1、第六章 壓力管路 孔口和管嘴出流主要內容主要內容長管水力計算長管水力計算短管水力計算短管水力計算串并聯管路和分支管路串并聯管路和分支管路孔口和管嘴出流孔口和管嘴出流6-1簡單長管的水力計算1、壓力管路：壓力管路：液體充滿整個過流斷面，在一定壓差作用下流動的管路。（管路中的壓強可以大于大氣壓，也可以小于大氣壓） 壓力管路無壓管路氣體 注：輸送氣體的管路都是壓力管路。2、分類：、分類： 復雜管路復雜管路：串聯、并聯、分支按管路的結構特點簡單管路簡單管路：等徑無分支按能量比例大小 長長 管：管：和沿程水頭損失相比，流速水頭和局部水頭損失可以忽略的流動管路。短短 管：管：流速水頭和局部水頭損失不能忽略

2、的流動管路 3、管路的特性曲線、管路的特性曲線 定義：定義：水頭損失與流量的關系曲線稱為管路的特性曲線。 llLgVdLgVdllgVdldlgVdlgVhhhfjw當當當其中，2222222222特性曲線方程特性曲線方程 把 24dQAQV 代入上式得：225222284212QQdgLdQgdLgVdLhw把上式繪成曲線得圖 hwQ簡單長管簡單長管 2、計算公式：簡單長管一般計算涉及公式1、 定義：由許多管徑相同的管子組成的長輸管路，且沿程損失較大、局部損失較小，計算時可忽略局部損失和流速水頭。2211AVAV1212fppzzhgggVDLhf22說明： 有時為了計算方便，hf 的計算采

3、用如下形式：mmmfdLQh52流態m 層 流4.151（a）水力光滑0.02460.25（b）紊流混合摩擦區、完全粗糙0.08260（c）簡單長管的三類計算問題簡單長管的三類計算問題（1）第一類：已知：輸送流體的性質 ，管道尺寸 d，L，地形 z 流量 Q 求：hf ，p，i解：QVVdRe 確定流態 ， m ， hf 伯努利方程求p（2） 第二類：已知：，d，L，z，p 求：Q解：Q未知流態也未知 ， m ， 無法確定 試算法或繪圖法 A. 試算法試算法a、先假設一流態，取， m值，算出Qfphzg 52mfmmh dQv L AQVdV eRb b、Q ， m ，校核流態如果從 和假設一

4、致，則 就是要求的ReQQQc、如果由 定出的流態和假設不一致，重復a。QB.繪圖法繪圖法按第一類問題的計算方法，選取足夠多 Q，算出 hf值，然后繪制圖形。使用時由 hf 查找 Q 即可。hfQ（3） 第三類：已知： Q ，p ，z ，L，求： 經濟管徑d解：考慮兩方面的問題 d，材料費，施工費、運輸費 V，損失，管理費用 d，一次性費用V，損失，設備（泵）費如何解決這一矛盾，這是一個管徑優選問題。費用ddmACB管路的經濟流速A：管徑與動力費用關系B：管徑與設備折舊、維修、保養和管理費用關系C：管徑與以上兩種費用之和的關系1、串聯管路、串聯管路 定義： 水力特征：a、各聯結點（節點）處流量

5、出入平衡，即進入節點的總流量等于流出節點的總流量。由不同管徑的管道依次連接而成的管路。0iQ其中，進為正，出為負，它反映了連續性原理。 b、全線水頭損失為各分段水頭損失之和，即：fnffffhhhhhi216-2復雜管路的水力計算2、并聯管路、并聯管路 定義：兩條以上的管路在同一處分離，以后又匯合于另一處，這樣的組合管道，叫并聯管路。 水力特征：a、進入各并聯管的總流量等于流出各并聯管的總流量之和，即iQQb、不同并聯管段AB，單位重量液體的能量損失相同，即：Chhhhffffi213、分支管路、分支管路 定義：自一點分開不再匯合的管路 水力特征：a、節點處流出與流入的流量平衡b、沿一條干線上

6、總水頭損失為各段水頭損失為各段水頭損失總和fnffffhhhhhi21c、節點處： cpz4、串、并聯管路的水力計算、串、并聯管路的水力計算 串聯管路屬于長管計算第一類問題已知：Q求：d解：確定合理流速 V合理？ 合理d 并聯管路屬于長管計算第二類問題5、串、并聯管路在長輸管線上的應用、串、并聯管路在長輸管線上的應用 增加輸送流量 延伸輸送距離 克服翻越點例例1：某水罐1液面高度位于地平面以上z160m，通過分支管把水引向高于地平面z230m和z315m的水罐2和水罐3，假設l1=l2=l3=2500m, d1=d2=d3=0.5m, 各管的沿程阻力系數均為0.04。試求引入每一水罐的流量。解

