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1、第7章 孔口管嘴出流與有壓管流 7.1 孔口出流（掌握） 7.2 管嘴出流（掌握） 7.3 短管的水力計(jì)算（掌握） 7.4 長(zhǎng)管的水力計(jì)算（掌握） 7.5 有壓管道的水擊（了解） 7.6 離心泵的原理和選用（自學(xué)）,7.1 孔口出流 在容器壁上開(kāi)孔，流體經(jīng)孔口流出的水力現(xiàn)象稱為孔口出流，孔口出流損失只計(jì)局部損失。 7.1.1薄壁小孔口恒定出流 孔口出流的分類 1、按d/H的比值大小分為： d/H0.1 大孔口 2、按容器中的流體量是否能得到不斷補(bǔ)充分為：恒定出流和非恒定出流 3、按孔厚度及形狀對(duì)出流的影響分為： 薄壁孔口：容器壁厚與孔口直徑之比小于二分之一時(shí)，水流與孔壁僅在一條周線上接觸，

2、其厚度對(duì)流動(dòng)不產(chǎn)生顯著影響，經(jīng)過(guò)孔口的出流形成射流狀態(tài) 厚壁孔口：若孔壁厚度和形狀促使流股收縮后又?jǐn)U開(kāi)，與孔壁接觸形成面而不是線 4、按孔口是否流入大氣中分為：自由出流和淹沒(méi)出流,,,7.1.1 薄壁小孔口的恒定出流 1、自由出流 斷面1-1和收縮斷面C-C，列能量方程 考慮到： 1）小孔口自由出流，則有 ； 2）水箱中的微小水頭損失可忽略不計(jì)，主要是流經(jīng)孔口的局部水頭損失。 則有： 令,,,,,,自由出流,代入得， 孔口的流量為： 收縮系數(shù) ：是指收縮斷面面積 與孔口斷面面積 之比； 作用水頭，水面至孔口形心的水深,當(dāng) 時(shí)， 孔口局部水頭損失系數(shù), 流速系數(shù), 流量系數(shù),,,,,,,,

3、2、淹沒(méi)出流 作用水頭，為兩水頭面的水位差； 孔口局部水頭損失系數(shù), 水流自收縮斷面突然擴(kuò)大的局部水頭損失系數(shù), 流速系數(shù) 流量系數(shù)，,,,,淹沒(méi)出流,3 的影響因素 1）孔口形狀對(duì) 的影響 實(shí)驗(yàn)證明，對(duì)于小孔口，不同形狀孔口的流量系數(shù)影響不大。 2）孔口邊緣情況對(duì) 的影響 孔口邊緣情況對(duì)收縮系數(shù)會(huì)有影響： 薄壁孔口的收縮系數(shù)最?。? ），圓邊孔口收縮系數(shù) 較大，甚至等于1。,3孔口出流的各項(xiàng)系數(shù) 全部收縮孔口：當(dāng)孔口的全部邊界都不與相鄰的容器底邊和側(cè)邊重合時(shí)，孔口出流時(shí)的四周流線都發(fā)生收縮，這種孔口稱為全部收縮孔口(如A, B)。否則稱為部分收縮（如C,D）。 全部收縮孔口又分完善收縮和

4、不完善收縮。 全部完善收縮：凡孔口與相鄰壁面的距離大于同方向孔口尺寸的3倍（L3a或L3b），孔口出流的收縮不受距壁面遠(yuǎn)近的影響，這就是完善收縮(如A)，各項(xiàng)系數(shù)如表7-1。 全部不完善收縮：不滿足上述條件的孔口出流為不完善收縮(如B)。,7.1.2 孔口的變水頭出流 孔口出流過(guò)程中，容器內(nèi)水位隨時(shí)間變化，導(dǎo)致孔口的流量隨時(shí)間變化的流動(dòng)，稱為孔口的變水頭出流。,,,某時(shí)刻容器中水面高度為h，微小時(shí)段dt內(nèi)，孔口自由 出流時(shí)體積的變化量：,該時(shí)段容器減少的體積為:,變水頭出流,例7.1 貯水罐底面積 ，貯水深4m，由于銹蝕，距罐底0.2m處形成一個(gè)直徑為5mm的孔洞，試求： （1）水位恒定，一

