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1、第六章孔口等有压管流第1页，共35页，编辑于2022年，星期三第第6 6章章孔口、管嘴和有压管道流动孔口、管嘴和有压管道流动一、本章学习要点一、本章学习要点一、本章学习要点一、本章学习要点 1.1.1.1.孔口、管嘴出流的特点。孔口、管嘴出流的特点。孔口、管嘴出流的特点。孔口、管嘴出流的特点。本章为连续性方程、伯努利方程和水头损失规律的具体本章为连续性方程、伯努利方程和水头损失规律的具体应用。应用。2.2.孔口、管嘴出流的水力计算。孔口、管嘴出流的水力计算。3.3.3.3.有压管路的连接特点和计算特点。有压管路的连接特点和计算特点。有压管路的连接特点和计算特点。有压管路的连接特点和计算特点。4
2、.4.有压管路的水力计算。有压管路的水力计算。第2页，共35页，编辑于2022年，星期三6.1 6.1 概述概述w 孔口孔口小孔口小孔口大孔口大孔口w 管嘴管嘴第3页，共35页，编辑于2022年，星期三w 管路管路短管短管长管长管简单管路简单管路复杂管路复杂管路复杂管路复杂管路串联管路串联管路并联管路并联管路管网管网枝状管网枝状管网环状管网环状管网第4页，共35页，编辑于2022年，星期三第5页，共35页，编辑于2022年，星期三工程实例第6页，共35页，编辑于2022年，星期三真空输水：世界上世界上最大直径的虹吸管最大直径的虹吸管(右侧直径右侧直径15201520毫毫米、左侧米、左侧6006
3、00毫米毫米),),虹吸高度均为八米，虹吸高度均为八米，犹如一条巨龙伴游一犹如一条巨龙伴游一条小龙匐卧在浙江杭条小龙匐卧在浙江杭州萧山区黄石垅水库州萧山区黄石垅水库大坝上，尤为壮观，大坝上，尤为壮观，已获吉尼斯世界纪录已获吉尼斯世界纪录 。第7页，共35页，编辑于2022年，星期三我国最大的倒虹吸管第8页，共35页，编辑于2022年，星期三6.2 6.2 孔口及管咀恒定出流孔口及管咀恒定出流一一一一.孔口出流的计算孔口出流的计算孔口出流的计算孔口出流的计算w 计算特点计算特点计算特点计算特点:w 出流特点出流特点出流特点出流特点:收缩断面收缩断面1.1.1.1.自由式出流自由式出流自由式出流自
4、由式出流从从 1c 1c 建立伯努利方程，有建立伯努利方程，有第9页，共35页，编辑于2022年，星期三式中：式中：式中：式中：为孔口流速系数，对于小孔口，为孔口流速系数，对于小孔口，第10页，共35页，编辑于2022年，星期三式中：式中：式中：式中：、分别为孔口收缩系数和流量系数，对于小孔口：分别为孔口收缩系数和流量系数，对于小孔口：2.2.2.2.淹没式出流淹没式出流淹没式出流淹没式出流从从 12 12 建立伯建立伯努利方程，有努利方程，有第11页，共35页，编辑于2022年，星期三（与自由式出流完全相同）（与自由式出流完全相同）第12页，共35页，编辑于2022年，星期三3.3.3.3.
