水力学第五章有压管流与孔口、管嘴出流

叶 镇 国 彭 文 波 编 箸水力学与桥涵水文 1 第五章 有压管流与孔口、管嘴出流p 5-1 有 压 管 路 水 力 计 算p* 5-2 孔 口 出 流 （ 选 讲 选 学 内 容 ， 略 ）p* 5-3 管 嘴 出 流 （ 选 讲 选 学 内 容 ， 略 ） 叶 镇 国 彭 文 波 编 著水力学与桥涵水文 2 5-1 有压管路水力计算o 定 义 满 管 流 动 （ 断 面 上 无 自 由 表 面 ） 的水 流 。 其 管 道 又 称 管 路 。o 特 征n n 管 中 流 量 变 化 ， 只 引 起 过 水 断 面 的 p， v 变 化 。n 水 头 线 呈 阶 梯 状 沿 程 下 降 的 折 线 。n 可 有 恒 定 流 与 非 恒 定 流 ， 均 匀 流 与 非 均 流 之 分 。214 aA d d p p ， ， 叶 镇 国 彭 文 波 编 著水力学与桥涵水文 3 5-1 有压管路水力计算o 类 型n 按 管 路 组 成 分 类o 简 单 管 路 管 径 沿 程 不 变 的 管 路o 复 杂 管 路 两 根 以 上 管 道 组 成 的 管 路n 串 联 管 路 管 段 首 尾 串 接 的 管 路n 并 联 管 路 多 根 管 段 首 尾 并 接 的 管 路n 管 网 多 种 管 路 组 合 而 成 的 管 系 （ 其 组 成 又 可 有 技 状或 环 状 两 类 ） 叶 镇 国 彭 文 波 编 著水力学与桥涵水文 4 5-1 有压管路水力计算o 类 型n 按 水 力 计 算 方 法 分 类o 短 管 沿 程 水 头 损 失 与 局 部 水 头 损 失 都 必 须 计 算的 管 路 。o 长 管 局 部 水 头 损 失 可 忽 略 不 计 的 管 路 。1000 w f d lh h h d ， 1000w f lh h d ， 叶 镇 国 彭 文 波 编 著水力学与桥涵水文 5 5-1 有压管路水力计算o 短 管 水 力 计 算 （ 简 单 管 路 ）n 水 力 计 算 图 式 （ 图 5-1） 叶 镇 国 彭 文 波 编 著水力学与桥涵水文 6 5-1 有压管路水力计算n 自 由 出 流 计 算 公 式o 计 算 图 式 图 5-1ao 公 式 推 导 方 法 列 1-1、 2-2断 面 能 量 方 程2 20 2 20 00 0 0 02 22 2 wwv vH hg gv vH H hg g 2 2 211 2 2 2( )w fi ji i i cc i i l v v vh h h d g g gld 管 路 阻 力 系 数(5-1) (5-2a) 叶 镇 国 彭 文 波 编 著水力学与桥涵水文 7 5-1 有压管路水力计算o 当 管 道 材 料 一 致 时 （ 如 全 为 钢 管 ）c ild 0 01 2 21 1 ccc c iQ Av A gH A gHld 得 （ 5-2b) （ 5-3）（ 5-4a） （ 5-4b）（ 5-4c）c 自 由 出 流 流 量 系 数2 22 2w i cl v vh d g g 20 2c vH g 01 2cv gH 叶 镇 国 彭 文 波 编 著水力学与桥涵水文 8 5-1 有压管路水力计算n 淹 没 出 流 计 算 公 式o 计 算 图 式 图 5-1bo 公 式 推 导 方 法 列 1-1和 2-2断 面 能 量 方 程0 0 0 0 0 wH h 2 2 0 2 2i cc il v vH d g gld 0 01 2 21 ccc cQ Av A gH A gH 01 2cv gH（ 5-5a） （ 5-5b）（ 5-5c）s 淹 没 出 流 流 量 系 数0 w f jH H h h h 叶 镇 国 彭 文 波 编 著水力学与桥涵水文 9 5-1 有压管路水力计算o 短 管 水 力 计 算 （ 简 单 管 路 ）n 流 量 系 数 比 较o 自 由 出 流 o 淹 没 出 流o 1 2 31 2c ld 4 1c s 1 1 2 3 41 12s l ld d 叶 镇 国 彭 文 波 编 著水力学与桥涵水文 10 5-1 