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流体力学 第五节 孔口、管嘴及有压管流,一 孔口出流 -分类,流体经孔口流出的水力现象称为孔口出流。,薄壁孔口,非薄壁孔口,薄壁孔口:水流与孔壁仅在一条周线上接触。 非薄壁孔口:反之。,小孔口:,自由出流:流体经过孔口流入大气。 淹没出流:孔口被下游水体淹没。,大孔口:,小孔口断面各点水头近似相等,可按形心点水头进行计算。 大孔口断面上各点水头不相等。,一 孔口出流 -薄壁小孔口自由出流,薄壁小孔口出流-流量计算公式:,孔口出流流量系数:,作用水头:,以孔口轴线为基准线,1-1断面和 C-C断面列能量方程,求流速,根据收缩断面流速vc 求出流量Q,作用水头-,作用水头:,作用水头可以表示为: 上游断面的总能量减去下游断面的势能; 或:用于维持流动速度和克服能量损失;,根据上游断面和孔口收缩断面C-C的能量方程:,二 管嘴出流,管嘴出流流量计算公式:,管嘴出流流量系数:,L=(34)d,管嘴出流正常工作的条件:,孔口出流与管嘴出流的比较,同样条件( H0、d )下 流量计算公式相同:,但是流量系数不同:,所以:同样条件( H0 、d)下,管嘴出流量大于孔口出流量。,孔口出流:,管嘴出流:,如 过大,管嘴处真空度过大,会有空气被吸入,造成真空破坏,如管嘴过长,沿程阻力不能忽略,为短管流动, 如管嘴过短,无法形成真空。,管嘴出流正常工作的条件:,孔口淹没出流,三 有压管流 -分类,(可按不同的方式分类),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,予以忽略的管道。,短管:需要同时计算 ,的管道。,简单管路:没有分支的等直径管道。,复杂管路:,串联管路 并联管路,枝状管网 环状管网,管网:,按照出流方式又可分为:,自由出流 淹没出流,1. 短管自由出流 水力计算,z1,1,1,2,2,H0,H,1-1;2-2列能量方程:,流量系数:,作 用 水 头,短管自由出流流量:,直径为20mm、长5m的管道自水池取水并泄水至大气中, 出口比水池水面低2m,已知沿程水头损失系数 , 进口局部水头损失系数 泄流量为( )L/s。,求出口流速v2,解: 以出口2-2为基准,列1-1和2-2断面的能量方程:,(A)0.88; (B)1.90; (C)0.77; (D)0.39;,上式中以出口管轴心点为基础:,两断面均为大气压,相对压强为0:,1-1断面液面下降速度忽略:,例6-42(2008年),能量损失为:,将上述各项代入能量方程:,正确答案(C)0.77;,6-42 (2008年),6-42 (2008年)-2,正确答案:(C)0.77;,流量系数:,短管自由出流流量:,2 短管淹没出流 水力计算,短管淹没出流:管道出口被水体淹没,出流速度变成出口局部水头损失,2-2断面为下游断面。,求解方法相同,列1-1和2-2断面能量方程,求管道中的流速,计算流量。,2 短管淹没出流 水力计算,z1,v1,v2,1,1,2,2,H0,H=z1-z2,或根据 作用水头,作 用 水 头,z1,流量系数:,短管淹没出流流量:,6-43 (2005年),两水箱用简单管道连接,计算管道流量时,其作用水头为( )。,作用水头:,解: 以2-2为基准,列1-1和2-2断面的能量方程:,正确答案:,6-44 (2006年),两水箱水面恒定,求流速。 -淹没短管,解:以2-2为基准,列1-1和2-2断面能量方程,已知:,答案:,(二)有压管道中的恒定流,1-1断面和2-2断面列能量方程:,1 简单长管: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,予以忽略的管道。,1,1,2,2,H,总水头线 测压管水头线,Q,(二)有压管道中的恒定流,简单长管管径 d 和沿程阻力系数沿程不变,则:,管道比阻:,管路的综合阻抗:,则:,或:,(二)有压管道中的恒定流,2.串联管路:不同管径的管段依次连接的系统。,计算原则:各个管段阻力叠加,流量相等。,阻力损失叠加:,(二)有压管道中的恒定流 - 串联管路,无沿程泄流时:,有沿程泄流时:,均满足连续方程 即质量守恒,计算原则:各个管段阻力叠加,流量相等。,流量各段相等,则总阻抗是各管段阻抗之和:,串联管路,(二)有压管道中的恒定 -并联管路,3.并联管路:在一处分支,又在一处汇合的管道系统。 各个分支管道的管长、管径可能各不相同。 计算原则:各个分支管的阻力相等,流量叠加。,(二)有压管道中的恒定流 - 并联管路,并联管路计算原则:各个分支管的阻力相等,流量叠加。,管段阻抗:,(二)有压管道中的恒定流 - 并联管路,并联管路流量分配规律:,串联管路与并联管路比较,串联管路 并联管路,题6-46(2005年) ( 题6-47 类似),长管并联管路,已知:,求两管段流量比。,解:,根据:,正确答案:,
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