5、晝夜的漏水量；（2）因漏水水位下降，一晝夜的漏水量。 解： （1）水位恒定，一晝夜的漏水量可按薄壁孔口恒定自由出流計(jì)算，代入公式 其中 所以,,,解： （2）因漏水水位下降，一晝夜的漏水量按孔口變水頭出流計(jì)算 其中 所以解得 因此一晝夜的漏水量為：,,,7.2 管嘴出流 在孔口周邊連接一長(zhǎng)為34倍孔徑的短管，水經(jīng)過(guò)短管并在出口斷面滿管流出的水力現(xiàn)象，稱為管嘴出流。 7.2.1 圓柱形外管嘴恒定出流 在相同水頭 的作用下，同樣斷面面積的管嘴的過(guò)流能力是孔口的1.32倍。,,,,,,,管嘴的局部水頭損失系數(shù),,7.2.2 圓柱形外管嘴的真空（cc和出口斷面11的伯努利方程）,,,,,圓柱

6、形管嘴收縮斷面處真空度可達(dá)作用水頭的0.75倍。相當(dāng)于把管嘴的作用水頭增大了75%。這就是相同直徑、相同作用水頭下的圓柱形外管嘴的流量比孔口大的原因。 7.2.3 圓柱形外管嘴的正常工作條件 （1）作用水頭，這是因?yàn)楫?dāng)收縮斷面的真空高度超過(guò)7m水柱時(shí)，空氣會(huì)被吸入，管嘴不能保持滿管出流； （2）管嘴長(zhǎng)度,如果管嘴長(zhǎng)度太短，不能形成真空，如果管嘴長(zhǎng)度太長(zhǎng)，則要計(jì)入沿程水頭損失，成為了短管而非管嘴。,,,,7.3 短管水力計(jì)算 有壓管道分為短管和長(zhǎng)管。短管是沿程水頭損失和局部水頭損失都不可忽略的管道；長(zhǎng)管是指水頭損失以沿程水頭損失為主，忽略流速水頭和局部水頭損失的管道。 7.3.1 基本公式 1.

7、自由出流,,,2.淹沒(méi)出流 其中 含有管道出口水頭損失系數(shù),,,7.3.2 水力計(jì)算問(wèn)題 1. 已知作用水頭、管道長(zhǎng)度、直徑，管材（管道壁面的粗糙情況），局部阻礙的組成，求流量。 2. 已知流量，管道長(zhǎng)度、直徑，管材（管道壁面的粗糙情況），局部阻礙的組成，求水頭。 3.已知流量，作用水頭，管道長(zhǎng)度、管材（管道壁面的粗糙情況），局部阻礙的組成，求直徑。 一、虹吸管的水力計(jì)算（例7-2） 由于虹吸管一部分管段高出上游水面，必然存在真空段。真空的存在將使溶解在水中的空氣分離出來(lái)。隨著真空度的增大，分離出來(lái)的空氣量會(huì)急驟增加。工程上，為保證虹吸管能通過(guò)設(shè)計(jì)流量，一般限制管中最大真空度不超過(guò)允許

8、值 hv=78.5m水柱)。以避免氣蝕破壞。這是虹吸管正常過(guò)流的工作條件。,（1）虹吸管的流量（如圖按短管淹沒(méi)出流計(jì)算） 流速 流量： （2）最大真空高度（列11、cc斷面伯努利方程） 即,,,,,,最大超高,*例7-2 用虹吸管自鉆井輸水至集水池如圖所示。虹吸管長(zhǎng) ，直徑 。鉆井至集水池間的恒定水位高差 。又已知沿程阻力系數(shù) ，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 。 試求：(1)虹吸管的流量Q； (2)若虹吸管頂部B點(diǎn)安裝高度hB=4.5米，校核其真空度是否滿足hv=78m。,,,,,解：短管淹沒(méi)出流計(jì)算 (1)流速 流量為