有压管路水力计算o 短 管 水 力 计 算 （ 简 单 管 路 ）n 作 用 水 头 H0 计 算 比 较o 自 由 出 流n H0 起 算 零 点 水 管 出 口 中 心o 淹 没 出 流n H 0 起 算 零 点 下 游 水 面 叶 镇 国 彭 文 波 编 著水力学与桥涵水文 11 5-1 有压管路水力计算n 计 算 问 题 及 解 法o 1、 已 知n 解 法 ： 行 近 流 速 v0 的 断 面n 解 算 步 骤 如 图 5-2示 意 ： 0iQ d l H 、 、 、 、 ， 求 0 0A A H2 20 0 00 0 202 2v QH H Hg gA （ 图 5-2） 叶 镇 国 彭 文 波 编 著水力学与桥涵水文 12 5-1 有压管路水力计算o 2、 已 知n 解 法 法 一 ： 选 定 管 材 或 衬 砌 方 案 ， 查 或 n， 计 算 （ 一般 多 为 阻 力 平 方 区 ） 代 公 式 (5-4c)或 (5-5c) 法 二 ： 试 算 求 Q， 再 由 选 用 管 材 ， 步 骤 见 图 5-30 iH d l Q 、 、 、 、 ， 求 （ 图 5-3） 叶 镇 国 彭 文 波 编 著水力学与桥涵水文 13 5-1 有压管路水力计算o 3、 已 知n 解 ： 见 图 5-4（ 图 5-4）0 iH Q l d 、 、 、 、 ， 求 叶 镇 国 彭 文 波 编 著水力学与桥涵水文 14 5-1 有压管路水力计算o 例 5-1 如 图 5-5所 示 ab段 为 路 基 倒 虹 吸 有 压 涵 和 ， 长 l=50m ，上 下 游 水 位 差 z=3m ， 沿 程 阻 力 系 数 =0.03， 局 部 阻 力 系 数 ：进 口 1=0.5， 折 弯 2=0.65， 出 口 3 1.0（ 淹 没 出 流 ） ， 流量 Q=3 m 3/s， 求 管 径 d。 （ 图 5-5） 叶 镇 国 彭 文 波 编 著水力学与桥涵水文 15 5-1 有压管路水力计算o 解 例 5-1：n 计 算 图 式 见 图 5-5n 忽 略 上 下 游 流 速 水 头 ， 列 断 面 1-1、 2-2能 量 方 程 有 ：n 得 ：n 解 之 得 ： d=0.98m ， 采 用 标 准 管 径 d=1m （ 偏 安 全 ） 。 2 1 2 3 220 0 0 0 0 42 2ww fi jiz h Qlz h h h d g d 53 2.08 0.745 0d d 叶 镇 国 彭 文 波 编 著水力学与桥涵水文 16 5-1 有压管路水力计算o 例 5-2 如 图 3-12a)所 示 水 泵 抽 水 系 统 。 已 知 吸 水 管直 径 d1=250m m ， 长 l1=20m ， 压 水 管 直 径 d2=200m m ，长 l2=260m ， 局 部 阻 力 系 数 ： 底 阀 1=5， 弯 头 2=0.2；阀 门 3=0.5； 出 口 4=1， 沿 程 阻 力 系 数 =0.03， 吸水 高 度 hs=3m ， 压 水 高 度 h=17m ， 水 泵 扬 程 Hm =25m ，求 抽 水 量 Q。 叶 镇 国 彭 文 波 编 著水力学与桥涵水文 17 5-1 有压管路水力计算 （ 图 3-12a） 叶 镇 国 彭 文 波 编 著水力学与桥涵水文 18 5-1 有压管路水力计算o 解 例 5-2：n 水 力 计 算 图 3-12an 作 用 水 头n 另 有 0 25 3 17 5mfi ji m sH h h H h h 0 22 2 21 21w f jH h h hAV dv vA d 叶 镇 国 彭 文 波 编 著水力学与桥涵水文 19 5-1 有压管路水力计算n n 2 21 2 2 20 1 1 2 2 3 2 41 24 21 2 2 21 1 2 2 3 2 41 1 22 2 52l v l vH d g d gl d l vd d d g 41 2 21 1 2 2 3 2 41 1 11 0.1537s l d ld d d 2 32 0 0.22 0.1537 2 9.8 5 0.047m /s4sQ A gH