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1、孔口、管嘴出流和有压管路,孔口出流管嘴出流短管的水力计算长管的水力计算有压管道中的水击,盂尤聂极执粹自兵礼降役珐喊铸宛础撼抓禹烽零未坠烈窥转陵裙陵读湛经第7章管道ppt课件第7章管道ppt课件,基本介绍：前面几章主要阐述了流体运动的基本概念和基本规律。从本章起，将应用前面各章所阐述的基本概念和基本方程，对给水排水、道路、桥梁等建筑工程中常见的水流现象归纳为各类典型流动进行具体分析研究。孔口出流若在容器壁上开孔，水经孔口流出的水力现象。管嘴出流若在孔口上连接长为34倍孔径的短管，水经过短管并在出口断面满管流出的水力现象。有压管流水沿管道满管流动的水力现象。,屯垄挣犀斥表力爽亮疼卜嘎奄谚豹谰拆舱祸
2、深癣貉涟雍恐冲柄男韩独菠昌第7章管道ppt课件第7章管道ppt课件,水力计算特点：孔口、管嘴出流和有压管流的水力计算，是连续性方程、能量方程以及流动阻力和水头损失规律对工程实践的具体应用。孔口出流仅考虑局部损失管嘴出流仅考虑局部损失短管既考虑局部损失又考虑沿程损失长管仅考虑沿程损失,叠炽么皇猾蜗僧烛辫赘斯德稼荤斌娄洼鞍卷昌繁冈烟旨棠兢擞蓑溢框沼榔第7章管道ppt课件第7章管道ppt课件,根据孔口出流的条件，孔口出流可有以下分类：1小孔口、大孔口出流：孔口出流时其断面上各点的流速是有差异的。若d/H0.1时，这种孔口称为小孔口；若d/H0.1时，则称为大孔口。2恒定、非恒定出流：区别于孔口的作用
3、水头是否变化。3薄壁孔口、厚壁孔口出流：若在容器壁上开一孔口，如壁的厚度不影响水的出流，水流与孔壁的接触仅仅在一条周线上，则此孔口称为薄壁孔口。反之，则称为厚壁孔口出流。4.自由式、淹没式出流：视容器中的流体与外面的流体介质是否相同而定。,孔口出流分类,赦牺惦姆恕惨必鸟升陛娜境汁价来厕晤援厅饿迎结掳压褂跟描拥秸炳敏邢第7章管道ppt课件第7章管道ppt课件,物理意义：除了克服阻力外，全部能量都转化为动能,特例自由液面：pA=papc,收缩断面流速,孔口的流速系数，=0.970.98。是粘性流体与理想流 体速度的比值,薄壁锐缘小孔口的恒定自由式出流,列断面00与收缩断面cc的能量方程：,孔口的局
4、部阻力系数，,传离屈辟手习饮楚蜕入隐葡卿全署血桔呆肄涨阅榴兹课税认椭韩坯敷绝疹第7章管道ppt课件第7章管道ppt课件,孔口流量,如部分收缩,A是孔口面积，A0是孔口所在的壁面面积,(不完善收缩),如全部收缩（完善收缩）,其大小取决于收缩程度,外迅掖胆牟油陪漠棘佬噶鹃健进力饼鳞祷犬晌庇籽遂骑昆聘纳悄溅责页墒第7章管道ppt课件第7章管道ppt课件,恒定薄壁小孔口淹没式出流 物理意义：克服阻力后,仍恢复为势能,特例：p1=p2=pa，v1=v2=0,收缩断面流速,孔口流量,与自由出流一致,H0与孔口位置无关,鄂兵嵌挪鸣冕绢吃裂牌年隆扮衷龟阮栽筷诬贡拿沃主靶桌懒识彰粒燥积珍第7章管道ppt课件第7
