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孔口、管嘴出流及有压管流(水池泄空时间计算)
第6章 孔口、管嘴及有压管流工程实例高压管嘴喷嘴主要内容孔口出流管嘴恒定出流 短管的水力计算 长管的水力计算 离心式水泵及其水力计算知识点与难点★本章所用知识点 连续性方程 能量方程 沿程水头损失 局部水头损失 ★重点
掌握 孔口、管嘴恒定出流的水力计算 有压管路恒定流动的水力计算 离心式水泵的水力计算概述Hdl?l ?0 dd?H孔口10 小孔口10大孔口d?H?l ? 3 ~ 4 管嘴 dl ? 4 管路 d 4? l ? 1000 短管 d?简单管路 复杂管路 枝状管网l ? 1000 d长管※复杂管路串联管路 并联管路 管网环状管网孔口的分类及其与管嘴、管流的关系 小孔口出流、大孔口出流（按H/d 是否大于10来判定） 恒定出流、非恒定出流 淹没出流、非淹没出流 薄壁出流、厚壁出流 如果壁厚达到 3～ 4d，孔口就可以称为管嘴，收缩断面将会在 管嘴内形成，而后再扩展成满流流出管嘴。管嘴出流的能量损 失只考虑局部损失。 如果管嘴再长，以致必须考虑沿程损失时就是短管了。§6―1 孔口出流液体从孔口以射流 状态流出，流线不能 在孔口处急剧改变方 向，而会在流出孔口 后在孔口附近形成收 缩断面，此断面可视 为处在渐变流段中， 其上压强均匀。O2 ? 0 v0 2gP116HH0 CDv0AAC CvCO一 .孔口出流的计算1? 计算特点： h f ? 0H? 出流特点：收缩现象1.自由式出流cd00cl从 1→C 建立伯努利方程，有1vc2 H ?0?0 ? 0?0? ? ?0 2g 2g1 ? vc ? ? c ? ?01? c vc22 gH ? ? 2 gH 1 ?? ? c ? ?0H0dc0式中： ?为孔口流速系数，对于小孔口，? ? 0.971clQ ? Ac vc ? ?A? 2 gH ? ?A 2 gHAc ? ?A? ? ??式中： ?、? 分别为孔口收缩系数和流量系数流量系数是流速系数与小 孔口断面收缩系数的乘积? ? ??? ? 0.60 ? 0.62l1 ? 3a l2 ? 3ba? ? AC / A??A流束直径为最小的收缩 断面 A孔口面积 ? Ac Ab非 完 全 完全收缩 收 l2 缩l1? ? 0.63 ? 0.64无收缩由于边壁的整流作用，它的存在会影响收缩系数，故有完全 收缩与非完全收缩之分，视孔口边缘与容器边壁距离与孔口尺 寸之比的大小而定，大于3则可认为完全收缩。2.小孔口淹没式出流 从 1→2 建立伯努利方程，有2 2 vc vc H1 ? 0 ? 0 ? H 2 ? 0 ? 0 ? ? 0 ? ? se 2g 2g12H1 ? vc ? ? 0 ? ? se2 g ? H1 ? H 2 ? ? ? 2 gHH1dH20?? （与自由式出流公式完全相同）1 0 ? 0 ? ? seH ? H1 ? H 21 Q ? Ac vc ? ?A 2 gH （与自由式出流公式完全相同）2l3. 大孔口恒定出流 大孔口出流的流量公式形式不变，只是相应的水头应近似取 为孔口形心处的值，具体的流量系数也与小孔口出流不同。由于孔口各点的作用水头差 异很大，如果把这种孔口分 成若干个小孔口，对每个小 孔口出流可近似用小孔口出 流公式，然后再把这些小孔 口的流量加起来作为大孔口 的出流流量 Q ? ?A 2 gH0H 0大孔口形心的水头? 大孔口出流的流量系数，可查表4. 孔口非恒定出流 孔口非恒定出流一般应考虑液面高度对孔口出流速度的影响。 然而当孔口面积远小于容器面积时，液体在dt时段内的升降或 压强的变化缓慢，惯性力可忽略不计，此时可把整个变速的流 动过程划分为许多小区间，在每个小区间仍可按恒定流处理。 经孔口流出的液体体积dV ? Qdt ? ?A 2ghdt容器内减少的液体体积dV ? ? Fdh?A 2ghdt ? ?FdhFdh dt ? ? ?A 2 g hFFdh dt ? ? ?A 2 g h对上式积分t??H2H1Fdh 2F ? ?? （ H1 ? H 2） ?A 2 g h ?A 2 g2V H1 ? Qmax若H2=0,2F t?? ?A 2 gQmax ― 开始出流的最大流量 变水头出流的放空时间，等于在起始水头作用 下流出同体积的液体所需时间的两倍。P119§6―2 管嘴恒定出流在容器孔口上连接 一段断面与孔口形状 相似，长度为(3-4)d 的短管，这样的短管 称为管嘴，液流流经 管嘴且在出口断面满 管流出的现象称为管 嘴出流。1一、管嘴出流的计算l ? (3 ~ 4)d? 