9、：,,,,(2)最大真空高度為 所以虹吸管高度hs=4.5m時(shí)，虹吸管可以正常工作。,,,,二、水泵吸水管的水力計(jì)算（例7-3） 水泵的工作原理：通過(guò)水泵轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)，在泵體進(jìn)口造成真空，水體在大氣壓作用下經(jīng)吸水管進(jìn)入泵體，水流在泵體內(nèi)旋轉(zhuǎn)加速，獲得能量，再經(jīng)壓水管進(jìn)入水塔。 1、水泵吸水管 由取水點(diǎn)至水泵進(jìn)口的管道稱為吸水管。吸水管長(zhǎng)度一般較短而管路配件多，局部水頭損失不能忽略，所以通常按短管計(jì)算。吸水管的水力計(jì)算主要是確定水泵的允許安裝高度HS和過(guò)流能力Q。,取吸水池水面1-1和水泵進(jìn)口2-2斷面列伯努利方程，并忽略吸水池流速，得 式中： 水泵安裝高度 水泵進(jìn)口斷面真空高度 吸水管沿

10、程摩阻系數(shù) 吸水管各項(xiàng)局部水頭損失系數(shù)之和。 水泵進(jìn)口處的真空度是有限制的。,當(dāng)進(jìn)口壓強(qiáng)降低至該溫度下飽和的蒸汽壓強(qiáng)時(shí)，水因氣化而生成大量氣泡。氣泡隨著水流進(jìn)入泵內(nèi)高壓部位，因受壓縮而突然潰滅，周圍的水便以極大的速度向氣泡潰滅點(diǎn)沖擊，在該點(diǎn)造成高達(dá)數(shù)百大氣壓以上的壓強(qiáng)。這種集中在極小面積上的強(qiáng)大沖擊力如發(fā)生在水泵部件的表面，就會(huì)使部件很快損壞。這種現(xiàn)象稱為空蝕。為了防止空蝕發(fā)生，通常水泵廠由實(shí)驗(yàn)確定水泵進(jìn)口的允許真空度hv。作為水泵的性能指標(biāo)之一。 當(dāng)水泵進(jìn)口斷面真空度等于允許真空度hv時(shí)，就可根據(jù)抽水量和吸水管道情況，按上式確定水泵的允許安裝高度和流量，即,,例7-3 圖中所示離心泵實(shí)際抽

11、水量Q=8.1L/s，吸水管長(zhǎng)度l=7.5m，直徑d=100mm，沿程阻力系數(shù)=0.045，局部阻力系數(shù)：帶底閥的濾水管1=7.0，彎管2=0.25。如允許真空度hv=5.7m，試決定其允許安裝高度Hs。 解：由 式中局部阻力系數(shù)總和 管中流速 將各值代入上式得,,三、短管直徑計(jì)算（例7-4） 管道直徑的計(jì)算，最后化簡(jiǎn)為解算高次代數(shù)方程，難以由方程直接求解，一般采用試算法，更適于編程電算。 例7-4 圓形有壓涵管(如圖)，管長(zhǎng)50m，上下游水位差H=3m，各項(xiàng)阻力系數(shù)：沿程=0.02，進(jìn)口e=0.5、轉(zhuǎn)彎b=0.55、出口0=1，如要求涵管通過(guò)流量 ，確定管徑。,,解 以下游水面為基準(zhǔn)面

12、，對(duì)1-1、2-2斷面建立伯努利方程，忽略上下游流速，得 即 代入已知各數(shù)值，簡(jiǎn)化得 用試算法求d，設(shè)d=1.0m代入上式 采用規(guī)格管徑d=1.0m.,,7.4 長(zhǎng)管水力計(jì)算 7.4.1 簡(jiǎn)單管路 沿程直徑不變，流量也不變的管道為簡(jiǎn)單管路。簡(jiǎn)單管路的計(jì)算是一切復(fù)雜管路水力計(jì)算的基礎(chǔ)。 以通過(guò)管路出口斷面2-2形心的水平面為基準(zhǔn)面，水池中取符合漸變流的斷面1-1。對(duì)斷面1-1和2-2建立伯努利方程式，得 長(zhǎng)管中，沿程局部水頭損失 與流速水頭 可以忽略不計(jì), 上述方程就簡(jiǎn)化為。 長(zhǎng)管全部作用水頭都消耗于沿程水頭損失。流速水頭可以忽略不計(jì),因此總水頭線與測(cè)壓管水頭線重合。,,,因此 引入比阻的概

