很近的船舶为什么会产生互相吸引
的“船吸现象”；以及在浅水航道行驶的船舶为
什么会产生“吸底现象”等等。
精选课件
12
讨论： 1. 如果理想、不可压缩流体作定常、无旋流
动且只有重力作用时，同一水平面上的两 点，其速度和压力的关系如何？ 2. 两艘并排行驶而又靠得很近的船舶为什么会产 生互相吸引的“船吸现象”。
有压管道恒定流
第四章 有压管道恒定流第一节 概述前面我们讨论了水流运动的基本原理,介绍了水流运动的三大方程,水流形态和水头损失,从第五章开始,我们进入实用水利学的学习,本章研究有压管道的恒定流.一. 管流的概念1.管流是指液体质点完全充满输水管道横断面的流动，没有自由水面存在。
2.管流的特点.①断面周界就是湿周，过水断面面积等于横断面面积；②断面上各点的压强一般不等于大气压强，因此，常称为有压管道。
③一般在压力作用而流动.1.根据出流情况分自由出流和淹没出流管道出口水流流入大气，水股四周都受大气压强作用，称为自由出流管道。
管道出口淹没在水面以下，则称为淹没出流。
2.根据局部水头损失占沿程水头损失比重的大小，可将管道分为长管和短管。
在管道系统中，如果管道的水头损失以沿程水头损失为主，局部水头损失和流速水头所占比重很小（占沿程水头损失的5%～10%以下），在计算中可以忽略，这样的管道称为长管。
否则，称为短管。
必须注意，长管和短管不是简单地从管道长度来区分的，而是按局部水头损失和流速水头所占比重大小来划分的。
实际计算中，水泵装置、水轮机装置、虹吸管、倒虹吸管、坝内泄水管等均应按短管计算；一般的复杂管道可以按长管计算。
3. 根据管道的平面布置情况，可将管道系统分为简单管道和复杂管道两大类。
简单管道是指管径不变且无分支的管道。
水泵的吸水管、虹吸管等都是简单管道的例子。
由两根以上管道组成的管道系统称为复杂管道。
各种不同直径管道组成的串联管道、并联管道、枝状和环状管网等都是复杂管道的例子。
工程实践中为了输送流体，常常要设置各种有压管道。
例如，水电站的压力引水隧洞和压力钢管，水库的有压泄洪洞和泄洪管，供给城镇工业和居民生活用水的各种输水管网系统，灌溉工程中的喷灌、滴灌管道系统，供热、供气及通风工程中输送流体的管道等都是有压管道。
研究有压管道的问题具有重要的工程实际意义。
有压管道水力计算的主要内容包括：①确定管道的输水能力；②确定管道直径；③确定管道系统所需的总水头；④计算沿管线各断面的压强。
孔口,管嘴恒定出流和有压管道恒定流
解： 有压涵管出流相当于短管淹没出流问题。
QA 2gH
Q
1
2gH 1d2
l
4
d1
2
3
4
代入已知数据，化简得：
d 5 0 .70 d 0 8 .39 7 0 18 用试算法得： d1.01m8
取标准值： d1m
虹吸管和水泵装置的水力计算
例5-4,如图，虹吸管越过山丘输水。虹吸管
l=lAB+lBC=20+30=50m,d=200mm。两水池水位差 H=1.2m，已知沿程阻力系数λ =0.03，局部水头 损失系数：进口ζe=0.5 ,出口ζs=1.0 ,弯头1的 ζ1 =0.2。弯头2、3的ζ2 = ζ3 =0.4，弯头ζ4 =0.3，B点高出上游水面4.5m，试求流经虹吸管的 流量Q和虹吸管顶点B的真空度。
c
4
0.42m 2 5 /s4
已知流量Q,管道长度l，管径d，沿程阻力系数 λ ，局部水头损失的组成，求作用水头H。
例5-2 水箱供水，l=20m，d=40mm， λ=0.03 ，
总局部水头损失系数为15。求流量Q=2.75L/s时 的作用水头H。
解：
Q 2.7 51 03
vd2 0.0242.18m8/s
同的两个弯头局部水头损失系数为0.25，闸门 全开的局部水头损失系数为0.12，沿程阻力系
数λ=0.03 ，求闸门全开时通过管道的流量Q。
解：先计算流量系数
1
c 1 l
d
1
0.2417
c 10.0 3200 0.520.2 50.12
0.4
忽略行近水头，则
Q A2gH 0.241 17 0.4229.810
2g
水力学 第五章_有压管道的恒定流
式中 hw ——为管嘴的水头损失,等于进口损失与收缩断面后的 进口损失与收缩断面后的 扩大损失之和(管嘴沿程水头损失忽略),也就是相 扩大损失之和 当于管道锐缘进口的损失情况. ζn——管嘴阻力系数,即管道锐缘进口局部阻力系数, 一股取ζn =0.5; n ——管嘴流速系数 n = 1 / α + ζ n ≈ 1 / 1 + 0.5 = 0.82 μn——管嘴流量系数,因出口无收缩,故 n = n = 0.82
各种流速下的k值计算,其结果见表5—2. 为了计算方便,编制出各种管材,各种管径的比阻A的计算表 .钢管的 见表 钢管的A见表 见表5-4. 钢管的 见表5—3,铸铁管的 见表 ,铸铁管的A见表 .