5、影响收缩的因素影响收缩的因素影响收缩的因素影响收缩的因素w 形状形状w 位置位置二二二二.管嘴出流的计算管嘴出流的计算管嘴出流的计算管嘴出流的计算w 计算特点计算特点计算特点计算特点:w 出流特点出流特点出流特点出流特点:在在c-cc-c断面形成收缩，然后再扩大，断面形成收缩，然后再扩大，逐步充满整个断面。逐步充满整个断面。第13页，共35页，编辑于2022年，星期三从从 12 12 建立伯努利方程，有建立伯努利方程，有式中：式中：式中：式中：为管嘴流速系数，为管嘴流速系数，第14页，共35页，编辑于2022年，星期三式中：式中：式中：式中：为管嘴流量系数，为管嘴流量系数，w 在在H、d 分别
6、相同情况下，与孔口出流比较：分别相同情况下，与孔口出流比较：，但，但w 管嘴正常工作条件管嘴正常工作条件 第15页，共35页，编辑于2022年，星期三一一.计算特点计算特点1.1.1.1.已知已知已知已知HH、d d，求，求，求，求Q Q（校核）（校核）（校核）（校核）6.3 6.3 短管的水力计算短管的水力计算二二二二.计算类型计算类型计算类型计算类型2.2.2.2.已知已知已知已知Q、d d，求，求，求，求HH（设计）（设计）3.3.3.3.已知已知已知已知Q、H，求，求，求，求d d（设计）（设计）（设计）（设计）第16页，共35页，编辑于2022年，星期三w 水泵吸水管的水力计算水泵吸
7、水管的水力计算三三.实例分析实例分析计算内容：计算内容：计算内容：计算内容：水泵的安装高度水泵的安装高度从从 12 12 建立伯努利方程，有建立伯努利方程，有第17页，共35页，编辑于2022年，星期三式中：式中：式中：式中：为允许真空度，一般为允许真空度，一般 实际的安装高度实际的安装高度 只要小于或等于只要小于或等于 ，即可。，即可。第18页，共35页，编辑于2022年，星期三w虹吸管的水力计算虹吸管的水力计算 计算内容计算内容:流量流量Q的确定及顶部断面真空度的校核。的确定及顶部断面真空度的校核。从从 13 13 建立伯努利方程，有建立伯努利方程，有第19页，共35页，编辑于2022年，
8、星期三Q=Av 从从 12 12 建立伯努利方程，有建立伯努利方程，有工程上规定：工程上规定：虹吸管中最大真空度不能超过虹吸管中最大真空度不能超过78m水柱。水柱。第20页，共35页，编辑于2022年，星期三一一一一.计算特点计算特点计算特点计算特点6.4 6.4 长管的水力计算长管的水力计算二二二二.计算类型（与短管相同）计算类型（与短管相同）计算类型（与短管相同）计算类型（与短管相同）1.1.2.2.可略去不计可略去不计三三三三.简单管路简单管路简单管路简单管路第21页，共35页，编辑于2022年，星期三1.1.定义：定义：d、Q沿程不变的管路，称为简单管路。沿程不变的管路，称为简单管路。
9、2.2.2.2.水力关系水力关系水力关系水力关系w 伯努利方程伯努利方程上式说明：上式说明：上式说明：上式说明：全部作用水头均消耗在沿程水头损失上。全部作用水头均消耗在沿程水头损失上。第22页，共35页，编辑于2022年，星期三w 连续性方程连续性方程3.3.关于关于 的计算的计算式中式中式中式中 称为比阻。称为比阻。第23页，共35页，编辑于2022年，星期三四四四四.串联管路串联管路串联管路串联管路1.1.1.1.定义：定义：定义：定义：由由d d不同的若干段管顺次联接的管路，不同的若干段管顺次联接的管路，不同的若干段管顺次联接的管路，不同的若干段管顺次联接的管路，称为串联管路。称为串联管
10、路。称为串联管路。称为串联管路。2.2.2.2.水力关系水力关系水力关系水力关系w （能量关系）（能量关系）w （流量关系）（流量关系）第24页，共35页，编辑于2022年，星期三第25页，共35页，编辑于2022年，星期三五五五五.并联管路并联管路并联管路并联管路1.1.1.1.定义：定义：定义：定义：在两节点间并设两条以上的管路，称为并联管在两节点间并设两条以上的管路，称为并联管在两节点间并设两条以上的管路，称为并联管在两节点间并设两条以上的管路，称为并联管路，其目的是提高供水的可行性路，其目的是提高供水的可行性路，其目的是提高供水的可行性路，其目的是提高供水的可行性.2.2.水力关系水力
