孔口管嘴出流、有压管路基本概念.ppt

孔口、管嘴、管路流动,本章应用流体力学基本原理，结合具体流动条件，研究孔口、管嘴及管路流动。,研究流体经容器器壁上的孔口或管嘴出流，以及流体沿管路的流动，对供热通风及燃气工程具有很大的实用意义。,孔口、管嘴及管路流动的实际原理：流动损失中局部阻力损失占主导因素，在这种状态下分析流动过程，为孔口、管嘴出流。例：门窗过流、节流孔板、消火栓、水龙头等。流动损失中沿程阻力和局部阻力损失所占比重相当，在这种状态下分析流动过程，为短管道流动。例：室内采暖、给水、燃气管路及通风空调管路系统等。 流动损失中沿程阻力损失占主导因素，在这种状态下分析流动过程，为长管道流动。例：室外市政管道、给水、燃气、供热等。,第一节 孔口自由出流,在容器侧壁或底壁上开一孔口，容器中的液体自孔口出流到大气中，称为孔口自由出流。,如出流到充满液体的空间，称为淹没出流。,第一节 孔口自由出流,讨论出流规律。通过收缩断面形心引基准线0-0，列出A-A及C-C两断面的能量方程。,对薄壁孔口来说,移项整理得：,就vc求解得：,薄壁孔口出流分为小孔口 和大孔口,H0称为作用水头，是促使出流的全部能量。,称为流速系数，其值可通过实验测得，对圆形薄壁小孔口流速系数 =0.970.98。,孔口出流流量公式。,令,令,称为流量系数其值为 =0.600.62。,称为断面收缩系数，其值可通过实验测得，对圆形薄壁小孔口断面收缩系数 =0.620.64。,全部收缩 不全部收缩 完善收缩 不完善收缩,完善收缩的薄壁圆形小孔口 =0.64 =0.97 =0.62,收缩系数,第二节 孔口淹没出流,当液体通过孔口出流到另一个充满液体的空间时称为淹没出流。,H0=H1-H2=H称为作用水头，是促使出流的全部能量。,称为淹没出流流速系数，其值与相同条件下自由出流值相等， =0.970.98。,令,称为淹没出流流量系数其值为与相同条件下自由出流值相等。,当上下游液面高度一定定时，即H一定时，淹没出流流量与孔口在液面下开设的位置高低无关。,第三节 管嘴出流,一、圆柱形外管嘴出流,当圆孔壁厚等于34d时，或者在孔口处外接一段长l= 34d 的圆管时，此时的出流称为圆柱形外管嘴出流，外接短管称为管嘴。,通过收缩断面形心引基准线0-0，列出A-A及B-B两断面的能量方程。,由上式可得,由于出口断面是完全充满的（不同于孔口）， =1，则,管嘴真空现象及真空值，可通过列出收缩断面C-C及B-B两断面的能量方程得到证明：,完全圆柱形外管嘴正常工作条件：1、作用水头H0的极限值为：H0=7/0.75=9.3m。2、管嘴长度l = 34d 。,则圆柱形管嘴在收缩断面C-C上的真空值为：,比较孔口和管嘴的流速系数和流量系数 孔口 管嘴 =0.64 =1 =0.97 =0.82 =0.62 =0.82,第四节 简单管路,有压管流是日常生活中最常见的输水方式，本节主要介绍了 有压管流的水力特点，计算问题以及简单管道与串联、并联和 管网的水力计算原理与应用。,一、概念 有压管流（penstock）： 管道中流体在压力差作用下的流动称为有压管流。 有压恒定管流： 管流的所有运动要素均不随时间变化的有压管流。 有压非恒定管流： 管流的运动要素随时间变化的有压管流。,二、分类 1.有压管道根据布置的不同，可分为： 简单管路： 是指管径、流速、流量沿程不变，且无分支的单线管道。 复杂管路： 是指由两根以上管道所组成的管路系统。,2.按局部水头损失和流速水头之和在总水头损失中所占的比重，管道可分为 长管： 指管道中以沿程水头损失为主，局部水头损失和流速水头所占比重小于（5%-10%）的沿程水头损失，从而可予以 忽略的管道。 短管： 局部水头损失和流速水头不能忽略的、需要同时计算的管道。,三、有压管道水力计算的主要问题 1.验算管道的输水能力：在给定作用水头、管线布置和断面尺寸的情况下，确定输送的流量。 2.确定水头：已知管线布置和必需输送的流量，确定相应的水头。 3.绘制测压管水头线和总水头线：确定了流量、作用水头和断面尺寸（或管线）后，计算沿管线各断面的压强、总比能，即绘制沿管线的测压管水头线和总水头线。,图中，列断面1-1，2-2能量方程,式中：,1 自由出流,2. 淹没出流,例1：用虹吸管自钻井输水至集水池。如图所示，虹吸管长l=lAB+lBC=30+40=70m，d=200mm。钻井至集水池间的恒定水位高差H=1.60m。又已知=0.03，管路进口120弯头90弯头及出口处的局部阻力系数分别为1=0.5，2=0.2，3=0.5，4=1.0。 试求:（1）流经虹吸管的流量； （2）如虹吸管顶部B点的安装高度hB=4.5m ，校核其真空度。,（1）列1-1，3-3能量方程，忽略行进流速v0=0,（2）假设2-2中心与B点高度相当，离管路进口距离与B点也几乎相等， 列1-1，2-2能量方程：,所以虹吸管可正常工作。,列断面1-1，2-2能量方程,流出水头作为局部阻力，令,有,将 带入，得,简单管路就是具有相同管径d，相同流量的管段Q，是组成复杂管段的基本单元。,管路阻抗：,对于气体管路阻抗为：,第五节 管路的串联与并联,一、串联管道 串联管道（pipes in series） ：由直径不同的几段管段顺次连接而成的管道称为串联管道，如图所示。,1. 串联管道流量计算的基本公式,（1）能量方程 式中： n管段的总数目,m局部阻力的总数目。 （2）节点的连续性方程 无流量分出或 有流量分出,串联管道是由不同管径的或粗糙度不同的管段顺次连接而成的管道系统，如上述所示，各管段的流量可能相等，也可能不相等。设第i管段末集中分出的流量为qi，管段的通过流量为Qi，由连续性方程可得 当沿途无流量分出，即qi0时，各管段的通过流量均相等。而串联管道的总水头H应等于各管段水头损失之和，即 式中：n为管段总数。上式两式即为串联管道必须满足的两个条件。由上两式即可求解Q,d,H等问题。 因各管段流量相等又有：,二、并联管道 并联管道（pipes in parallel）：两条或两条以上的管道同在一处分出又在另一处汇合，这种组合的管道为并联管道。 并列管道的特点是分流点A与汇流点B之间各并联管段的能量损失皆相等。因为点A，点B为各并联管段的共同结点，如在该处设置测压管，只能有一个测压管水头，各并联管段的能量损失hf相同，即 或 并联管道任一管段的流量Qi为 由连续性方程可得分流点前干管流量,1.并联管道流量计算的基本公式： 并联管道一般按长管计算，一般只计及沿程水头损失，而不考虑局部水头损失及流速水头。 （1）节点的连续性方程， 即流进节点的流量（“+”）和从节点流出的流量（“-”）总和为0。,（2）能量关系： 单位重量流体通过所并联的任何管段时水头损失皆相等。即： 但：,令 由上两式可得干管流量Q与各并联管段流量Qi的关系为 式中：Qvi，Si分别为第i个管段中的流量，阻抗；Sp为并联管段系统的阻抗；n为并联管段总数。,总水头线和测压管水头线的绘制,