计算特点: ? 出流特点:hf ? 00Hdc20c2在C-C断面形成收缩，然后再扩大，逐步充满 1 整个断面。1从 1→2 建立伯努利方程，有v2 H ?0?0 ? 0?0? ? ?n 2g 2g 0 1 ?v? 2 gH ? ? n 2 gH ? ? ?n 1 ?n ? ? ? ?n式中：?v 2l ? (3 ~ 4)dHdc20c2?为管咀流速系数， n? n ? 0.821Q ? Av ? ? n A 2 gH式中： ?为管咀流量系数， n ★管嘴正常工作条件? n ? ? n ? 0.82? ?l ? ?3 ~ 4?dH ? 9m例题1一.圆柱形外伸管嘴出流 管嘴出流的局部损失由两部分组成，即孔口的局部水头损失 及收缩断面后扩展产生的局部损失，水头损失大于孔口出流。 但管嘴出流为满流，因此流量系数仍比孔口大，其出流公式为v ? ? n 2gH0Q ? ? n A 2 gH0 ? ? n A 2 gH02 a0v0 H0 ? H ? 2g?圆柱形外管嘴的局部阻力系数 圆柱形外管嘴的流速系数? ? 0.5?n1 1 ?n ? ? ? 0.82 a ?? 1 ? 0.5?n圆柱形外管嘴的流量系数?n ? ?n ? 0.82管嘴出流流量系数的加大也可以从管嘴收缩断面处存在的真 空来解释，由于收缩断面在管嘴内，压强要比孔口出流时的零 压低，必然会提高吸出流量的能力。C D C 3～4Dvcv圆柱形外管嘴的真空度列c-c和2-2断面的能量方程2 ? pc ac vc pa av 2 ? ? ? ? hwc ? 2 ?g 2g ?g 2g2 ? pa ? pc ac vc av 2 ? ? ? hwc ? 2 ?g 2g 2g又v ? ?n2 gH0A 1 vc ? v? v Ac ?h rc ?2 按突扩计算hwc ? 2? pa ? pc a 1 2 2 hvc ? ? [ 2 ? a ? ( ? 1) ]? n H 0 ?g ? ?2 A 2 v ?( ? 1) Ac 2g对圆柱形外管嘴：由实验得：? ? 0.64 ； ?n ? 0.82;取a=1.0, 则得：hvc ? pa ? pc ? ? 0.75H 0 ?g圆柱形外管嘴收缩断面的真空度可达作用 水头的 75% ，管嘴的作用相当于将孔口自由出流的作用 水头增加了0.75倍，这样就提高了管嘴的出流能力。圆柱形外管嘴的正常工作条件7m ? 9m 0.75H0 ?管嘴长度为(3-4)dP121§6―3 有压管道恒定流动的水力计算2 p1 ?1v12 p2 ? 2v2 z1 ? ? ? z2 ? ? ? hw1?2 ? g 2g ? g 2g实际流体恒 定总流能量 方程? ? h f 1? 2 hw1? 2 ? ? ? ? hj管道 中的 满流沿程损失 局部损失已能定量分析，原则上 解决了恒定总流能量方程 中的粘性损失项。 ① 计算管道输水能力； ② 确定作用水头； ③ 计算沿程压强分布。有压管道恒定流动 水力计算主要解决以 下几方面问题：管道水力计算的基本公式连续性方程qm ? ?1gV1 A1 ? ?2 gV2 A2 ? 常数p1 V12 p 2 V 22 z1 ? ? ? E ? z2 ? ? ? hw ?g 2 g ?g 2 g伯努利方程式中 E为外界（泵、风机等）加给单位重量流体的机械能。 能量损失hw ? ? hf ? ? h jl V2 hf ? ? d 2gV2 hj ? ? 2g一、管道系统分类1．按能量损失大小 长管：凡局部阻力和出口速度水头在总的阻力损失中，其比例不足 5％的管道系统，称为水力长管，也就是说只考虑沿程损失。 短管：在水力计算中，同时考虑沿程损失和局部损失的管道系统， 称为短管。 2．按管道系统结构 简单管道：管径和粗糙度均相同的一根或数根管子串联在一起的管 道。 复杂管道：除简单管道以外的管道系统，称为复杂管道，又可分成 ： 1）串联管道：不同管径或不同粗糙度的数段管子串联联接所组成 的管道系统。 2）并联管道：是指数段管道并列联接所组成的管道系统。枝状管道：各不相同的出口管段在不同位置分流，形 状如树枝。 网状管道：通过多路系统相互连接组成一些环形回路 ，而节点的流量来自几个回路的管道。管道系统分类二.短管的水力计算 有压管道的进口是淹没的，出口分自由和淹没两种情况，它 们的作用水头是不同的。 1 自由出流 vH2O 1 2 O2 p1 ?1v12 p2 ? 2v2 z1 ? ? ? z2 ? ? ? hw1?2 ? g 2g ? g 2g改写2 p1 ?1v12 p2 ? 2v2 ( z1 ? ? ) ? ( z2 ? )? ? h f 1?2 ? ? hj ? H 0 ? g 2g ?g 2g上游总水 头和下游测管水头之 差，用于支付出口速 度水头和全部水头损 失（包括沿程损失及 所有局部损失）。