孔口、管嘴ppt教程

*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第6章 孔口管嘴和有压管道流动,6-1,孔口恒定出流,6-2,管嘴恒定出流,6-3,孔口的变水头出流,6-4,短管的水力计算,6-5,长管的水力计算,6-6 管网水力计算基础,6-7,离心式水泵及其水力计算,6-8,水击简介,一、概念,孔口出流（orifice discharge）,在容器壁上开孔，水经孔口流出 的水力现象就称为孔口出流。,薄壁孔口（thin-wall orifice）,当孔口具有锐缘时，孔壁与水流,仅在一条周线上接触，即孔口的,壁厚对出流并不发生影响。这种,孔口叫做薄壁孔口。,第六章 孔口管嘴管道流动,6-1,孔口恒定出流,1,、根据,d,/,H,的比值大小,大孔口,（big orifice）,d,/,H,0.1时，沿孔口高度上水头变化。,小孔口,（small orifice）,d,/,H,Q,2,；,B）Q1=Q,2,；C）Q,1,Q,2,；D）Q,2,=0,四、沿程均匀泄流管路,应用：水处理构筑物的多孔配水管，城市自来水管道的沿途泄流，隧道工程中长距离通风管道的漏风等问题。,沿着管长从侧面不断连续向外泄出的流量,q,，称为途泄流量。管段每单位长度上的流量均等于,q,，称为沿程均匀泄流管路。,设沿程均匀泄流管路管长为,l,，直径为,d,，中途泄流量,Q,t,=ql,，末端泄流传输流量为,Q,z,基本公式,则竖管总流量为,建立1-1、2-2断面的伯努力方程,实际计算中，根据管路长度大小，可以按长管/短管计算。,按长管计算，只考虑沿程水头损失,，,A(S),为比阻抗，可查管道水力特性表得知。,当管段的粗糙情况和直径不变，且流动处于阻力平方区时，则比阻抗,A,是常数，积分得,近似地，有,引入计算流量,：,通过流量Q,z,=0时,说明：管路在只有沿程均匀途泄流量时，其水头损失仅为传输流量通过时水头损失的1/3,。,1、枝状管网,在给水管道设计中，当管网布置好以后，管路地形、管线长度、用户的位置、用水量以及用户所需自由水头等是已知的，要求计算管道管径和管网起点的水压（或水塔高度）。,方法是：,（1）根据管网布置图，按用户接入点及分枝点，将枝状管网分段编号。,（2）用连续性方程，计算各管段通过流量。,（3）根据,经济流速,确定各管段管径。,（4）取标准管径后，计算流速和比阻值，按长管水力计算公式计算各管段,水头损失，,（5）按串联管路计算干线中从起点（水泵站或水塔）到,管网控制点,的总水头损失，从而根据伯努力方程计算管网起点压力（水泵扬程或水塔高度）。,注：管网控制点是指在管网起点至该点的水头损失、地形标高和要求自由水头三项之和为最大点。,第六章 孔口管嘴管道流动,6-6 管网,水力计算基础,例1：,图为某城市新建小区供水管网图。0点为城市给水干管，干管中水压不,低于294kpa。管接点0处标高z,0,=126 m，点4和点7标高相等z,4,=z,7,=120m，自由,水头同为 H,z,=18m，管段长度见表。试计算各管段管径。,解：根据0点标高和水压和点4、点7处的标高和自由水头，计算平均水力坡度，,由于点4、点7处的标高及自由水头相等，从管路长度上判断点7为控制干线。,由 计算出各段管道比阻,S,i,，然后由 求出各段管径，,并取标准管径di。计算结果如下:,根据经济流速选择各管段管径。,如对于34管段，取经济流速v=1.0m/s，则管径 d=0.178m，采用d=200mm，管中实际流速v=0.80m/s，在经济流速范围内。进一步计算水头损失。,2.环状管网,（looping pipes）,由许多条管段互相连接成闭合形状的管道系统称为环状管网或闭合管网。