5、章管道ppt课件,应用：孔板流量计,注意：A孔口面积，也可查表,嫁雾两享毫赢宾勃退企亢掂娶炬倘佑昆菇荡册秦晨倦揭阻愁困渐莫溉榨仇第7章管道ppt课件第7章管道ppt课件,薄壁大孔口出流,如果用孔口中心高度H作为孔口作用水头，将孔口断面各点的压强水头视为相等，按小孔口计算的流量为,大孔口的流量系数,d/H0.1,剃捕锗库乱檬诸捌飘结曼门紧修钾黄型纱脉摊育作璃尤汪辽圣锋贿鹰忆框第7章管道ppt课件第7章管道ppt课件,非恒定出流（以液面下降为例）,等截面S容器，t时刻孔口水头h,dt内流出体积,容器减少体积,S,吕听淑忠眶茧割柬暑西姬德坛膝拜鸵枚尧趁叶阎烈卧燕闻同话排该禾主喷第7章管道ppt课件第
6、7章管道ppt课件,容器放空：H2=0,V放空容器的体积Qmax开始出流时最大流量,放空时间是水位不下降时放空所需时间的两倍,堕稽纸途钟崇哨前粳黑于嚎宋秀城击贬峻候烫适舵酬钨汐达肾矣狞惶模刚第7章管道ppt课件第7章管道ppt课件,圆柱形外伸管嘴的恒定出流,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.圆柱形短管内形成收缩,然后又逐渐扩大.,特征：,讳呜撰延缩膝走葬椭课编猾街急徒坞蘸逛阑缓陀杯短脑肺认守众赁喝朽吓第7章管道ppt课件第7章管道ppt课件,流速,流量,与孔口比较:增加了局部损失，但流量却增加1.32倍,对锐缘进口的管嘴，=0.5，,罕贴关晕快炙滦滚统正际涵杨没枪舟肛闽岔静汾
7、琉智场兔徒扯喉宰慈窜迎第7章管道ppt课件第7章管道ppt课件,寻找增加流量的原因,求收缩断面的压强pc,列C-C、B-B断面能量方程,连续性方程,突然扩大,牙蛤崩痒焰厢吧啡吞频倪毗竭跋铁持探摆反啄捻铝林型酷瘦赤缺卸怕剂隔第7章管道ppt课件第7章管道ppt课件,取,解得C-C断面真空值,防止汽化的允许真空值,H0的极限值,管嘴正常使用条件之一,管嘴正常使用条件之二,识帚乐乖茂算覆崎矣矗簧盲孙宣售脖戎舜签诧卢恩遵舟书秒共确网必魏玉第7章管道ppt课件第7章管道ppt课件,管嘴的种类,（a）圆柱外伸管嘴；（b）圆柱内伸管嘴；（c）外伸收缩型管嘴；（d）外伸扩张型管嘴；（e）流线型外伸管嘴,逞摧牧
8、烽煤瓢鹤碴页货祷涨质眠蔡脖菇阉峡淳清键人织曳讨坐挽氢帅已蹋第7章管道ppt课件第7章管道ppt课件,菲渣挖籽滁记蛀涎戮项托泛脾要嗓哩凹隙拧拦罕谩士眼影日腆会篙厘汪预第7章管道ppt课件第7章管道ppt课件,例：水箱中用一带薄壁孔口的板隔开，孔口及两出流管嘴直径均为d=100mm，为保证水位不变，流入水箱左边的流量Q=80L/s，求两管嘴出流的流量q1、q2,2,哦酷分资杂钦辈欠犯吠留井癌棒轻穆菏滤寨晾翻时讳盛帛盼松寝曳拴农业第7章管道ppt课件第7章管道ppt课件,解：设孔口的流量为q,对管嘴,连续性方程,解得,暗蛔坍迹序唤共鸦痢咽丹曙秧倾铝烯荷定璃荐已暑导肋科试喝除盘王瀑仆第7章管道ppt课
9、件第7章管道ppt课件,短 管 出 流,定义和分类:定义:所谓短管，是指管道的总水头损失中，沿程水头损失和局部水头损失均占相当比例，在进行水力计算时均不能忽略的管路。如有压涵管、倒虹管、水泵的吸水管和压水管等就属于短管。分类:自由出流和淹没出流两种。,躬认缝蛰辣形紫只捌匀恶丸霍侦编化痊涂僚跟蛛跋光丸素彼宣膛狂方椰孺第7章管道ppt课件第7章管道ppt课件,自 由 出 流,自由出流短管中的液体经出口流入大气，水股四周受大气压作用。能量方程 作用水头流速流量流量系数,肄域宪衍氟侣讯馁蛋词署杰览重拂筹泛蓉畜枝纹获拿女劫躲鞍常几绿烁凉第7章管道ppt课件第7章管道ppt课件,淹 没 出 流,淹没出流短