13、念：(比阻取決于沿程摩阻系數(shù)和管徑) 則 土木工程中，通常采用謝才公式計(jì)算沿程摩阻系數(shù)，即 所以 按上式編制出水管通用比阻計(jì)算表（表7-3）用于查表計(jì)算。,,阻抗*： 流量模數(shù)*： 例7-5 由水塔向工廠供水，采用鑄鐵管。管長(zhǎng)2500m，管徑350mm。水塔處地面標(biāo)高1=61m，水塔水面距地面高度H1=18m，工廠地面標(biāo)高2=45m，管路末端需要的自由水頭H2=25m，求通過(guò)管路的流量。,解 以海拔水平面為基準(zhǔn)面，在水塔水面與管路末端間列長(zhǎng)管的伯努利方程： 則管路末端的作用水頭H便為 比阻查表7-3，得350mm鑄鐵管 (查表6-3，得 )的比阻 代入式 ，解得,例7-6 上題中，管

14、線布置、地面標(biāo)高及供水點(diǎn)需要的自由水頭都不變，供水量增至100L/s，試不求管道直徑。 解 作用水頭不變，則 比阻 比阻查表7-3，有 可知所需管徑介于 之間，但無(wú)此種規(guī)格產(chǎn)品。因而只能采用較大的管徑 。這樣將浪費(fèi)管徑。合理的辦法是用兩段不同直徑的管道（400mm和350mm）串聯(lián)。,7.4.2串聯(lián)管道 串聯(lián)管道 ：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。適用于沿管線向幾處供水的情況。因有流量分出，沿程流量減少，所采用的管徑也相應(yīng)減小。 設(shè)串聯(lián)管路各管段長(zhǎng)度、直徑、流量和各管段末端分出的流量分別用 、 、 和 表示。,串聯(lián)管路的流量計(jì)算應(yīng)滿足連續(xù)性方程。將有分流的兩管

15、段的交點(diǎn)(或者說(shuō)三根或三根以上管段的交點(diǎn))稱為節(jié)點(diǎn)，則流向節(jié)點(diǎn)的流量等于流出節(jié)點(diǎn)的流量，即 串聯(lián)管路各管段雖然焊接在一個(gè)管路系統(tǒng)中，但因各管段的管徑、流量、流速互不相同，所以應(yīng)分段計(jì)算其沿程水頭損失。則串聯(lián)管路總水頭損失等于各管段水頭損失之和. 當(dāng)節(jié)點(diǎn)無(wú)流量分出( )，則有 串聯(lián)管路水力計(jì)算的基本公式，可用以解算Q、H、d三類問(wèn)題。 串聯(lián)管路的測(cè)壓管線與總水頭線重合，整個(gè)管道的水頭線呈折線形。這是因?yàn)楦鞴芏瘟魉俨煌渌ζ露纫哺鞑幌嗟取?例7-7 在例7-6中，為了充分利用水頭和節(jié)省管材，采用400mm和350mm兩種管徑的管路串聯(lián)，求每段管路的長(zhǎng)度。 解 設(shè)直徑400mm的管段長(zhǎng) ，3

16、50mm的管段長(zhǎng) 。由表7-3查得 由式 解得,,,,7.4.3并聯(lián)管道 并聯(lián)管道：兩條或兩條以上的管道同在一處分出，又在另一處匯合，這種組合而成的管道為并聯(lián)管道。 并聯(lián)管段一般按長(zhǎng)管計(jì)算。并聯(lián)管路的水流特點(diǎn)在于液體通過(guò)所并聯(lián)的任何管段時(shí)其水頭損失皆相等。在并聯(lián)管段AB間，A點(diǎn)與B點(diǎn)是各管段所共有的，如果在A、B兩點(diǎn)安置測(cè)壓管，每一點(diǎn)都只可能出現(xiàn)一個(gè)測(cè)壓管水頭，其測(cè)壓管水頭差就是AB間的水頭損失，即,,,,每個(gè)單獨(dú)管段都是簡(jiǎn)單管路，用阻抗和流量表示可寫成 另外，并聯(lián)管路的各管段直徑、長(zhǎng)度、粗糙度可能不同，因而流量也會(huì)不同。但各管段流量分配也應(yīng)滿足節(jié)點(diǎn)流量平衡條件，即流向節(jié)點(diǎn)的流量等于由節(jié)點(diǎn)