11、关系w （流量关系）（流量关系）w （能量关系）（能量关系）第26页，共35页，编辑于2022年，星期三第27页，共35页，编辑于2022年，星期三例例 求通过图示管道求通过图示管道A、B、C中的流量和中的流量和D点的压强。其中点的压强。其中 dA=dB=150mm，lA=680m，lB=550m，dC=200mm，lC=1300m，=0.028，Z1=60m，Z2=40m，Z3=17m。第28页，共35页，编辑于2022年，星期三例例 如图所示长管串联管路如图所示长管串联管路ac、cb与串联管路与串联管路ad、db并联，并联，已知流入此管路系统的流量已知流入此管路系统的流量Q=15cm3/s
12、，液体的运动黏度液体的运动黏度=0.0131cm2/s，内径内径Dac=Dad=5mm，Dcb=Ddb=10mm，长度Lac=Lad=1000cm，Lcb=Ldb=500cm。试求试求ab段的沿程水头损失段的沿程水头损失hf。第29页，共35页，编辑于2022年，星期三 6-6 6-6 离心式水泵及其水力计算离心式水泵及其水力计算1 1离心式水泵的工作原理离心式水泵的工作原理2 2离心泵性能参数离心泵性能参数 流量流量Q；扬程扬程H；功率功率N，水泵的功率又分为轴功率水泵的功率又分为轴功率Nx和有效功率和有效功率Ne；效率效率；转速转速n；允许吸水真空度允许吸水真空度 hv。第30页，共35页
13、，编辑于2022年，星期三3 3水力计算水力计算 工程中有关水泵的水力计算问题包括：水泵安装高度计算（见工程中有关水泵的水力计算问题包括：水泵安装高度计算（见6-36-3节）；水泵扬程计算及水泵轴功率的确定；水泵工况分析。节）；水泵扬程计算及水泵轴功率的确定；水泵工况分析。（1 1）水泵扬程的确定）水泵扬程的确定由伯努利方程可得水泵扬程计算式由伯努利方程可得水泵扬程计算式上式表明，在管路系统中，水泵的上式表明，在管路系统中，水泵的扬程扬程H用于使水提升几何给水高度用于使水提升几何给水高度和克服管路中的水头损失和克服管路中的水头损失。第31页，共35页，编辑于2022年，星期三 计算出水泵扬程后
14、，可根据水泵特性曲线求得水泵实际抽水量计算出水泵扬程后，可根据水泵特性曲线求得水泵实际抽水量Q，则水泵的有效功率可由式，则水泵的有效功率可由式（6-50）求得，轴功率为求得，轴功率为 （2 2）水泵工况分析）水泵工况分析 水泵的工况分析即是确定水泵的工作点。水泵工作点是水泵特水泵的工况分析即是确定水泵的工作点。水泵工作点是水泵特性曲线与管路特性曲线的交点。性曲线与管路特性曲线的交点。水泵性能曲线：在转速水泵性能曲线：在转速n一定的情况下，水泵的扬程一定的情况下，水泵的扬程H、轴功率、轴功率Nx、效率、效率与流量与流量Q的关系曲线。的关系曲线。管路特性曲线：管路特性曲线：第32页，共35页，编辑
15、于2022年，星期三令令则上式可表示为则上式可表示为以以Q为自变量，绘出为自变量，绘出HQ关系曲线，即为管路特性曲线。关系曲线，即为管路特性曲线。工作点的确定：工作点的确定：将水泵性能曲线和管路特性曲线按同一比例绘将水泵性能曲线和管路特性曲线按同一比例绘在同一张图上，两条曲线的交点即为水泵的工作点。在同一张图上，两条曲线的交点即为水泵的工作点。第33页，共35页，编辑于2022年，星期三 本章重点掌握本章重点掌握本章重点掌握本章重点掌握 1.1.1.1.孔口、管咀恒定出流的水力计算。孔口、管咀恒定出流的水力计算。孔口、管咀恒定出流的水力计算。孔口、管咀恒定出流的水力计算。2.2.有压管路恒定流
16、动的水力计算。有压管路恒定流动的水力计算。3.3.3.3.离心式水泵的水力计算离心式水泵的水力计算离心式水泵的水力计算离心式水泵的水力计算复习题：复习题：若有压并联长管1、2的管径、沿程阻力系数相同，管长l2=3l1，则通过的流量()。A.12；B.11.5Q2；C.11.732；D.1=32图示抽水机吸水管断面AA动水压强随抽水机安装高度 h 的增大而()。A.增大 B.减小 C.不变 D.不定第34页，共35页，编辑于2022年，星期三下列关于长管水力计算的说法中，正确的有（）。A、并联管路的总水头损失等于各支路的水头损失 B、并联管路各支路的水头损失相等 C、并联管路的总流量等于各支路的流量之和D、串联管路的总水头损失等于各支路的水头损失之和 E、串联管路的总流量等于各支路的流量之和在孔口外接一管嘴，管嘴的出流量比同样断面积的孔口出流量大，其主要原因是（）。A、管嘴阻力增加 B、管嘴收缩系数增大C、管嘴收缩断面处产生了真空 D、孔口收缩断面处产生了真空圆柱形外管嘴的正常工作的条件是（）A、B、C、D、第35页，共35页，编辑于2022年，星期三