2.串联管路 . 由直径不同的几段管路依次连接而成的管路,称为串联 由直径不同的几段管路依次连接而成的管路 管路.串联管路各管段通过的流量可能相同,也可能不同. 根据能量方程得(各管段的流量Q,直径d,流速v不同,整个 整个 串联管路的水头损失应等于各管段水头损失之和): 串联管路的水头损失应等于各管段水头损失之和
= ε = 0.54 × 0.97 = 0.62
2.大孔口的自由出流 大孔口的自由出流
适用上式, Ho为大孔口中心的水头, = ε
中ε较大.
在水利工程中,闸孔出流可按大孔口出流计算,其流量系数列 于表51中.
§5—2 液体经管嘴的恒定出流
1.圆柱形外管嘴的恒定出流 . 圆柱形外管嘴: 圆柱形外管嘴: 在孔口断面处接一直径与孔口直径完全相同 的圆柱形短管,其长度L=(3～4)d. 收缩断面C-C处水流与管壁分离,形成漩涡区;在管嘴出口断 面上,水流已完全充满整个断面. 列 管嘴为自由出流时的 伯努利方程 以通过管嘴断面形心的水平面为 基准面; 基准面; 对 断面 断面0-0 和 管嘴出口断面 b-b列方程.
各种流速下的k值计算,其结果见表5—2. 为了计算方便,编制出各种管材,各种管径的比阻A的计算表 .钢管的 见表 钢管的A见表 见表5-4. 钢管的 见表5—3,铸铁管的 见表 ,铸铁管的A见表 .
2.串联管路 . 由直径不同的几段管路依次连接而成的管路,称为串联 由直径不同的几段管路依次连接而成的管路 管路.串联管路各管段通过的流量可能相同,也可能不同. 根据能量方程得(各管段的流量Q,直径d,流速v不同,整个 整个 串联管路的水头损失应等于各管段水头损失之和): 串联管路的水头损失应等于各管段水头损失之和
= ε = 0.54 × 0.97 = 0.62
2.大孔口的自由出流 大孔口的自由出流
适用上式, Ho为大孔口中心的水头, = ε
中ε较大.
在水利工程中,闸孔出流可按大孔口出流计算,其流量系数列 于表51中.
§5—2 液体经管嘴的恒定出流
1.圆柱形外管嘴的恒定出流 . 圆柱形外管嘴: 圆柱形外管嘴: 在孔口断面处接一直径与孔口直径完全相同 的圆柱形短管,其长度L=(3～4)d. 收缩断面C-C处水流与管壁分离,形成漩涡区;在管嘴出口断 面上,水流已完全充满整个断面. 列 管嘴为自由出流时的 伯努利方程 以通过管嘴断面形心的水平面为 基准面; 基准面; 对 断面 断面0-0 和 管嘴出口断面 b-b列方程.