作用水头H02 p1 ?1v12 p2 ? 2v2 ? ) ? ( z2 ? )? 作用 ( z1 ? ? g 2g ?g 2g? h f 1?2?水头 H?h(? ? )j==H1 l 1 ? ? ? ?? d==?02 gH?0v2 2g2 l v ? d 2gv2 2gv?1Q ? vA ? ?c A 2gHH v O 2 1 2 O管系 1 ? ? 流量 c l 1 ? ? ? ?? 系数d1淹没出流 H 2 3vOh 12O3作用 水头 H2 p1 ?1v12 p2 ? 2v2 ( z1 ? ? ) ? ( z2 ? )? ? g 2g ?g 2g? h f 1?2??h(? ? )j?==H+h==?0hv2 2g2 l v ? d 2gv2 2g1 用3-3断面作 下游断面 O 1 2 3 H v 2 3hO出口水头损失 按突扩计算2 p3 ?3v3 p1 ?1v12 ( z1 ? ? ) ? ( z3 ? )? ? h f 1?2 ? ? hr1?2 ? hr 2?3 ? g 2g ?g 2g====?0H+h=?0h2 v2 l v ? (? ? ) d 2g 2g( v 2 ? v3 ) 2 v 2 ? 2g 2g1 H v O 1 2 3 h 2 31 1? ? l ? ?? dO1 v? l 1? ? ? ?? d2 gH管系 流量 系数?c ?Q ? vA ? ?c A 2gH淹没与自 由 出 流 相 比，作用水 头不同，管 系流量系数 相同，局部 损失中不包 含 2-2 断面出 口损失。简单管道水力计算特例――虹吸管及水泵安装高度1 Zs Z提水高度吸水管 Zs压水管Z1安装高度2虹吸管是一种压力管，顶部弯2曲且其高程高于上游供水水面。其顶部的真空值一般不大于7~8m水柱 高。虹吸管安装高度Zs越大，顶部真水泵向单位重量液体所提 供的机械能，称为水泵的 扬程 Ht ? Z ? hw吸水管 ? hw压水管 通过水泵转轮转动的作用， 在水泵进口端形成真空，使水空值越大。虹吸管的优点在于能跨越高地， 减少挖方。 虹吸管长度一般不长，故按短 管计算。流在池面大气压作用下沿吸水管上升，流经水泵时从水泵获 得新的能量，从而输入压力管，再流入水塔。返回1 水泵的水力计算 已知 流量Q，吸水管长l1，压水 管 长 l2 ， 管 径 d ， 提 水 高 度 z ，各局部水头损失系数， 沿程水头损失系数 ?要求 水 泵 最 大 真 空度不超过6m 确定 水泵允许安装高度?2?4?53l2 2?33z1?1l1 2z21计算水泵扬程水泵允许安装高度 Q，d v? 5 ? 1 .0p2 v 2 l1 v2 0 ? z2 ? ? ? [? ? (? 1 ? ? 2 )] ? g 2g d 2gl1 p2 v z2 ? [1.0 ? ? ? (? 1 ? ? 2 )] ? ? ?6 d 2g ?gl1 v2 z 2 ? 6 ? [1.0 ? ? ? (? 1 ? ? 2 )] d 2g2?4?53l2 2?33z?21?1l1 2z21水泵扬程 = 提水高度 + 全部水头损失l1 ? l 2 v2 H m ? z ? [1.0 ? ? ? (? 1 ? ? 2 ? ? 3 ? ? 4 )] d 2g? 5 ? 1 .0?4?53l2?232 l1 2z?31?1z21水泵吸水管的水力计算 计算内容：已知?hv ? ，求水泵安装高度H s 。 Q、d、l吸、?、?进、?弯、例题22.虹吸水力计算 虹吸灌溉真空输水：世界上 最大直径的虹吸管 (右侧直径1520毫 米、左侧600毫米), 虹吸高度均为八米， 犹如一条巨龙伴游 一条小龙匐卧在浙 江杭州萧山区黄石 垅水库大坝上，尤 为壮观，已获吉尼 斯世界纪录 。我 国 最 大 的 倒 虹 吸 管例题3三、长管的水力计算 如果作用水头的 95%以上用于沿程 水头损失，我们就 可以略去局部损失 及出口速度水头， 认为全部作用水头 消耗在沿程，这样 的管道流动称为水 力长管。否则为水 力短管。简单管路P126对水力长管，总水头线就是测压管水 头线对水力长管，根据连续方程和谢才公 式（P107)可知Q ? vA ? AC RJ ? K J ? Khf lQ2 H ? hf ? 2 l K长管 : 作用水头全部 用于支付沿程损失K ? AC R流量模数 与流量具有相 同的量纲压强的沿程分布入口断面 0-0，任意断面 i-i2 p0 ? 0v0 pi ?i vi2 z0 ? ? ? zi ? ? ? hl 0?i ? g 2g ? g 2g2 pi p0 ? 