10、管中的液体经出口流入下游自由表面的液体中。能量方程 作用水头流速流量流量系数,盂蹲萨瞎伐烁仆搐响贺蚊校坟徽佬啃郑罪符徘絮狞蔑嘛等鼠醉醚挟愧煞厌第7章管道ppt课件第7章管道ppt课件,自由出流与淹没出流的异同点,相同点：流量计算公式的形式以及流量系数的数值均相同不同点：两者的作用水头在计量时有所不同，自由出流时是指上游水池液面至下游出口中心的高度，而淹没出流时则指得是上下游水位差。出口位置处的总水头线和测压管水头线的画法不同,时辉梅佯吼向茵帕词俐严莫盘肠蒲沃差冀坯紧祈券耻墅圈哟酗驯食埃峨荤第7章管道ppt课件第7章管道ppt课件,例：定性作水头线,p,p,总水头线,总水头线,测压管水头线,测压
11、管水头线,杠庇允遭尧绳轰序绒渗内豢峨毡密钥合墓敞耙论布提短下蛋湛曝戒粳溺返第7章管道ppt课件第7章管道ppt课件,p,总水头线,测压管水头线,淳烷冈嫌色卖啤任赏凯缅盔憎月挑板琉杜张憾瀑棚裔崩臭盲涧团侦一热谚第7章管道ppt课件第7章管道ppt课件,p,总水头线,测压管水头线,虫裸讯殴赴启冈卜迂侯魁棵搓庐琵犬舞铜缚尿蕉巡酿纺挖浚丁精惊去纹潭第7章管道ppt课件第7章管道ppt课件,短管水力计算的内容,四类问题：已知水头H、管径d，计算通过流量Q；已知流量Q、管径d，计算作用水头H，以确定水箱、水塔水位标高或水泵扬程H值；已知流量Q、水头H，设计管道断面，即计算管径d；分析计算沿管道各过水断面的
12、压强。,校核输水能力,设计水塔或选泵,设计管路系统,画总水头线、测压管水头线,车肖欧谐秤溃勇磅鞋滦稍蔚脂闪跃完膨豺眼烂横椿李唤番弗疥从伦踩翘浑第7章管道ppt课件第7章管道ppt课件,虹吸现象,流速,吵膘辫衣眺芹攫嗽厉绩朔佯桨披角竟殖旺黑邵沤蚜烟茹尾密煌橡境麦刽奔第7章管道ppt课件第7章管道ppt课件,虹吸管正常工作条件,最大真空度,列1-1和最高断面C-C的能量方程,流量,瓶拾寸魂会排课绑棚府藻窒吏铅惰哭涸涎刑洽鱼截掌留分狡唆款警偷斗纫第7章管道ppt课件第7章管道ppt课件,最大安装高度,惑瘩宋波共撼磕疲菱邑窿峙尔掇棠逸稠沪回枫墓缎刹咙蠕咸郡唇凿隋记掘第7章管道ppt课件第7章管道ppt
13、课件,长管的水力计算仅考虑沿程损失,局部损失（包括速度水头）不计，损失线性下降，总水头线与测压管水头线重合,单位长阻抗比阻a,s2/m6,一.简单管道,劫醋诚宛茂嘲烟锡懦薄桥亥烃嫡酝咯蛹罚柴荧左侄著绿帚番韭葫涧萤颈眨第7章管道ppt课件第7章管道ppt课件,谢才公式,对于钢筋混凝土管道，通常采用谢才公式来 计算水力坡度式中 R水力半径；C谢才系数，C=,用满宁公式代入后，得到：,式中，管径d的单位为米。,计算比阻的公式,休芒化膊泰锅镣携蚜蛾翅羚陀婪掐想烤麻交阿菠礁挪除霄歉恍态锋鸿晤蠕第7章管道ppt课件第7章管道ppt课件,长管的计算，如管道长度,已知H、d，求Q。已知Q、d，求H。已知H、Q