4.有压管中的恒定流
有压管中的恒定流一、判断题1. 有压长管道是认为水头全部消耗在沿程水头损失上。
（ ）2. 水泵的扬程就是指水泵的提水高度。
（ ）3. 有压管流的水力半径就是圆管的半径。
（ ）4. 并联长管道各管段的流量一定不相等。
（ ）5. 在管道水力计算中，所谓“长管”就是说管很长，所谓“短管”就是管道很短。
（ ）6. 在原条件保持不变的情况下，增加并联支管的条数，可以增大输水总流量。
（ ）7. 串联长管道各管段的水头损失可能相等，也可能不相等。
（ ）8. 管嘴收缩断面的真空度与作用水头成正比，作用水头越大，收缩断面的真空度越大，泄流量也越大。
（ ）9. 计算水头损失时，短管既要考虑局部阻力损失，也要考虑沿程阻力损失，长管计算同样也要考虑这两项损失。
（ ）10. 孔口淹没出流时，孔口淹没越深，其出流的流速和流量就越大。
（ ）11. 对于“长管”，画出的测压管水头线与总水头线重合。
（ ）12. 同一短管，在自由出流和淹没出流条件下，流量计算公式的形式及流量系数μ的数值均相同。
（ ）13. 若两孔口形状、尺寸完全相同，作用水头相同，一个为自由出流，一个为淹没出流，二者的流量是相同的。
（ ）14. 当管道长度L 与作用水头H 之比大于10时，称为长管。
（ ）15. 串联长管道各管段的流量和平均流速均相等。
（ ）16. 并联管道中各支管的单位机械能损失相同，因而各支管水流的总机械能也相等。
（ ）17. 并联长管道管壁切应力可能相等也可能不相等。
（ ）18. 恒定管流的总水头线沿流程下降，而测压管水头线沿流程可升可降。
（ ）19. 在等直径圆管中一定发生均匀有压流动。
（ ）20. 当有压流是均匀流时，存在正常水深h 0。
（ ）二、选择题1. 公式gRJ τρ=不能用于 （ ）A 、均匀流B 、急变流C 、明渠流D 、管流2. 在图示并联管道中，当流量12v v q q >时，则管段1和管段2的水头损失1f h 与2f h 的关系是A 、12f f h h >B 、 12f f h h <C 、 12f f h h =D 、无法确定3. 有压管道的管径d 与管流水力半径的比值d /R =（ ）A 、8B 、4C 、2D 、14. 等直径圆管中紊流的过流断面流速分布是 （ ）A 呈抛物线分布B 、 呈对数线分布C 、呈椭圆曲线分布D 、呈双曲线分布5. 虹吸管正常工作，其顶部的真空值一般不大于（ ）水柱高。
孔口、管嘴出流和有压管流
对于同样的作用水头 H0，圆柱形外管嘴的流量是孔口 流量的1.32 倍。当作用水头相同、直径相同时 ，管嘴出流 中阻力较之孔口出流时要大，但是管嘴出流流量反而比孔口 出流流量要大，这是由于在收缩断面处出现真空的原因。
以图示管嘴出流为例，讨论管嘴水流在收缩断面处的真空
值的大小 ，为此以通过管嘴轴线的水平面为基准面，对收缩断
其他形式的管嘴，如扩散管嘴、收缩管嘴和流线形管嘴 等，不再一一讨论。
例5. 一薄壁锐缘圆形孔口，直径d=10mm，水头H=2m，自由
出流，如图所示。行近流速水头很小，可略去不计。现测得收
缩断面处流束直径dC=8mm；在32.8s时间内经孔口流出的水量
为Q=10×10-3m3/s。试求该孔口的收缩系数ε，流速系数φ，流
Q A
2 gH o
0.62
4
104
2 9.8 5
4.82 103 m3 / s
②δ=40mm时
v n 2gHo 0.82 29.85 8.15 m/s
Q n A
2 gH o
0.82
4
104
2 9.8 5
0.638103 m3 / s
假设：①若池壁厚度δ=40mm；②若池壁厚度δ=3mm。
解 首先分析壁厚δ对出流的影响： 若δ=l=(3-4)d=(30-40)mm ，则为管嘴出流，若δ=<l
便为孔口出流，当δ=3mm时为薄壁孔口出流，当δ=40mm 时为圆柱形外管嘴出流。
①δ=3mm时
v 2gHo 0.97 29.85 9.61 m/s