17、流出的流量。 對(duì)節(jié)點(diǎn)A 對(duì)節(jié)點(diǎn)B 例7-8 三根并聯(lián)鑄鐵管路，由節(jié)點(diǎn)A分出，并在節(jié)點(diǎn)B重新會(huì)合。已知總流量Q=0.28m3/s， =500m, =300m， =800m, =250mm， =1000m, =200mm 求并聯(lián)管路中每一管段的流量及水頭損失。,,,解 并聯(lián)各管段的比阻由表7-3查得 由能量方程得 即 則,由連續(xù)性方程 所以 AB間水頭損失為,7.4.4 沿程均勻泄流管路 沿著管長(zhǎng)從側(cè)面不斷連續(xù)向外泄出的流量，稱為途泄流量 。管段每單位長(zhǎng)度上的流量均相等，這種管路稱為沿程均勻泄流管路。 設(shè)沿程均勻泄流管路管長(zhǎng)為 ， 直徑為 ，總途泄流量 ，末 端泄流傳輸流量為 。通過(guò)某 斷

18、面的流量等于管段的傳輸流 量與該斷面以后的總途泄流量 之和，即： 水頭損失按簡(jiǎn)單管道計(jì)算:,,,,折算流量,,,,,,例7-9 圖中，由水塔供水的輸水塔，有三段鑄鐵管組成，中段為均勻泄流管段。已知：l1=300m，d1=200mm，l2=150m，d2=150mm， l3=200m，d3=100mm，節(jié)點(diǎn)B分出流量q=0.01m3/s，途泄流量Qt=0.015m3/s，傳輸流量Qz=0.02m3/s，，沿程阻力系數(shù)，局部阻力不計(jì)，求需要的水塔高度（作用水頭）。,解：首先將途泄流量轉(zhuǎn)換為傳輸流量： 各管段的流量為： 整個(gè)管路由三管段串聯(lián)而成，因而作用水頭等于各管段水頭損失之和。,7.5 有壓管

19、道中的水擊 非恒定流主要表現(xiàn)為壓強(qiáng)和液體密度的變化和傳播。 7.5.1水擊現(xiàn)象 在有壓管道系統(tǒng)中，由于某一管路中的部件工作狀態(tài)的突然改變，就會(huì)引起管內(nèi)液體流速的急劇變化，同時(shí)引起液體壓強(qiáng)大幅度波動(dòng)，這種現(xiàn)象稱為水擊又稱為水錘。水擊引起的壓強(qiáng)升高，可達(dá)管道正常工作壓強(qiáng)的幾十倍甚至幾百倍，這種大幅度的壓強(qiáng)波動(dòng)，往往引起管道強(qiáng)烈振動(dòng)，閥門破壞，管道接頭斷開(kāi)，甚至管道爆裂或嚴(yán)重變形等重大事故。 1、水擊產(chǎn)生的原因 引起管道水流速度突然變化的因素(如閥門突然關(guān)閉)是發(fā)生水擊的條件，水流本身具有慣性和壓縮性則是發(fā)生水擊的內(nèi)在原因。,閥門關(guān)閉前流速為v0，壓強(qiáng)為p0。 閥門突然完全關(guān)閉，速度由v0驟變?yōu)榱悖?/p>

20、動(dòng)量發(fā)生變化。根據(jù)動(dòng)量定律，由于閥門對(duì)水的作用力使得緊靠閥門n-m段的水體的應(yīng)力(即壓強(qiáng))突然增加了p，p稱為水擊壓強(qiáng). 由于水擊壓強(qiáng)的作用，n-m段將產(chǎn)生水的壓縮及管壁的膨脹。由于產(chǎn)生上述變形，閥門突然關(guān)閉時(shí)，管道內(nèi)的水就不是在同一時(shí)刻全部停止流動(dòng)，壓強(qiáng)也不是在同一時(shí)刻同時(shí)升高。而是，當(dāng)靠近閥門的第一層水停止流動(dòng)后，與之相鄰的第二層及其后續(xù)各層水相繼逐層停止流動(dòng)，同時(shí)壓強(qiáng)逐層升高，并以彈性波的形式由閥門迅速傳向管道進(jìn)口。這種由于水擊而產(chǎn)生的彈性波，稱水擊波.,二、有壓管道中的水擊的四個(gè)階段 第一階段： 增壓波從閥門向管路進(jìn)口傳播階段，緊靠閥門的m-n段水體，由于閥門突然完全關(guān)閉，速度由v0立