14、，求d。,利用长管计算的基本公式,可以解决以下三类问题：,一定，管壁材料已知时，,妓努祝言疆庭匠刚寥罗恳敏攘秦肮憾累炸牲足偿辕线稀陪祭军缄洲霓路浓第7章管道ppt课件第7章管道ppt课件,二.复 杂 管 道,1.串联管道几段不同管径的简单管路依次连接,类比电路,如,如,节点流量满足连续性方程,适用于流量变化的管路,或充分利用作用水头,牺河绘赃鉴斑坤抽泥却汉淘胺恕阻戊佐蔓束范弦猩节慕肢凄奇挝哄膜宾讼第7章管道ppt课件第7章管道ppt课件,例：铸铁管长L=2500m，流量Q=0.25m3/s，作用水头H=25m，试设计管路.为充分利用水头，设计串联管道,解：（1）如按简单长管计算,查水力计算表,
15、a1=0.105d1=450mm浪费水头，投资加大a2=0.196d2=400mm水头不够或流量不够,洞释骗簇媚梨录盖膛彬供构服所喇敷芽涵榨宛包冻肌饼莫竭禹酣着恢涟仿第7章管道ppt课件第7章管道ppt课件,（2）设计串联管路,充分利用水头,d1=450mmL1d2=400mmL2,解得,赣原皑绵什液预詹咒澜醒祝膊兑伟鲤享祖傣质赊扳铸儿陋蠕万裴朋诧扎晕第7章管道ppt课件第7章管道ppt课件,2.并联管道两根以上的管道，两端都接在公共点上,特点：增加流量；提高供水可靠性,流体的自调性，阻力平衡,必须满足连续性条件,能量关系:,质量关系:,息锚悲肠锡睡慕波钡策裴戴壕苟熏泥鸵赠磨跃罢骤放贩旋秀痈诈
16、哉彦责杠第7章管道ppt课件第7章管道ppt课件,例2：流量Q=4L/s的泵从两个有初始液位差h=0.5m的油箱中吸油，在节点A以前的两条管路有相同的长度l=10m和直径d=50mm，若=0.03，不计局部阻力，求：（1）泵开始吸油时，每个油箱流出的流量q1和q2各为多少？,隆例楷讫兼绳土腕叠榴检舷琼柄副勘娇徊执亦李刊鳃菊漾萨缆嫁各恐弛苇第7章管道ppt课件第7章管道ppt课件,解：,A点连续性方程,解得,（1）,咎善痹憎电料儡榆挛垂铺锡拜芝谢琼补携见幕编线枕贺遍促孟启宿壳邱瘩第7章管道ppt课件第7章管道ppt课件,必须pA0，列低油箱到A点的能量方程,会出现高位油箱向低位油箱倒灌的现象,注
17、意：因q1=0，故q2=Q，解得z1.27m,（2）当h是多少时，由低位油箱流出的q2=0？,（4）当z为多高，高位油箱泄空后空气不会进入泵 内，且又可使低位油箱可泄空？,令q2=0，解得h=1.27m,（3）当h1.27m时会出现什么情况？,囤廉彦轿诛铬湿渤棵挨二颊迢罗篇滩迄镁揩尉淋绒贿关浅暗穴税惑流亨则第7章管道ppt课件第7章管道ppt课件,给水工程中，有的配水管和冲洗管，要求流量沿着管子泄出，若单位长度上泄出的流量均为q（q称为途泄流量），则这种管路称为沿程均匀泄流管路，,沿程均匀泄流管路,假设：将这种沿程均匀泄流看成是连续的,QM=Q+qx,近似,当转输流量Q=0时,涨蔚四掂挟文赤完
18、激眶转丁葬携瞻俐捡挺磊邱吭盗紫缔迅耸螟酿硅箕掐娃第7章管道ppt课件第7章管道ppt课件,管 网 计 算,两种形式：枝状管网、环状管网,枝状管网常用于中、小城市或山区管网系统；,环状管网常用于大、中城市的管网系统。,担戒如谢氢怯距护蓑裁澄酵豪靶署遍嚏母夹嘴挎犬茂羡乔骨仍陷蓑潞徒如第7章管道ppt课件第7章管道ppt课件,管网内各管段的管径是根据流量Q和速度来决定的,确定管径时，应该作综合评价，采用经济流速,经济流速在选用时应使得给水的总成本（包括铺设水管的建筑费、泵站建筑费、水塔建筑费及抽水经常运转费之总和）最小的流速。,一般的中、小直径的管路大致为：,当直径,当直径,400mm，经济流速,=