0v0 ?i vi2 ? ( z0 ? ? ) ? zi ? ? hl 0?i ?g ? g 2g 2g通过有压管道定常流动的水力计算，容易确定沿程压强的 分布，得到测压管水头线。测压管水头线低于管轴线，为负 压。工程中有时需要避免压力的低值，为此找出管道中的压 力最低点，检验其是否满足要求。如压力过低，可采取调整 管道位置高程、降低流速等措施解决。1、管道水力计算主要任务管道水力计算的主要任务是： (1)根据给定的流量和允许的压强损失确定管道直径和管道布置； (2)根据给定的管道直径、管道布置和流量来验算压强损失； (3)根据给定的管道直径、管道布置和允许的压强损失，校核流量。 管道水力计算的基本公式有连续性方程、伯努利方程和能量损 失公式等三个。 连续性方程 q m ? ?1 gV1 A1 ? ? 2 gV2 A2 ? 常数 或 qV ? V1 A1 ? V2 A2 ? 常数 伯努利方程p1 V12 p 2 V 22 z1 ? ? ? E ? z2 ? ? ? hw ?g 2 g ?g 2 g式中 E为外界（泵、风机等）加给单位重量流体的机械能。能量损失hw ? ? hf ? ? h j其中2 l V2 V hf ? ? hj ? ? ， d 2g 2g由上面管道系统分类可知，管道系统的分类类似于电路系 统。因此，管道水力计算类似于电路计算，管道中的流量 相当于电路中的电流；压降相当于电压，管道阻力相当于 电阻。2、串联管道qV 1 ? qV 2 ? qV 3 ? ? ?hw ? hw1 ? hw2 ? hw3 ? ?以沿程损失为主，必要时用等值长度计算局部损失。 水头线中不画局部损失和速度水头。lm ? ?? d dlm ? ??等值长度n 段串联管道各段的流量、流速、管径、长度可不同，各 段损失分别计算然后叠加，认为作用水头全部用于沿程损失， 可得一个方程 n n Q2 H ? ? h f i ? ? i2 li i ?1 i ?1 Ki 各段流量间 的关系由连 续 原 理 确 定，又可得 n-1个方程Qi ?1 ? Qi ? qi (i ? 2,3)3、并联管道qV ? qV 1 ? qV 2 ? qV 3hw1 ? hw2 ? hw3 ? hw(a-b)n段并联管道的水头损失是相同的，给出n-1个方程Qi2 h f i ? 2 li ? const Ki(i=1,…, n)流量之和为 总流量，又可 得一个方程? Qi ? ? Kii ?1 n nhf AB hf 1=hf 2 =hf 3 H hf CD CQ1hf i li?QABQ2Q3Di ?1q14、沿程均匀泄流管路 沿管长单位长度上泄出相等的流量QT通过流量 总途泄流量Qp距开始泄流断面 x 处，取 长度dx的微小管段，认为通 过的流量QM不变QM ? QT ? Q p ?Qp lx2 2 Qp 2 QM QM dh f ? 2 dx ? 2 (QT ? Q p ? x) dx K K l 2 1 1Q Qp 2 M h f ? ? dh f ? ? 2 (QT ? Q p ? x) dx 0 0 K l l 1 2 2 ? 2 (QT ? QT Q p ? Q p ) K 3当QT ? 02 lQ 1 phf ?3 K25、枝状管网分枝状管网应按最不利点设计干管，在干管各段的流量分配 给定，管径由经济流速确定的情况下，可以决定所需作用水 头。此后的支管设计就成为已知水头和流量求管径的问题。6、环状管网对环状管网的每一个 节点可写出连续方程 ， 其中独立的比总节点数 少一个 。管网中的每一 个闭合环水头损失的代 数和为 零。 方程总个数 恰为管网中的管段数。 工程上一般采用迭代法确定各管段流量分配，先给出流量分配 初值，由经济流速确定管径，计算各闭合环水头损失代数和， 根据各闭合环代数和的值，推求校正流量，重新进行流量分 配，继续迭代过程，直至满足要求。 ?h ?Q ? ? h 2? Qf f[例] 管路损失计算：沿程损失+局部损失已知: 图CE3.7.2示上下两个贮水池由直径d=10cm，长l=50m的铁管连接（ε= 0.046 mm）中间连有球形阀一个（全开时Kv=5.7），90°弯管两个 （每个Kb= 0.64），为保证管中流量Q = 0.04m3/s , 求： 两贮水池的水位差H（m）。解： 管内平均速度为3 s V ? 4Q2 ? 4? 0.04m / ? 5.09 m/s 2 ?d ? ? ? 0.1m ?? ? ? ?管内流动损失由两部分组成：局部损失和沿程损失。局部损失除阀门和弯头 损失外，还有入口（Kin= 0.5）和出口（Kout=1.0）损失2 hm ? ( Kin ? KV ? 