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1、孔口、管嘴、管路流動(dòng),本章應(yīng)用流體力學(xué)基本原理，結(jié)合具體流動(dòng)條件，研究孔口、管嘴及管路流動(dòng)。,研究流體經(jīng)容器器壁上的孔口或管嘴出流，以及流體沿管路的流動(dòng)，對(duì)供熱通風(fēng)及燃?xì)夤こ叹哂泻艽蟮膶?shí)用意義。,孔口、管嘴及管路流動(dòng)的實(shí)際原理：流動(dòng)損失中局部阻力損失占主導(dǎo)因素，在這種狀態(tài)下分析流動(dòng)過(guò)程，為孔口、管嘴出流。例：門(mén)窗過(guò)流、節(jié)流孔板、消火栓、水龍頭等。流動(dòng)損失中沿程阻力和局部阻力損失所占比重相當(dāng)，在這種狀態(tài)下分析流動(dòng)過(guò)程，為短管道流動(dòng)。例：室內(nèi)采暖、給水、燃?xì)夤苈芳巴L(fēng)空調(diào)管路系統(tǒng)等。 流動(dòng)損失中沿程阻力損失占主導(dǎo)因素，在這種狀態(tài)下分析流動(dòng)過(guò)程，為長(zhǎng)管道流動(dòng)。例：室外市政管道、給水、燃?xì)?、供熱等?

2、第一節(jié) 孔口自由出流,在容器側(cè)壁或底壁上開(kāi)一孔口，容器中的液體自孔口出流到大氣中，稱為孔口自由出流。,如出流到充滿液體的空間，稱為淹沒(méi)出流。,第一節(jié) 孔口自由出流,,,討論出流規(guī)律。通過(guò)收縮斷面形心引基準(zhǔn)線0-0，列出A-A及C-C兩斷面的能量方程。,對(duì)薄壁孔口來(lái)說(shuō),移項(xiàng)整理得：,就vc求解得：,薄壁孔口出流分為小孔口 和大孔口,H0稱為作用水頭，是促使出流的全部能量。,稱為流速系數(shù)，其值可通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)得，對(duì)圓形薄壁小孔口流速系數(shù) =0.970.98。,孔口出流流量公式。,令,令,稱為流量系數(shù)其值為 =0.600.62。,稱為斷面收縮系數(shù)，其值可通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)得，對(duì)圓形薄壁小孔口斷面收縮系數(shù) =

3、0.620.64。,全部收縮 不全部收縮 完善收縮 不完善收縮,完善收縮的薄壁圓形小孔口 =0.64 =0.97 =0.62,收縮系數(shù),第二節(jié) 孔口淹沒(méi)出流,當(dāng)液體通過(guò)孔口出流到另一個(gè)充滿液體的空間時(shí)稱為淹沒(méi)出流。,H0=H1-H2=H稱為作用水頭，是促使出流的全部能量。,稱為淹沒(méi)出流流速系數(shù)，其值與相同條件下自由出流值相等， =0.970.98。,令,稱為淹沒(méi)出流流量系數(shù)其值為與相同條件下自由出流值相等。,當(dāng)上下游液面高度一定定時(shí)，即H一定時(shí)，淹沒(méi)出流流量與孔口在液面下開(kāi)設(shè)的位置高低無(wú)關(guān)。,第三節(jié) 管嘴出流,一、圓柱形外管嘴出流,當(dāng)圓孔壁厚等于34d時(shí)，或者在孔口處外接一段長(zhǎng)l= 34

4、d 的圓管時(shí)，此時(shí)的出流稱為圓柱形外管嘴出流，外接短管稱為管嘴。,,,,,,,,,,,,,,,,,,通過(guò)收縮斷面形心引基準(zhǔn)線0-0，列出A-A及B-B兩斷面的能量方程。,由上式可得,由于出口斷面是完全充滿的（不同于孔口）， =1，則,管嘴真空現(xiàn)象及真空值，可通過(guò)列出收縮斷面C-C及B-B兩斷面的能量方程得到證明：,完全圓柱形外管嘴正常工作條件：1、作用水頭H0的極限值為：H0=7/0.75=9.3m。2、管嘴長(zhǎng)度l = 34d 。,則圓柱形管嘴在收縮斷面C-C上的真空值為：,比較孔口和管嘴的流速系數(shù)和流量系數(shù) 孔口 管嘴 =0.64 =1 =0.97 =0.82 =

5、0.62 =0.82,第四節(jié) 簡(jiǎn)單管路,有壓管流是日常生活中最常見(jiàn)的輸水方式，本節(jié)主要介紹了 有壓管流的水力特點(diǎn)，計(jì)算問(wèn)題以及簡(jiǎn)單管道與串聯(lián)、并聯(lián)和 管網(wǎng)的水力計(jì)算原理與應(yīng)用。,一、概念 有壓管流（penstock）： 管道中流體在壓力差作用下的流動(dòng)稱為有壓管流。 有壓恒定管流： 管流的所有運(yùn)動(dòng)要素均不隨時(shí)間變化的有壓管流。 有壓非恒定管流： 管流的運(yùn)動(dòng)要素隨時(shí)間變化的有壓管流。,二、分類 1.有壓管道根據(jù)布置的不同，可分為： 簡(jiǎn)單管路： 是指管徑、流速、流量沿程不變，且無(wú)分支的單線管道。 復(fù)雜管路： 是指由兩根以上管道所組成的管路系統(tǒng)。,2.按局部水頭損失和流速

