流体力学水力学孔口和管嘴出流与有压管流.ppt

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1、第五章孔口和管嘴出流与有压管流2021/8/271§1孔口出流与管嘴出流的基本概念2021/8/272§1孔口出流与管嘴出流的基本概念一、孔口出流的分类水流从容器壁上的孔中流出的现象称为孔口出流。(一)按孔口大小按孔口的直径d与孔口形心点以上的水头H之比分：2021/8/273§1孔口出流与管嘴出流的基本概念1.小孔口出流若，这种孔口称为小孔口，其孔口断面上各点水头可近似地认为相等，且均为H。2.大孔口出流若，这种孔口称为大孔口，大孔口断面上各点的水头不等，必须分别情况予以分析。2021/8/274(二)按孔口位置

2、1.自由出流当液体经孔口流入大气中的出流为自由出流。2.淹没出流液体经孔口流入下游液体中的出流为淹没出流。2021/8/275(三)按孔口边壁的厚度1.薄壁孔口出流具有尖锐薄边缘的孔口，出流液体与孔口仅为线接触的孔口出流称为薄壁孔口出流。2.管嘴出流孔口具有一定厚度，或在孔口上连接的短管长度为孔径的3-4倍时，出流时液体与孔口呈面接触。2021/8/276(四)按水位变化1.恒定出流若水箱中的水位保持不变，则为恒定出流。2.非恒定出流若水箱中的水位在流动过程中随时间而变化则为非恒定出流。2021/8/277二、有压

3、管流的分类水沿管道满管流动的水力现象。其特点为：水流充满管道过水断面，管道内不存在自由水面，管壁上各点承受的压强一般不等于大气压强。按沿程损失和局部损失的比重，将有压管流分为短管和长管。2021/8/278长管：凡局部阻力和出口速度水头在总的阻力损失中，其比例不足5％的管道系统，称为水力长管，也就是说只考虑沿程损失。2021/8/279§2有压管流的水力计算一、短管的水力计算所谓短管是指局部水头损失和流速水头之和占沿程水头损失的5%以上，在计算时两者不能被忽略的管道，它又分为自由出流和淹没出流。(一)自由出流的基本

4、公式右图为短管自由出流示意图，短管的长度为l，直径为d，根据伯努利方程推导基本公式：vH2021/8/2710vOO1122H伯努利方程：=0=H00=0==2021/8/2711上式表明，短管的总水头H一部分转化成水流动能，另一部分克服水流阻力转化成水头损失hw1-2。因则2021/8/2712则令—短管自由出流的流量系数则这就是短管自由出流的水力计算的基本公式。2021/8/2713伯努利方程：=0=H00=0==(二)短管淹没出流11OOv22H02021/8/2714上式表明，短管的总水头H一部分转

5、化成水流动能，另一部分克服水流阻力转化成水头损失hw1-2。因则2021/8/2715则令—短管淹没出流的流量系数则这就是短管淹没出流的水力计算的基本公式。2021/8/2716(三)短管自由出流与淹没出流计算之异同短管自由出流和淹没出流公式的基本形式相同。两种出流的作用水头不同。管道流量系数不同，但在两种出流的管道长度、直径、沿程阻力和局部阻力均相同时，则因为尽管在淹没出流时中忽略了流速水头，使式中不含1，但淹没中两断面间又多了一个由管口进入下游水池的局部水头损失，而这个水头损失系数ξ=1，故。2021/8/27

6、17ZZs虹吸管是一种压力管，顶部弯曲且其高程高于上游供水水面。其顶部的真空值一般不大于7-8m水柱高。虹吸管安装高度Zs越大，顶部真空值越大。虹吸管的优点在于能跨越高地，减少挖方。虹吸管长度一般不长，故按短管计算。二、短管水力计算实例（一）虹吸水力计算2021/8/27182021/8/2719虹吸输水：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。2021/8/2720ZZs虹吸管是一

7、种压力管，顶部弯曲且其高程高于上游供水水面。其顶部的真空值一般不大于7-8m水柱高。虹吸管安装高度Zs越大，顶部真空值越大。虹吸管的优点在于能跨越高地，减少挖方。虹吸管长度一般不长，故按短管计算。2021/8/27212021/8/2722解：选1-1和2-2断面为计算断面，两断面与大气接触处为计算点，并以2-2为基准面，由伯努利方程得：2021/8/2723解之得：2021/8/2724解：选3-3和2-2断面为计算断面，并以2-2为基准面，由伯努利方程得：2021/8/27252021/8/2726（二）水泵的

8、基本概念及水力计算基本概念：1.扬程H：水泵供给单位重量液体的能量，单位为m水柱。2.有效功率Ne：单位时间内液体从水泵得到的能量，可表示为Ne=γQH3.轴功率：电动机传动给水泵的功率，即输入功率(kw).4.效率η：有效功率与轴功率之比。5.气蚀：当水泵进口处的真空值过大时，水会汽化成气泡并在水泵内受压破裂，周围水流向该点冲击会形成极大局部压强，使水泵损