2Kb ? Kout )V 2g沿程损失为2 l V hf ? ? d 2g[例] 管路损失计算：沿程损失+局部损失λ由穆迪图确定。设ν=10C 6 m2/s/s)(0.1m) ? 5.09?105 Re ? Vd ? (5.09m ? 10?6 m2 /s ? ? 0.046mm ? 0.00046 d 100mm查穆迪图可得λ= 0.0173对两贮水池液面（1）和（2）列伯努利方程的第一种推广形式,2 2 (V ? z ? p )1 ? (V ? z ? p )2 ? hL ?g ?g 2g 2g对液面V1=V2=0，p1=p2=0，由上式可得2 H ? z1 ? z2 ? hL ? hm ? h f ? ( Kin ? Kv ? 2Ke ? Kout ? ? l )V d 2g[例C3.7.2] 管路损失计算：沿程损失+局部损失? ?? 0.5 ? 5.7 ? 2 ? ??0.64?? 11.2m ?11.4m ? 22.6m2 5 . 09m s ? ?1.0 ? 0.0173 50 ? ? ? 0.1? ? 2 ? 9.81m s2 ? ? ???讨论： （1）本例中尽管在单管中嵌入了多个部件，包括入口和出口， 有多个局部损失成分，只要正确确定每个部件的局部损失因子， 将其累加起来，按一个总的局部损失处理。（2）计算结果表明，本例中管路局部损失与沿程损失大小相当， 两者必须同时考虑 。 （3）本例若改为第三类问题：给定流量和水头损失计算管径， 由于许多部件的局部损失因子与管径有关，除了达西摩擦因子 需要迭代计算外，局部损失因子也要迭代，计算的复杂性比不 计局部损失时大大提高了。工程上通常将局部损失折算成等效 长度管子的沿程损失，使计算和迭代简化。§6.4离心式水泵的水力计算★泵是把机械能转化为液体能量的一种机械。 一、泵的构造简介二、主要参数流量Q扬程H（泵供给单位重量液体的能量） 功率 输入功率（轴功率）NX 输出功率（有效功率） N e ? ?gHQ 效率 N ?? eNX转速n 允许真空度[hv ]三、工况分析 1.水泵特性曲线 2.管路特性曲线工作点确定 工作点：水泵特性曲线与管路特性曲线的交点 水泵的选择 电动机的选择 Ne ? ? 据工作点Q、H→计算 N e ? ?gHQ →据 → Nx。 NX6-5 管路中的水锤现象水击（或称水锤）是有压管中的一种重要的非恒定流现象。 当有压管中的流速因某种外界原因而发生急剧变化时，将引起液体内部压强产生迅速交替升降的现象，这种交替升降的压强作用在管壁、阀门或其它管路元件上好像锤击 一样，故称为水击（或水锤）。 这种压强的交替升降，有时会达到很大的数值，处理 不当将导致管道系统发生强烈的振动，管道严重变形甚至 爆裂。主要内容：阀门突然关闭时有压管道中的水击 ?水击现象的物理过程 ?水击压强的计算?水击波的传播速度阀门逐渐关闭时有压管道中的水击 ?水击压强的计算 ?直接水击与间接水击 ?减小水击压强的措施阀门突然关闭时有压管道中的水击的物理过程a流速由V0→0， 压强增加△p， 管壁膨胀V=0 V0?p ?ga流速由0 → -V0 ， 压强减小，恢复原状， 管壁恢复原状V0 V0?p ?gH0p0 ?gH0p0 ?gV0Bt ?0?t ?LL aABt?L 2L ?t ? a L aAa流速由-V0→0， 压强降低△p， 管壁收缩V=0 V0 V0 V0=0?p ?g ?p ?gap0 ?gH0H0流速由0 →V0 ， 压强增加，恢复原状， 管壁恢复原状V0 V0 V0 V0 V0=0?p ?g ?p ?gp0 ?gBt?2L 3L ?t ? a L aABt?3L 4L ?t ? a L aA各断面压强随时间变化图p0+△p阀门断面处p0 p0-△pop0+△pL a2L a3L a4L a5L a6L a管路进口断面处p0 p0-△poL a2L a3L a4L a5L a6L a水击压强的计算依动量定理可推得：?p ? ? a(V0 ? V )或?p a ?H ? ? (V0 ? V ) ?g g当阀门突然完全关闭时，V=0，则有?p ? ? aV0或?p a ?H ? ? V0 ?g g例如某压力引水钢管内水击波传播的速度a=1000m/s，设 流速由6 m/s减少到零时，阀门突然关闭时的压强水头增 量为1000 ?H ? ? 6 ? 600m 9.8水击波传播的速度根据质量守恒原理可推导出水击波的传播速度K a? 1 ? 1??K D ? ) E ??(1 D ? ) K E?K、ρ――液体的体积模量、密度 E、D、δ――管壁材料的弹性模量、管径、管壁厚度直接水击――当 Ts ?2L a时，阀门处的压强不受阀门关闭时间长短的影响 间接水击――当 Ts ?2L a或L?aTs 2时，阀门处的压强与阀门关闭时间的长短有关 工程设计中减小水击压强的措施： ?