6、水頭之和在總水頭損失中所占的比重，管道可分為 長(zhǎng)管： 指管道中以沿程水頭損失為主，局部水頭損失和流速水頭所占比重小于（5%-10%）的沿程水頭損失，從而可予以 忽略的管道。 短管： 局部水頭損失和流速水頭不能忽略的、需要同時(shí)計(jì)算的管道。,三、有壓管道水力計(jì)算的主要問(wèn)題 1.驗(yàn)算管道的輸水能力：在給定作用水頭、管線布置和斷面尺寸的情況下，確定輸送的流量。 2.確定水頭：已知管線布置和必需輸送的流量，確定相應(yīng)的水頭。 3.繪制測(cè)壓管水頭線和總水頭線：確定了流量、作用水頭和斷面尺寸（或管線）后，計(jì)算沿管線各斷面的壓強(qiáng)、總比能，即繪制沿管線的測(cè)壓管水頭線和總水頭線。,圖中，列斷面1-1，2-2能量

7、方程,式中：,1 自由出流,2. 淹沒(méi)出流,例1：用虹吸管自鉆井輸水至集水池。如圖所示，虹吸管長(zhǎng)l=lAB+lBC=30+40=70m，d=200mm。鉆井至集水池間的恒定水位高差H=1.60m。又已知=0.03，管路進(jìn)口120彎頭90彎頭及出口處的局部阻力系數(shù)分別為1=0.5，2=0.2，3=0.5，4=1.0。 試求:（1）流經(jīng)虹吸管的流量； （2）如虹吸管頂部B點(diǎn)的安裝高度hB=4.5m ，校核其真空度。,（1）列1-1，3-3能量方程，忽略行進(jìn)流速v0=0,（2）假設(shè)2-2中心與B點(diǎn)高度相當(dāng)，離管路進(jìn)口距離與B點(diǎn)也幾乎相等， 列1-1，2-2能量方程：,所以虹吸管可正常工作。,列斷面1

8、-1，2-2能量方程,流出水頭作為局部阻力，令,有,將 帶入，得,簡(jiǎn)單管路就是具有相同管徑d，相同流量的管段Q，是組成復(fù)雜管段的基本單元。,管路阻抗：,對(duì)于氣體管路阻抗為：,第五節(jié) 管路的串聯(lián)與并聯(lián),一、串聯(lián)管道 串聯(lián)管道（pipes in series） ：由直徑不同的幾段管段順次連接而成的管道稱為串聯(lián)管道，如圖所示。,1. 串聯(lián)管道流量計(jì)算的基本公式,（1）能量方程 式中： n管段的總數(shù)目,m局部阻力的總數(shù)目。 （2）節(jié)點(diǎn)的連續(xù)性方程 無(wú)流量分出或 有流量分出,串聯(lián)管道是由不同管徑的或粗糙度不同的管段順次連接而成的管道系統(tǒng)，如上述所示，各管段的流量可能相等，也可能不相等。設(shè)第i管

9、段末集中分出的流量為qi，管段的通過(guò)流量為Qi，由連續(xù)性方程可得 當(dāng)沿途無(wú)流量分出，即qi0時(shí)，各管段的通過(guò)流量均相等。而串聯(lián)管道的總水頭H應(yīng)等于各管段水頭損失之和，即 式中：n為管段總數(shù)。上式兩式即為串聯(lián)管道必須滿足的兩個(gè)條件。由上兩式即可求解Q,d,H等問(wèn)題。 因各管段流量相等又有：,二、并聯(lián)管道 并聯(lián)管道（pipes in parallel）：兩條或兩條以上的管道同在一處分出又在另一處匯合，這種組合的管道為并聯(lián)管道。 并列管道的特點(diǎn)是分流點(diǎn)A與匯流點(diǎn)B之間各并聯(lián)管段的能量損失皆相等。因?yàn)辄c(diǎn)A，點(diǎn)B為各并聯(lián)管段的共同結(jié)點(diǎn)，如在該處設(shè)置測(cè)壓管，只能有一個(gè)測(cè)壓管水頭，各并聯(lián)管段的能量損失hf相同，即 或 并聯(lián)管道任一管段的流量Qi為 由連續(xù)性方程可得分流點(diǎn)前干管流量,1.并聯(lián)管道流量計(jì)算的基本公式： 并聯(lián)管道一般按長(zhǎng)管計(jì)算，一般只計(jì)及沿程水頭損失，而不考慮局部水頭損失及流速水頭。 （1）節(jié)點(diǎn)的連續(xù)性方程， 即流進(jìn)節(jié)點(diǎn)的流量（“+”）和從節(jié)點(diǎn)流出的流量（“-”）總和為0。,（2）能量關(guān)系： 單位重量流體通過(guò)所并聯(lián)的任何管段時(shí)水頭損失皆相等。即： 但：,令 由上兩式可得干管流量Q與各并聯(lián)管段流量Qi的關(guān)系為 式中：Qvi，Si分別為第i個(gè)管段中的流量，阻抗；Sp為并聯(lián)管段系統(tǒng)的阻抗；n為并聯(lián)管段總數(shù)。,總水頭線和測(cè)壓管水頭線的繪制,