,1）在节点上应满足连续性方程,2）在管网的任一闭合环路中，以顺时针方向的水流所引起的水头损失（正）与逆时针方向的水流所引起的水头损失的代数和应等于零，,3）在环路中，任一根简单管道都根据长管计算,假定分流都发生在节点，则环状管网水力计算的基本原则为：,对管网图进行分析，,管网上管段数目,n,q,和环数,n,k,以及节点数目,n,p,存在下列关系：,n,q,=,n,k,+,n,p,-1,由于,环状管网中各,管段的流量和管径均为未知，则对于一个管段数目为,n,q,的,环状管网，其未知数个数为：,2n,q,=2(,n,k,+,n,p,-1),Hardy-Cross逐步渐进法计算环状管网的步骤,（1）初估各管道的流量，并使各节点满足式 1）的要求。,（2）依据经济流速，确定各管段管径。,（3）依据初值流量，由式 3）计算各管道的水头损失,（只计算沿程水头损失）。,（4）检查环路是否满足式 2）。,若不满足，则根据计算修正流量对初值流量Q进行修正。重复步 骤,（1）（4），直到误差达到要求精度为止。,6-7,离心式水泵及其水力计算,水泵是输送和提升液体的机器。它把原动机的机械能转化为被输送液体的能量，使液体获得动能或势能。,按其作用原理分为三类：,1),叶片式水泵：离心泵,2),容积式水泵：活塞式往复泵,3),其它类型水泵：螺旋泵、射流泵,(,水射器,),在城镇及工业企业的给水排水工程中大量的、普遍使用的水泵是离心式和轴流式两种。,第六章 孔口管嘴管道流动,一、离心式水泵工作原理,1、构造：见图,水泵的叶轮一般是由两个圆形盖板所组成，盖板之间有若干片弯曲的叶片，叶片之间的槽道为过水的叶槽，叶轮的前盖板上有一个大圆孔，这就是叶轮的进水口，它装在泵壳的吸水口内，与水泵吸水管路相连通。,2、工作原理：,泵壳内灌满所输送的液体,电机泵轴旋转叶轮旋转叶片间的液体旋转受离心力的作用使液体向叶轮外缘作径向运动。,流体通过叶轮获得了能量，并以,15,25m/s,的速度进入泵壳。,在蜗壳中由于流道的逐渐扩大，又将大部分动能转变为静压强，使压强进一步提高，最终以较高的压强沿切向进入排出管道，实现输送的目的，此即为,排液原理,。,当液体由叶轮中心流向外缘时，在叶轮中心处形成了低压。在液面压强与泵内压强差的作用下，液体经吸入管路进入泵的叶轮内，以填补被排除液体的位置，此即为,吸液原理,。只要叶轮旋转不停，液体就被源源不断地吸入和排出，这就是离心泵的工作原理。,若离心泵在启动前泵壳内不是充满液体而是空气，由于空气的密度远小于液体的密度，产生的离心力很小，因而叶轮中心区形成的低压不足以将贮槽内液体压入泵内，此时虽启动离心泵但不能够输送液体，这种现象称作,气缚。,表示离心泵无自吸能力。因此在启动泵前一定要使泵壳内充满液体。,二、基本性能参数：6个,(1)流量q,v,水泵在单位时间内所输送的液体数量。m,3,/h、L/s或t/h。,(2)扬程H单位重量(1kg)液体通过水泵后其能量的增值。mH,2,O,(3)轴功率Nx泵得自原动机所传递来的功率,也称输入功率，kw,有效功率N,e,单位时间内流过水泵的液体从水泵那里得到的能量。,(4)效率水泵的有效功率与轴功率之比值，=N,e,/Nx，N,e,=gq,v,H,(5)转速水泵叶轮的转动速度，rmin。1450rmin,2900rmin。,(6)允许吸上真空高度Hv 指水泵在标准状况下(即水温为20、表面压力为一个标推大气压)运转时水泵所允许的最大的吸上真空高度。单位为mH20。水泵厂一般常用Hv来反映离心泵的吸水性能。,三、水泵管路系统的水力计算,包括：水泵安装高度计算、,水泵扬程计算以及水泵轴功率的确定、,水泵工况分析。,1、,水泵性能曲线：,在转速n一定的情况下，水泵的扬程H、轴功率N、效率,与流量Q的关系曲线。,它反映了泵的基本性能的变化规律，可做为选泵和用泵的依据。,各种型号离心泵的特性曲线不同，但都有共同的变化趋势。,为方便用户使用，每台水泵的泵壳上钉有一块,铭牌,，铭牌上简明地列出了该水泵在设计转速下运转，效率为最高时的流量、扬程、轴功率及允许吸上真空高度或汽蚀余量值。铭牌上所列出的这些数值，是该水泵设计工况下的参数值，,它只是反映在持性曲线上效率最高那个点的各参数值。