合理选择参数，并尽可能延长阀门调节时间，以 避免产生直接水击。 ?在管壁材料强度允许的条件下，应当选用直径较大， 管壁较薄的水管。例题1[例1]在 H 孔口 ? H n , d 孔口 ? d n 条件下，试分别比较孔口和管嘴出流的 流速及流量。 [解]1.流速比较v孔口 ?孔口 2 gH孔口 ?孔口 0.97 ? ? ? ?1 vn ?n 0.82 ? n 2 gHn2.流量比较Q孔口 ? 孔口 A孔口 2 gH孔口 ?孔口 0.62 ? ? ? ?1 Qn ?n 0.82 ? n An 2 gHn例题2?hv ? [例2]已知 Q、d、l吸、?、?进、?弯、 ，求水泵安装高度H s 。[解] 从 1→2 建立伯努利方程，有l吸 v 2 p2 ?v 2 v2 v2 0 ? 0 ? 0 ? Hs ? ? ?? ? ?进 ? ?弯 ?g 2 g d 2g 2g 2g例题2l吸 p2 ? ? v2 ? Hs ? ? ? ?? ? ? ? ? 进 ? ?弯 ? ?g ? d ? 2g l吸 ? ? v2 ? hv ? ?? ? ? ? ? 进 ? ? 弯 ? d ? ? 2gH s maxl吸 ? ? v2 ? ?hv ? ? ?? ? ? ? ? 进 ? ? 弯 ? d ? ? 2g式中：?hv ? 为泵进口真空度，一般?hv ? ? 7 ~ 8 m H2O实际的安装高度 H 只要小于或等于 ，即可。 H s max s例题3[例3]如图所示虹吸管，通过虹吸作用将左侧水输至下游。已知 ，试求： d、H1、H 2、l1、l2、?、?e、?b ? 通过虹吸管的流量Q； ? 虹吸管最高处A点的真空度 hv 。例题3[解]1.由1→2列伯努利方程得l1 ? l2 v2 H 1 ? 0 ? 0 ? 0 ? 0 ? 0 ? (? ? ?e ? ?b ? ? se ) d 2gv? 2 gH1l1 ? l2 ? ? ? e ? ? b ? ? se d2 gH1 ? 2 Q ? Av ? d l1 ? l2 ? ? ? e ? ? b ? ? se 4 d流量例题32.由1→A列伯努利方程pa p A ?v l1 v H1 ? ? 0 ? H1 ? H 2 ? ? ? (? ? ? e ? ? b ) ?g ?g 2 g d 2g2 2得A点真空度pa ? p A l1 v hv ? ? H 2 ? (? ? ? ? ?e ? ?b ) ?g d 2g2作业：P142 习题6-2、6-5、6-7、6-9、610、6-20、6-22
第八章 有压管道恒定流动和孔口、管嘴出流 复习思考题_理学_高等教育_教育...水从水池经管道流入大气,计算出流量时,应用能量方程应选用计算断面是 __C___...流体力学_龙天渝_孔口、管嘴出流和有压管流_研究...流量系数为μ ,试求该车充满油后所需的泄空时间...5-19 水从密闭水箱沿垂直管道送入高位水池中。已知...理解射流与孔口出流的特点。 2. 掌握管嘴出流的水力现象。 3. 灵活应用静力学的基本知识,由测压管读数推求作用水头。 4. 掌握孔口、管嘴出流的流量计算公式...算嘴 2、记录及计算表格 分类 项目 水面高度值 H1 (cm) 体积 (cm3) 时间(...空口管嘴 d d & 0.1 时,孔口出流的侧收缩率较 & 0.1 时有何不同?...孔口管嘴结构和出流条件,有不同分类:自由出流和...大孔自由流时,流量计算公式与小孔时在形式上是 10...0.1 m 的两泄 空孔。确定泄空时间 t。 D Pa...5、关闭管嘴,打开孔口,使其出流,当流动稳定后,...孔口 = 2、记录及计算(见表 6、表 7) 。表6...时间 流量 平均流量 水头 系数 各测压管液面读数 ...第七章孔口、管嘴出流与气体射流一、学习导引 1、孔口、管嘴出流 孔口与管嘴出流计算的关键是理解相应参数 (出口流速和流量) 计算公式中作用水头的 含义,并...2.整理记录及计算表格(表 9.1) 。六、实验分析与讨论 1.结合观测不同类型管...第五章 有压管流与孔口... 19页 1下载券
§5-1 孔口出流与管嘴出....水箱自由出流,在水箱同一深度各开一个孔直径相同的孔口和管嘴出流,下列说法较合理的是()。 A.在一定的有效作用水头的限制下,管嘴出流流量比孔口出流流量大...孔口、管嘴出流和有压管流的水力计算,是连续性...容器泄空时间,蓄水库的流量调节等 问题皆可按孔口...在水池中离管路进 口某一距离处取断面 1-1,该处...
