流体第5章管路管嘴

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1、第5章有压管流和孔口、管嘴出流5.2管网的水力计算基础5.1简单管路的水力计算5.3孔口出流5.4管嘴出流第5章有压管流和孔口、管嘴出流前几章叙述了流体运动的基本规律，本章将利用这些规律解决工程上常见的水力计算问题。有压管流是管道被液体充满，无自由表面的流动。在管路的计算中，按管路的结构常分为简单管和复杂管。简单管又可分为长管和短管，复杂管包括串联管、并联管、连续出流管等。由多个复杂管可构成管网。孔口及管嘴出流是一个有广泛应用的实际问题，例如水处理工程中的供水、水利工程中的泄水闸泄水、水力采矿用的水枪、通航船闸闸室的充水和泄水等。5.1简单管路的水力计算

2、简单管路：直径不变，无支管分出，即流量沿程不变。简单管路是管路中最简单的一种情况，是计算各种管路的基础。管路中的能量损失：沿程损失；局部损失。管路分类依据：沿程损失和局部损失所占比例。类型：短管、长管。5.1简单管路的水力计算短管管路中局部损失与速度水头之和超过沿程损失或与沿程损失相差不大，在计算时不能忽略局部损失与速度损失。长管管路中局部损失与速度水头之和与沿程损失相比很小，以至于可以忽略不计。5.1.1短管的水力计算水泵的吸水管、虹吸管、液压传动系统的输油管等，都属于短管，它们的局部阻力在水力计算时不能忽略。短管的水力计算没有什么特殊的原则，主要是如

3、何运用前一章的公式和图表。[例题5.1]水泵管路如图5.1所示，铸铁管直径d=150mm，管长l=180m，管路上装有吸水网（无底阀）一个，全开截止阀一个，管半径与曲率半径之比为r/R=0.5的弯头三个，高程h=100m，流量Q=225m3/h，水温为20℃。试求水泵的输出功率。图5.1水泵管路5.1.1短管的水力计算[解]当t=20℃时，查表得水的运动粘度铸铁管△=0.30mm，故管中流体的流动状态为过渡区。先用阿里特苏里公式求λ的近似值5.1.1短管的水力计算再将此值代入柯列布茹克公式的右端，从其左端求λ的第二次近似值，于是与第一次近似值相差不多，即

4、以此值为准。由已知条件可知，局部阻力系数为：吸水网ξ1=6，进口ξ2=0.5，弯头ξ3=0.294×3，截止阀ξ4=3.9，出口ξ5=1。因此局部阻力的当量管长为5.1.1短管的水力计算水泵的扬程最后得水泵的输出功率为5.1.2长管的水力计算如图5.2所示，由水池接出一根长为l，管径为d的简单管路，水池的水面距管口的高度为H。现分析其水力特点和计算方法。图5.2简单长管5.1.2长管的水力计算以0-0作为基准面，写出1-1和2-2断面的总流伯努利方程上式中，因为是长管，忽略局部阻力和速度水头，则，故（5.1）5.1.2长管的水力计算上式表明，长管的全部水

5、头都消耗于沿程损失中，总水头线与测压管水头线重合。此时管路的沿程阻力可用蔡西公式计算，即上式是工程中长管水力计算的基本公式，式中流量模数（也称特性流量）K为（5.2）5.1.2长管的水力计算阻力系数与蔡西系数c的关系为c值可按巴甫洛夫斯基公式计算，即式中n为管壁的粗糙系数，公式的适用范围为。（5.3）（5.4）或5.1.2长管的水力计算对于一般输水管道，常取y=1/6，即曼宁公式管壁的粗糙系数值随管壁材料、内壁加工情况以及铺设方法的不同而异。一般工程初步估算时可采用表5.1数值。（5.5）5.1.2长管的水力计算序号壁面种类及状况1安装及联接良好的新制清

6、洁铸铁管及钢管；精刨木板0.01112混凝土和钢筋混凝土管道0.01253焊接金属管道0.0124铆接金属管道0.0135大直径木质管道0.0136岩石中不衬砌的压力管道0.025~0.047污秽的给水管和排水管；一般情况下渠道的混凝土面0.0145.1.2长管的水力计算因流量模数K是管径d及壁面粗糙系数n的函数，因此对不同粗糙度及不同直径的管道，可预先将流量模数K的值列成表，以方便水力计算，如表5.2所示。根据式（5.2）可解决下列三类问题：（1）当已知流量Q、管长l、管壁粗糙系数n及能量损失时，可通过流量模数K求出管道直径d；（2）当已知流量Q、管长

7、l和管径d时，可求出能量损失；（3）当已知管长l、管径d和能量损失时，可求出流量Q。5.1.2长管的水力计算[例题5.2]已知管中流量，管路长，作用水头。如用新的铸铁管，求此管径是多少？[解]此题属于上述第一类问题，先求出流量模数K，再确定管径d。查表5.2，当n=0.0111，K=2283L/s时，所需管径在350mm和400mm之间，可用插值法确定。5.1.2长管的水力计算也可以利用标准管，做成两种直径（350mm和400mm）串联起来的管路，这将在下一节介绍。5.2管网的水力计算基础30管网：实际管路通常将许多简单管路组合，构成一网状系统。简单管路

8、通过组合后变成了复杂管路，其水力计算通常按长管计算。复杂管路分为：串联管路；并联