21、即變?yōu)榱?，相?yīng)壓強(qiáng)升高p，水密度增加，管道斷面積增加A。然而m-n段上游水流仍然以v0速度向下游流動(dòng)，于是在m-n段產(chǎn)生水的壓縮及管壁的膨脹。之后，緊靠m-n段的另一層的水也停止流動(dòng)，這樣其后的水體都相繼停止下來(lái)，同時(shí)壓強(qiáng)升高，水體受壓，管壁膨脹。這種減速增壓的過(guò)程是以波速c自閥門向上游傳播的。經(jīng)過(guò) 后，水擊波到達(dá)水池。這時(shí)，全管液體處于被壓縮狀態(tài)。,,第二階段：減壓波從管道進(jìn)口向閥門傳播階段。 時(shí)刻全管流動(dòng)停止，壓強(qiáng)增高，但這種狀態(tài)只是瞬時(shí)的。由于管路上游水池體積很大，水池水位不受管路流動(dòng)變化的影響。管路進(jìn)口的水體，便在管中水擊壓強(qiáng)(p0+p)與水池靜壓強(qiáng)(p0)差作用下，立即以和p相應(yīng)的

22、速度v0向水池方向流去。與此同時(shí)，被壓縮的水體和膨脹了的管壁也就恢復(fù)原狀。管內(nèi)水體受壓狀態(tài)的解除便自進(jìn)口處開(kāi)始以水擊波速c向下游方向傳播，這就是從水池反射回來(lái)的減壓彈性波。至 時(shí)刻，整個(gè)管中水流恢復(fù)正常壓強(qiáng)p0，并且都具有向水池方向的運(yùn)動(dòng)速度v0。,,,第三階段：減壓波從閥門向管道進(jìn)口傳播階段。繼 之后，由于水流的慣性，管中的水仍然向水池倒流，而閥門全部關(guān)閉無(wú)水補(bǔ)充，以致閥門端的水體首先停止運(yùn)動(dòng)，速度由v0變?yōu)榱?，引起壓?qiáng)降低、密度減小與管壁收縮。這個(gè)增速減壓波由閥門向上游傳播，在 時(shí)刻傳至管道進(jìn)口，全管處于瞬時(shí)低壓狀態(tài)。,第四階段：增壓波從管道進(jìn)口向閥門傳播階段。 時(shí)刻，因管道進(jìn)口

23、壓強(qiáng)比水池的靜水壓強(qiáng)低p，在壓強(qiáng)差p作用下，水又以速度v0向閥門方向流動(dòng)。管道中的水又逐層獲得向閥門方向的流速，從而密度和管壁也相繼應(yīng)恢復(fù)正常。至 時(shí)刻增壓波傳至閥門斷面，全管恢復(fù)至起始狀態(tài)。由于慣性作用，水仍具有一向下游的流速v0，但閥門關(guān)閉，流動(dòng)被阻止，于是和第一階段開(kāi)始時(shí)閥門突然關(guān)閉的情況完全一樣，水擊現(xiàn)象將重復(fù)上述四個(gè)階段。周期性循環(huán)下去(以上分析均未計(jì)及損失)。,水擊波在全管段來(lái)回傳遞一次所需的時(shí)間 為一個(gè)相或相長(zhǎng)。 在水擊的傳播過(guò)程中，管道各斷面的流速和壓強(qiáng)皆隨時(shí)間周期性的升高、降低，所以水擊過(guò)程是非恒定流。 如果水擊傳播過(guò)程中沒(méi)有能量損失，水擊波將一直周期性地傳播下去。但實(shí)際