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孔口与管嘴出流实验报告
篇一：9 孔口与管嘴出流实验 孔口与管嘴出流实验 一、实验目的要求 １．掌握孔口与管嘴出流的流速系数、流量系数、侧收缩系数、局部阻力系数的量测技能；
２．通过对不同管嘴与孔口的流量系数测量分析，了解进口形状对出流能力的影响及相关水力要素对孔口出流能力的影响。 孔口管嘴实验装置简图 1. 自循环供水器 2. 实验台 3. 可控硅无级调速器 4. 恒压水箱5. 溢流板 6. 稳水孔板 7. 孔口管嘴(1#喇叭进口管嘴 2#直角进口管嘴 3#锥形管嘴 4#孔口) 8. 防溅旋板 9. 测量孔口射流 收缩直径移动触头 10. 上回水槽 11. 标尺 12. 测压管 二、实验原理流量系数 收缩系数 流速系数 阻力系数 三、实验方法与步骤 １．记录实验常数，各孔口管嘴用橡皮塞塞紧。 ２．打开调速器开关，使恒压水箱充水，至溢流后，再打开1＃园角管嘴，待水面稳定后，测记水箱水面高程标尺读数Ｈ1，测定流量Ｑ（要求重复测量三次，时间尽量长些，以求准确），测量完毕，先旋转水箱内的旋板，将1＃管嘴进口盖好，再塞紧橡皮塞。 ３．依照上法，打开2＃管嘴，测记水箱水面高程标尺读数Ｈ1及流量Ｑ，观察和量测直角管嘴出流时的真空情况。 ４．依次打开3＃园锥形管嘴，测定Ｈ1及Ｑ。 ５．打开4＃孔口，观察孔口出流现象，测定Ｈ1及Ｑ，并按下述7(2)的方法测记孔口收缩断面的直径（重复测量三次）。然后改变孔口出流的作用水头（可减少进口流量），观察孔口收缩断面直径随水头变化的情况。 ６．关闭调速器开关，清理实验桌面及场地。 ７．注意事项： （１）实验次序先管嘴后孔口，每次塞橡皮塞前，先用旋板将进口盖掉，以免水花溅开；
（２）量测收缩断面直径，可用孔口两边的移动触头。首先松动螺丝，先移动一边触头将其与水股切向接触，并旋紧螺丝，再移动另一边触头，使之切向接触，并旋紧螺丝，再将旋板开关顺时针方向关上孔口，用卡尺测量触头间距，即为射流直径。实验时将旋板置于不工作的孔口（或管嘴）上，尽量减少旋板对工作孔口、管嘴的干扰； （３）进行以上实验时，注意观察各出流的流股形态，并作好记录。四、实验分析与讨论 问 题 一.结合观测不同类型管嘴与孔口出流的流股特征，分析流量系数不同的原因及增大过流能力的途径。 参考答案: 据实验解答的实际实验结果可知，流股形态及流量系数如下： 园角管嘴出流的流股呈光滑园柱形，u = 0. 935； 直角管嘴出流的流股呈园柱形麻花状扭变，u = 0. 816； 园锥管嘴出流的流股呈光滑园柱形，u = 0. 934； 孔口出流的流股在出口附近有侧收缩，呈光滑园柱形，u = 0. 611。 影响流量系数大小的原因有： （1）出口附近流股直径，孔口为= 1。 （2）直角进口管嘴出流，u大于孔口，是因为前者进口段后由于分离，使流股侧收缩而 ），产生抽吸作用从而加大过流能力。后，其余同管嘴的出口内径，引起局部真空（实际实验实测局部真空度为16cm 者孔口出流流股侧面均为大气压，无抽吸力存在。 （3）直角进口管嘴的流股呈扭变，说明横向脉速大，紊动度大，这是因为在侧收缩断面附近形成漩涡之故。而园角进口管嘴的流股为光滑园柱形，横向脉速微弱，这是因进口近乎流线形，不易产生漩涡之故，所以直角管嘴比园角管嘴出流损失大，u值小。 （4）园锥管嘴虽亦属直角进口，但因进口直径渐小，不易产生分离，其侧收缩断面面积接近出口面积（u值以出口面积计），故侧收缩并不明显影响过流能力。另外，从流股形态看，横向脉动亦不明显，说明渐缩管对流态有稳定作用（工程或实验中，为了提高工作段水流的稳定性，往往在工作段前加一渐缩段，正是利用渐缩的这一水力特性）。能量损失小，因此其u值与园角管嘴相近。 从以上分析可知，为了加大管嘴的过流能力，进口形状应力求流线形化，只要将进口修园，提高u的效果就十分显著。孔口及直角管嘴的流量系数的实验值有时比经验值偏大，其主要原因亦与制作工艺上或使用上不小心将孔口、管嘴的进口棱角，磨损了有关。问 题 二.观察d/H & 0. 1时，孔口出流的侧收缩率较d/H & 0. 1时有何不同？ 参考答案： 当d/H & 0. 1时，观测知收缩断面直径 测知，u增大，可达0. 7左右。 问 题 三.试分析完善收缩的锐缘薄壁孔口出流的流量系数有下列关系：增大，并接进于孔径d，这叫作不完全收缩，实验 其中为韦伯数。根据这一关系，并结合因素分析本实验的流量系数偏离理论值（ = 0. 611）的原因。 参考答案： 薄壁孔口在完善收缩条件下（孔口距相邻壁面距离L & 3d），影响孔口出流流速v的因素有：作用水头H，孔径d，流体的密度 ，重力加速度g，粘滞系数u及表面张力系数（1） ，即现利用定律分析流量Q与各物理量间的相互关系，然后推求与流量系数相关的水力要素。 因v、H、是三个量纲独立的物理量，只有： 根据定理得（2）（3）（4）