,效率随流量增大而上升，达到一最大值后随流量增加而下降。说明在一定转速下，离心泵存在一最高效率点，称为,设计点。,离心泵在与最高效率点相对应的Q和H下工作最为经济，效率最高点对应的参数Q、H、N称为,最佳工况参数,(泵铭牌所标出即指此)。在选用离心泵时应使其在该点附近工作，一般规定一个工作范围，称为,高效区,，为最高效率的92%左右。,2、管路特性曲线,管路特性曲线,反映的是在特定的管路中，液体所需扬程(He)与流量(Qe)的关系。这种关系只与管路的布置条件有关，而与泵的性能无关。,1,1,2,2,3.离心泵的工作点,当离心泵安装在一管路中时，泵所提供的扬程与流量，必然和管路所要求的压头与流量相一致才能工作，因此同时满足管路特性和泵特性的点称为,泵的工作点,。在H-Q图中即为管路特性曲线和泵特性曲线的交点M。,H=He,Q=Qe,M,H,Q,例,：一抽水机管系（如图），要求把下水池的水输送到高池，两池高差15m，流量,Q,=30,/s,，水管内径,d,=150mm。泵的效率,=0.76。,设已知管路损失（泵损除外）为10,v,2,/(2g)，试求轴功率。,解,：,取基准面0-0及断面1（位于低水池水面）及2（位于高水池水面）。设泵输入单位重水流的能量为,h,p,，取,1,=,2,=1，则能量方程有：,z,1,=0，,z,2,=15m，,p,1,=,p,2,=0，过水断面很大，,v,1,v,2,0，而管中流速：,得：,h,p,=16.47mH,2,O,所需轴功率,N,p,为：,水击现象（,Water-hammer Phenomena）：,在,有压管道系统,中，由于某一管路中的部件工作状态的突然改变，就会引起管内液体流速的急剧变化，同时引起液体压强大幅度波动，这种现象称为水击或称水锤。,如管道中的阀门突然关闭、水泵机组突然停车等。,由于水击而产生的压强增加可达到管中原来正常压强的几十倍甚至几百倍，而且增压和减压交替频率很高，其危害很大，严重时会使管路发生破裂。,6-8 水击简介,水击问题中，考虑水的可压缩性和管壁弹性变形的影响。,第六章 孔口管嘴管道流动,一、有压管道中的水击的四个阶段,1.,：,0tl/c，,增压逆波阶段,2.：,l/ct2l/c，,减压顺波阶段,3.：,2l/ct3l/c,减压逆波阶段,4.：,3l/ct4l/c.,增压顺波阶段,水击波的传播现象：一个增压波以一定速度向水池方向传播的现象，,水击压强：压强增值（或水头增值,H,）称为水击压强。,水击的相长：即水击波由管道阀门传到进口后又由进口传到阀门所需时间。,T,r,=,2l/c,h=cv,0,/g,水击波的全周期、半周期,第一阶段：水的压缩和管壁膨胀，,增压逆波传递 V,0,0,第二阶段：水的受压解除，,减压（常压）顺波，0 V,0,第一阶段,水的压缩和管壁膨胀,增压逆波传递,V,0,0,第二阶段,水的受压解除,减压（常压）顺波,0 V,0,总之，引起管路中速度突然变化的因素，只是水击现象产生的外在条件，液体本身具有可压缩性和惯性是发生水击现象的内在原因。,二、水击分类,1、直接水击（Rapid Closure）：,当关闭阀门时间小于或等于一个相长,T,r,=,2l/c,时，最早由阀门处产生的向上传播而后又从水池反射回来的减压顺行波，在阀门全部关闭时还未到达阀门断面，在阀门断面处产生最大水击压强，称直接水击。,2、间接水击（Slow Closure）,：,当关闭阀门时间大于一个相长时，从上游反射回来的减压波会部分抵消水击增压，使阀门断面处不致达到最大的水击压强，这种水击称为间接水击。,3、正水击（Positive Water-hammer）,：,当管道阀门迅速关闭时，管中流速迅速减小，压强显著增大，,4、负水击（Suction Water-hammer）,：,当管道阀门迅速开启时,三、水击危害的预防,1、延长阀门关闭或开启时间；（缓闭止回阀）,2、在管路中设置安全瓣，或设置空气室，或安装水击消除阀；,3、设