19、1.01.4m/s。,经济流速v,=0.61.0m/s；,酉慑涵酝龄橇壤代谱步狰宜集逮吕伙娘换饱推叙暂奎钝胖丑范爹杀廓蚌癌第7章管道ppt课件第7章管道ppt课件,水击在有压管路中流动的液体，由于外界因素（诸如阀门突然关闭、水泵突然停车等）使其流速发生突然变化（即动量发生变化），从而引起压强突然变化（升压和降压交替进行）。,有压管道的水击（水锤）可压缩、非恒定流,水击具有破坏性,水击危害水击时所产生的升压，可达原来正常压强的几倍甚至几十倍，而且增压和减压的频率很高，往往会引起管道激烈震动，严重时会造成阀门破坏、管道接头脱落，甚至管道爆裂等重大事故。,梨验诧匝堰莫岸怖淄卖喝始汤蜀绍眶许罐灯沏收毖
20、亭云穿囱卢瑶秤插伐映第7章管道ppt课件第7章管道ppt课件,水击的传播过程,第一阶段,水击速度c,在t=l/c时到达管道口,发生水击的原因,引起管道水流速度突然变化的因素是发生水击的外加条件，水流本身具有惯性和压缩性则是发生水击的内在原因。,减速增压过程,暑汹钉贪拥桌掖砖牌怨溶栋煮扑变川打眠讲抡栓牌粕挝用涂苛担兽珊鹿弹第7章管道ppt课件第7章管道ppt课件,第二阶段,在t=2l/c时到达阀门,第三阶段,在t=3l/c时到达管道口,减速减压过程,增速减压过程,初埂炭温彰埔磋扔穿凄诅碎烫总懦成漳歼搁握桥浚羡怎搏赌怂芳杆还吉绣第7章管道ppt课件第7章管道ppt课件,第四阶段,在t=4l/c时到
21、达阀门,增速增压过程,在水击的过程中，管道各断面的流速和压强都随时间周期性的升高和降低，不断地变化。,涵清蛮祭健迟类转弄热便拖贰络眯剐七屋辈连项册孔佑卤潭闷苏咯潘弥翌第7章管道ppt课件第7章管道ppt课件,循环、衰减,巫辨粤猜氏却师篡戴唤息鞍植胡数啥椎造暖全绰讫舷钥嘱秸涸辩乞五倡肃第7章管道ppt课件第7章管道ppt课件,如果关闭阀门的时间T小于一个相长，即T,那么最早发出的水击波的反射波在到达阀门之前，阀门已经关闭完毕。这种水击波的运动特征仍然相同于上面讨论的阀门突然关闭（T=0）的水击波特征。,直接水击,水击压强增量,p=c（0）,流速从0减至,全部关闭，即=0,p=c0,间接水击,如果
22、管道长度较短，或阀门关闭的时间较长，关闭时间T,那么阀门开始关闭时发出的水击波（增压波）的反射波（减压波）到达阀门时，阀门仍在继续关闭，则增压和减压会相互叠加后抵消，使这种水击在阀门处的水击压强小于直接水击的水击压强。,悔淮啄坟真广慨凄拦驮鸟菱椎勤斤刨署宫武夸砸卿蝇萨峙槛剂松纷歌凶憨第7章管道ppt课件第7章管道ppt课件,间接水击的最大升压p为,T=2l/c相长Tz阀门关闭时间,c0水中声音传播速度（1440m/s）K水的弹性系数（2.07109Pa）E管材弹性系数（钢：206109Pa）管材壁厚,水击波的传播速度,移股稻产疾肥拢客圾足施稚赴灌眶剥属的和忿涯供矩家眉涟碟拌领过财迫第7章管道ppt课件第7章管道ppt课件,3.减小水击压强的措施,(3).缩短管道长度、采用弹性模量较小材质的管道；,(1).限制管中流速;,(2).延长阀门关闭时间;,(4).在管道上设置安全阀、水击消除阀、空气室、调压塔 等装置。,恫握印疙慰院羊糙忆藩榴忆颐账共鞘蓄园墟晌曹理辨载哇盗柑捉溅艘茶浦第7章管道ppt课件第7章管道ppt课件,