24、上，水在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中因水的粘性摩擦及水和管壁的形變作用，能量不斷損失，因而水擊壓強(qiáng)迅速衰減。閥門斷面實(shí)測(cè)的水擊壓強(qiáng)隨時(shí)間變化如圖。,閥門斷面壓強(qiáng)變化,實(shí)測(cè)閥門斷面水擊壓強(qiáng)變化,7.5.2水擊壓強(qiáng)的計(jì)算 1、直接水擊:當(dāng)關(guān)閉閥門時(shí)間小于或等于一個(gè)相長(zhǎng)時(shí)，最早由閥門處產(chǎn)生的向上傳播而后又反射回來(lái)的減壓順行波，在閥門全部關(guān)閉時(shí)還未到達(dá)閥門斷面，在閥門斷面處產(chǎn)生的可能最大水擊壓強(qiáng)將不受其影響，這種水擊稱直接水擊。 2、間接水擊:當(dāng)關(guān)閉閥門時(shí)間大于一個(gè)相長(zhǎng)時(shí)，從上游反射回來(lái)的減壓波會(huì)部分抵消水擊增壓，使閥門斷面處不致達(dá)到最大的水擊壓強(qiáng)，這種水擊稱為間接水擊。,,7.5.3水擊波的傳播速度 式中：c0水

25、中聲波的傳播速度，c0=1435m/s ； K水的彈性模量， K=2.04109 N/m2； E管壁的彈性模量； d 管徑（m）； 管道壁厚（m）。,,水擊過(guò)程的運(yùn)動(dòng)特征,,,,,,,,,,,7.6 離心泵的原理及選用 7.6.1工作原理 離心泵是一種最常用的抽水機(jī)械， 它是由1、工作葉輪；2、葉片； 3、泵殼(或稱蝸殼)；4、吸水管； 5、壓水管；6、泵軸等零部件 構(gòu)成。離心泵啟動(dòng)之前，通過(guò)頂 上注水漏斗將泵體和吸水管內(nèi)注 滿水。啟動(dòng)后，葉輪高速轉(zhuǎn)動(dòng)， 在泵的葉輪入口處形成真空，吸 水池的水在大氣壓強(qiáng)作用下沿吸 水管上升，流入葉輪吸水口，進(jìn)入葉片槽內(nèi)。由于水泵葉輪連續(xù)旋轉(zhuǎn)，壓水、吸水便連續(xù)

26、進(jìn)行。,當(dāng)液體通過(guò)葉輪時(shí)，葉片與液體的相互作用將機(jī)械能傳遞給液體，從而使液體在隨葉輪高速旋轉(zhuǎn)時(shí)增加了動(dòng)能和壓能。因此水泵是一種轉(zhuǎn)換能量的水力機(jī)械，它將原動(dòng)機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為被抽送液體的機(jī)械能。液體由葉輪流出后進(jìn)入泵殼，泵殼一方面是用來(lái)匯集葉輪甩出的液體，將它平穩(wěn)地引向壓水管，另一方面是使液體通過(guò)它時(shí)流速降低，以達(dá)到將一部分動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)閴耗艿哪康摹?7.6.2工作性能曲線 為了正確地選用離心泵，首先應(yīng)該了解泵的基本工作參數(shù)： (1)流量 ：?jiǎn)挝粫r(shí)間通過(guò)水泵的液體體積。單位為升/秒(L/s)，米3/秒(m3/s)、米3/小時(shí)(m3/h)。 (2)揚(yáng)程 ：水泵供給單位重量液體的能量，常用單位為米(m)水

27、柱。,現(xiàn)分析揚(yáng)程在管路系統(tǒng)中的作用。取吸水池與壓水池水面列能量方程，見(jiàn)圖。 當(dāng) ，上式可寫成 式中： ，為提水高度。 上式表明，在管路系統(tǒng)中，水泵的 揚(yáng)程 用于提水高度和補(bǔ)償管路 的水頭損失。 (3)功率 水泵的功率分軸功率和有效功率。 軸功率 ：電動(dòng)機(jī)傳遞給泵的功率，即輸入功率，常用單位為瓦(W)或千瓦(kW)。 有效功率 ：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)，液體從水泵實(shí)際得到的能量：,,(4)水泵效率 ：有效功率與軸功率之比，即 小型水泵最高效率一般在70%，大、中型泵可達(dá)8090%。 (5)轉(zhuǎn)數(shù) ：水泵工作葉輪每分鐘的轉(zhuǎn)數(shù)。一般情況下轉(zhuǎn)數(shù)固定，如970、1450、2900轉(zhuǎn)/分(rmp)。