（5） 根据量纲和谐原理，（2）式的量纲应为
故有 可解得： 即 同理，求得将各值代入（1）式，有或 又因Q = Av，则 对照流量计算公式
则流量系数应有篇二：给排水水力学-孔口、管嘴出流实验 实验课程名称：___水力学A实验_____实验课程名称：___水力学实验_____ 篇三：孔口与管嘴出流实验 实验八 孔口与管嘴出流实验 一、 实验目的 1、掌握测定薄壁孔口与管嘴出流的断面收缩系数ε、流量系数μ、流速系数φ、 局部阻力系数ξ的测量方法； 2、观察各种典型孔口及管嘴自由出流的水力现象，并通过对不同管嘴与孔口的流量系数测量分析，了解进口形状对过流能力的影响，及相关水力要素对孔口出流能力的影响。 二、实验原理 在盛有液体的容器侧壁上开一小孔，液体质点在一定水头作用下，从各个方向流向孔口，并 以射流状态流出，由于水流惯性作用，在流经孔口后，断面发生收缩现象，在离孔口1/2直径的地方达到最小值，形成收缩断面。 若在孔口上装一段L=(3-4)d的短管，此时水流的出流现象便为典型的管嘴出流。当液流经过 管嘴时，在管嘴进口处，液流仍有收缩现象，使收缩断面的流速大于出口流速。因此管嘴收缩断面处的动水压强必小于大气压强，在管嘴内形成真空，其真空度约为hv=0.75H0，真空度的存在相当于提高了管嘴的作用水头。因此，管嘴的过水能力比相同尺寸和作用水头 的孔口大32%。 在恒定流条件下，应用能量方程可得孔口与管嘴自由出流方程： 1/21/2Q=φεA(2gH0) =μA(2gH0) 1/2流量系数μ=Q/[A(2gH0)] 22收缩系数ε=Ac/A=dc/d 1/21/2 流速系数φ=Vc/(2gH0)=μ/ε=1/(1+ξ) 2阻力系数ξ=1/φ-1 三、实验设备 图8-1 孔口与管嘴实验装置图 1、 自循环供水器；2、实验台； 3、可控硅无级调速器； 4、恒压水箱；
5、供水管； 6、回水管；7、孔口管嘴： (A-A图内小字标号1#为喇叭进口管嘴，2#为直角进口管嘴，3#为锥形管嘴，4#为孔口)；8、防溅旋板； 9、测量孔口射流收缩直径的移动触头；10、回水槽；11、标尺；12、测压管。 四、实验步骤 1、记录实验常数，各孔口管嘴用橡皮塞塞紧。 2、打开调速器开关，使恒压水箱充水，至溢流后，再打开1#圆角管嘴，待水面稳定后，测 定水箱水面高程标尺读数H1，用体积法(或重量法)测定流量Q(要求重复测量三次，时间尽量长些，要在15秒以上，以求准确)，测量完毕，先旋转水箱内的旋板，将1#管嘴进口盖 好，再塞紧橡皮塞。 3、依照上法，打开2#管嘴，测记水箱水面高程标尺读数H1及流量Q，观察和量测直角管嘴 出流时的真空情况。 4、依次打开3#圆锥形管嘴，测量H1及Q。 5、打开4#孔口。观察孔口出流现象，测量H1及Q，并按下述注意事项b的方法测记孔口收缩断面的直径(重复测量三次)。然后改变孔口出流的作用水头(可减少进口流量)，观察孔口收缩断面直径随水头变化的情况。 6、关闭开关3，清理实验桌面及场地。
五、注意事项 1、实验次序先管嘴后孔口，每次塞橡皮塞前，先用旋板将进口盖掉，以免水花溅开。 2、量测收缩断面直径：可用孔口两边的移动触头。首先松动螺丝，先移动一边触头将 其与水股切向接触，并旋紧螺丝，再移动另一边触头，使之切向接触，并旋紧螺丝，再将旋板开关顺时针方向关上孔口，用卡尺测量触头间距，即为射流直径。实验时将旋板置于不工作的孔口(或管嘴)上，尽量减少旋板对工作孔口、管嘴的干扰。 3、以上实验时，注意观察各出流的流股形态，并作好记录。 六、思考题 1、结合观测不同类型管嘴与孔口出流的流股特征，分析流量系数不同的原因及增大过流能力的途径。 2、观察d/H＞0.1时，孔口出流的侧收缩率较d/H＜0.1时有何不同? 2、 为什么要求圆柱形外管嘴长度L=(3～4)d，当圆柱形外管嘴长度大于或小于(3～4)d时 将会出现什么情况?相关热词搜索：
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