其次 ，对管嘴长度l也有一定限制。 若l>(3~4)d，则沿程阻力变大，沿程水头损失不容忽略， 应视为有压管流； 若l过短，水流收缩后来不及扩大到整个管口断面便出流， 收缩断面不能形成真空，而不能发挥管嘴作用。
以图示管嘴出流为例，讨论管嘴水流在收缩断面处的真空
值的大小 ，为此以通过管嘴轴线的水平面为基准面，对收缩断
其他形式的管嘴，如扩散管嘴、收缩管嘴和流线形管嘴 等，不再一一讨论。
例5. 一薄壁锐缘圆形孔口，直径d=10mm，水头H=2m，自由
出流，如图所示。行近流速水头很小，可略去不计。现测得收
缩断面处流束直径dC=8mm；在32.8s时间内经孔口流出的水量
为Q=10×10-3m3/s。试求该孔口的收缩系数ε，流速系数φ，流
Q A
2 gH o
0.62
4
104
2 9.8 5
4.82 103 m3 / s
②δ=40mm时
v n 2gHo 0.82 29.85 8.15 m/s
Q n A
2 gH o
0.82
4
104
2 9.8 5
0.638103 m3 / s
假设：①若池壁厚度δ=40mm；②若池壁厚度δ=3mm。
解 首先分析壁厚δ对出流的影响： 若δ=l=(3-4)d=(30-40)mm ，则为管嘴出流，若δ=<l
便为孔口出流，当δ=3mm时为薄壁孔口出流，当δ=40mm 时为圆柱形外管嘴出流。
①δ=3mm时
v 2gHo 0.97 29.85 9.61 m/s
其次 ，对管嘴长度l也有一定限制。 若l>(3~4)d，则沿程阻力变大，沿程水头损失不容忽略， 应视为有压管流； 若l过短，水流收缩后来不及扩大到整个管口断面便出流， 收缩断面不能形成真空，而不能发挥管嘴作用。
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加
2
4-3 （1）两管中通过的流量相同。见课本
P169~P170 （2）两管中各对应点的压强是不同的，通过
定性画总水头线和测压管水头线可以明显 地看出来。
3
4-4 三条泄水管的泄流量相同。因为三条管
均为淹没出流，根据淹没出流的流量公式， 在流量系数、面积及上下游水位差均相等 的情况下，泄流量应相等。
其中
Q V1 A1 1.59m/ s
V2
Q A2
2.84m/
s
h f h f1 h f2 3 .9 1 5 m
19
hj 1V21g2 2V22g2
11
4-3 解：（1）计算水泵最大流量
ZS hv(dl11
)v2
2g
v (hvZS)2g (64.5)29.81.52m/s
d l11
10.03129.3 0.15
Q vA
A 4d 1 23 .4 1 4 0 .1 5 20 .0 1 7 7 m 2
Q m a x 1 .5 2 0 .0 1 7 7 0 .0 2 6 8 m 3 /s
14
4-4 解：钢管取n=0.011
R d 0.05 4
C1R1 6
1
1
0.05655.18
n 0.011
VQ 0.05251.67m/s A 3.140.22 4
C 8g2 585.19.882 0.0258
15
hf d lV 2g 20.02583 0 0 .2 02 1 .6 9 7 .2 85.51 m
17
4-5
解：钢管取n＝0.011
A14d120.0314m2 A24d220.0177m2
R1
d1 4
0.05m
R2
d2 4
0.0375m
C1
1 n
R1/ 6 1
55
C2
1 n
R1/6 2
52.6
1
8g C12
0.026
2
8g C22
0.0283
18
hf hf1hf21d l1 1V 21 g 22d l2 2V 22 g 2
8g C2
0.0245
进口＝0.5 出口＝1.0
9
0 .9 4 6 sin 26 0 2 .0 5 sin 46 0 0 .3 6 5
6 0
2
2
0 .9 4 6 sin 25 0 2 .0 5 sin 45 0 0 .2 3 6
5 0