28、(6)允許吸水真空度 見(jiàn)7.3。 在轉(zhuǎn)速n一定的情況下，水泵的揚(yáng)程 、功率 、效率 同流量 的關(guān)系曲線稱為泵的性能曲線。水泵性能曲線是通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定的。水泵盡管可以在最小流量到最大流量之間任一點(diǎn)工作，但只有一個(gè)點(diǎn)的效率最高，水泵名牌上所列的 、 值，就是這個(gè)點(diǎn)的值，而所列的N值則是這臺(tái)泵要求的最大功率。,通常水泵廠對(duì)生產(chǎn)的每一臺(tái)泵都規(guī)定了一個(gè)許可工作范圍，并在揚(yáng)程曲線上用記號(hào)標(biāo)明此范圍，水泵在這個(gè)范圍內(nèi)工作，才能保持較高效率。一般水泵廠還將同一類型、不同容量水泵的性能曲線(許可工作范圍段)繪在一張總圖上，供用戶選用。 7.6.3 管路特性曲線 水泵總是與管路連接起來(lái)組成一個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行工作，因此，在

29、考慮水泵性能曲線的同時(shí)還應(yīng)考慮管路的特性，才能最后確定泵在系統(tǒng)中的實(shí)際工作情況。把單位重量的水由吸水池升至壓水池，必然需要能量以抬高液體位置高度Hz和克服管路(包括吸水、壓水管)沿程與局部阻力。所需要的能量為,令 則有 式中 S管路總阻抗，對(duì)于給定管路，且流動(dòng)處于阻力平方區(qū)，S為定值。 由上式，以 為自變量繪出 關(guān)系曲線，即為管路特性曲線，如圖所示。管路特性曲線表征該管路通過(guò)不同流量時(shí)，每單位重量液體由吸水池至壓水池所需要能量的大小。,,,7.6.4 工作點(diǎn)的確定 水泵的 性能曲線表示泵通過(guò) 流量為 時(shí)，泵能提供給單位重量 液體的能量為 。管路特性曲線 表示使流量 通過(guò)該管路系統(tǒng)，每 單位

30、重量液體所需要的能量。如 果把泵的 曲線和管路特性曲 線按同一比例尺畫在一張圖上， 這兩條曲線的交點(diǎn)A就顯示出了水 泵在此管路系統(tǒng)中的工作情況，所以稱A為水泵的工作點(diǎn)。 綜上所述，選用水泵可按所需供水量 及計(jì)算的揚(yáng)程 ，查水泵產(chǎn)品目錄。如所需 、 值在某水泵的 、 范圍內(nèi)，則此泵初選合用。然后，用該水泵性能曲線及管路特性曲線確定其工作點(diǎn)。若工作點(diǎn)在水泵最大效率點(diǎn)附近，說(shuō)明所選的泵是合理的。,例7-11 由集水池向水塔供水。已知水塔高度10m，水塔水箱容量50m3，水箱水深2.5m，水塔地面標(biāo)高101m，集水池水面標(biāo)高94.5m，管路(吸、壓水管)為鑄鐵管，直徑100mm，總長(zhǎng)200m。要求

31、每次運(yùn)轉(zhuǎn)2h(2h使水箱貯滿水)，試選擇水泵。 解 (1)計(jì)算流量 (2)計(jì)算揚(yáng)程 按長(zhǎng)管估算水頭損失 揚(yáng)程 (3)選擇水泵及確定工作點(diǎn),按所需流量Q=6.95/s、揚(yáng)程H=22.62m查附表，選用一臺(tái)2BA-6型泵。 由泵性能曲線及按式(7-37) 繪出的管路特性曲線(見(jiàn)圖) 的交點(diǎn)即為水泵工作點(diǎn)： Q=8.2L/s、H=24.2m， 該點(diǎn)效率=64%。滿足供水 要求。 (4)選電動(dòng)機(jī) 計(jì)算軸功率 計(jì)算電動(dòng)機(jī)功率，考慮電機(jī)過(guò)載安全系數(shù)，選用電動(dòng)機(jī)功率為4.5kW。,附表,,注：(1)本表所列的流量及揚(yáng)程是指在水泵最高效率點(diǎn)附近的流量及揚(yáng)程的范圍。 (2)選用DA型多級(jí)水泵時(shí)，如揚(yáng)程不夠，可增加級(jí)數(shù)，其揚(yáng)程亦按比例增加。,