2
2
cd l1 0 .0 2 4 5 1 0 2 .5 5 0 .3 1 6 5 0 .2 3 6 0 .5 1 0 .3 5
12
（2）计算水池与水井的水位差Z 按短管淹没出流计算
QcA 2gZ
c
1
d l
1
0.378
0.032021
0.15
Z
Q2
0.82m
(cA)22g
13
4-4 钢管输水，流量Q为52.5 L/s，管径d为200mm， 管长L为300m，局部水头损失按沿程水头损失的5％计。
问水塔水面要比管道出口高多少？
hj0.055.510.276m
H 2 V g 2 h f h j 1 2 1 .9 6 .7 8 2 5 .4 7 0 .2 7 6 5 .9 m
16
4-5 用水泵提水灌溉，水池水面高程▽179.5m，河 面水位▽155.0m；吸水管为长4m、直径200mm 的钢管，设有带底阀的莲蓬头及45°弯头一个。 压力水管为长50m，直径150mm的钢管，设有逆 止阀（ζ=1.7）、闸阀（ζ=0.1），45°的弯头各 一个，机组效率为80%；已知流量为50000cm3/s， 问要求水泵有多大扬程？
Q cA2gZ0.68m 3/s
V Q 3 .4 6 m /s 1 .2 m /s属 于 阻 力 平 方 区 A
10
4-3 水泵自吸水井抽水，吸水井与蓄水池用自流管相接，其 水长位L为均2不0m变，，直如径图d所为示15。0m水m泵；安水装泵高吸度水zs管为长4.L51m为；1自2m流，管 直径d1为150mm；自流管与吸水管的沿程阻力系数 λ=0.03；自流管滤网的局部水头损失系数ζ=2.0；水泵底 阀的局部水头损失系数 ζ=9.0；90°弯头的局部水头损失 系数ζ＝0.3；若水泵进口真空值不超过6m水柱，求水泵的 最大流量是多少？在这种流量下，水池与水井的水位差z 将为若干？
4
第四章习题解答
4-1 坝下埋设一预制混凝土引水管，直径D为lm， 长40m，进口处有一道平板闸门控制流量，引水 管出口底部高程 V62.0m，当上游水位为V70.0m， 下游水位为 V60.5m，闸门全开时能引多大流量？
5
4-1 解：本题按短管自由出流计算
混凝土糙率n＝0.014
作用水头H＝70.0-（62.0+D/2）＝7.5m 不 计 行 进 流 速 水 头 ， 则 H 0 H 7 .5 m
短管是指局部水头损失及流速水头在总损失 中占有相当比重，计算实不能忽略的管道。
长管和短管的判别是以局部水头损失和流速 水头小于沿程水头损失的5%则为短管，否则为长 管，不是简单地以管道的长短而论。
如果是短管，想按长管计算，可将局部阻力
系数 按关系式 入到管长中即可。
li d
换算成某一当量长度 l i
7
4-2 倒虹吸管采用500mm直径的铸铁管，长 L为125m，进出口水位高程差为5m，根据 地形，两转弯角各为60°和50°，上下游 渠道流速相等。问能通过多大流量？
8
4-2
解：本题按短管淹没出流计算
铸铁管糙率n＝0.0125
R d 0.125m 4
C 1 R 1 /6 1 0 .1 2 5 1 /65 6 .5 7 n 0 .0 1 2 5
第四章习题解答
4-1 管道中整个过水断面均被液体充满，断
面的周界就是湿周，管道过水断面上各点 的压强可以大于大气压，也可以小于大气 压，周界上的各点均受到液体压强的作用， 无自由表面，这种流动称为有压管流。
其主要水力特征就是没有自由表面。
1
4-2
长管是指水头损失以沿程水头损失为主，其 局部水头损失和流速水头在总损失中所占的比重 很小，计算时可以忽略不计的管道。
R D 0.25m 4
C1R 1/6 1 0.251/656.6
n
0.014
8g C2
0.0245
6
取 0.5
c1d l1 10.0241 54 1 00.50.64
Q cA2gH6.25m 3/s
V Q 6 .2 5 7 .9 6 m /s 1 .2 m /s属 于 阻 力 平 方 区 A 0 .7 8 5