7、：取1-1、2-2兩液面列伯努利方程：2121ffhhzzgVdLhgVdLhff22222222211111所以，41. 42221VV （1）取1-1、3-3兩液面列伯努利方程：3131ffhhzz所以， 94. 22321VV（2）又 ,321321dddQQQ321VVV（3） 解方程（1）、（2）、（3）得 smQsmQ/0765. 0/251. 03332所以， 1231.67 m/s1.28 m/s0.39 m/sVVV6-3 短管的水力計算許多室內管線，集油站及壓水站內管線管件較多，屬于短管。 短管計算問題，多涉及到能量方程的利用：能量方程的利用： 2211221222wpVp

8、VzzhgggggVhhhcjfw22出口一、綜合阻力系數一、綜合阻力系數 則全管路總水頭損失為：已知：大直徑管段：直徑d1，長l1小直徑管段：直徑d2，長l2孔板直徑：d孔gVgVgVgVdlgVdlhhhjfw22222227654322112222221111孔孔為了計算方便，一般以出口速度作為標準，把其它速度化成出口速度表示的形式，由連續性方程： 22222122121,VddVVddVAAV孔孔gVgVdldddddlhcw22222276543222424121111孔孔c 綜合阻力系數 二、短管實用計算通式二、短管實用計算通式由圖AB，1122斷面列能量方程：2221122212

9、222cpVpVVzzggggg22121212(1)22cppVVzzggg21210122ppVHzzgg令，稱之為作用水頭作用水頭。 2222202121QgAQgVHcc則，所以，0211gHAQcc11令，為流量系數流量系數， 02gHAQ則，6-4 孔口和管嘴出流基本概念：基本概念： 自流管路：完全靠自然位差獲得能量來輸送或排泄液體的管路。 孔 口：儲液罐壁或底部打開的小孔。 管 嘴：在孔口處接出短管。 定水頭出流（穩定流）：液流流經孔口與管嘴時，液面位置保持不變的流動。 自由出流：出流于大氣之中。 淹沒出流：流向液體之中。 一、定水頭孔口出流一、定水頭孔口出流ccHe111、定水

10、頭薄壁圓形小孔口自由出流定水頭薄壁圓形小孔口自由出流。薄壁孔口：孔口有尖銳的邊緣，液體與孔口周圍只有線接觸。 小孔：孔口有效斷面上所有的點都可用其中線上的點來代替。110eH（1） 射流結構分析：收縮斷面CC的形成：流線特性，流線不能突然轉折，液流射出時，將向內部收縮形成收縮斷面cc（約在距出口e/2處） 收縮斷面： cAA收縮系數：0.620.64（2） 定水頭薄壁圓形小孔口自由出流流量計算公式取11和cc 斷面列伯努利方程，壓力標準為絕對壓力，則有： 222110222cccpVpVVHggggg孔2211(1)22ccppVVHggg孔令，21102cppVHHgg001221cVgHg

11、H孔：流速系數000222gHAgHAgHAVAQccc則，02gHAQ即，孔口泄流流量計算公式孔口泄流流量計算公式 流量系數：（3）說明：）說明： 理想流速： 02gH理理QAVQccVV理速度系數是實際速度和理想速度之比。理QQ實際流量與理想流量之比。 實驗證明： 0.0610.9710.060.620.64孔0.60.62取0.6 對于理想流體： 1, 1, 1, 0孔 作用水頭： gVpHH22000如圖：H021m2、淹沒出流兩液面：gVgVHHcc222221擴大孔021gHVc孔擴大其中：H0 = H1H2 HgAQ2二、管嘴出流二、管嘴出流ccHd11hv22pa1、標準圓柱管

12、嘴：自孔口接出短管直徑與孔口直徑相同，且 l=(34)d2、管嘴與孔口區別： 流態不一樣，先收縮，再擴大，然后封住出口，均勻泄出，在出口不再發生收縮，其收縮系數=1 。 孔口只有局部阻力，管嘴還要加上突然擴大的局部阻力和沿程阻力。3、流量計算公式據公式： gHAgHAQ22c1164. 0,3,02. 0dl取53. 0302. 011106. 0106. 02224dddlAAdddlccc擴孔81. 011c注：對孔口出流 相應于速度vc，但這里的局部阻力系數均相應于管嘴的出口速度，故需要轉換。0.06孔對于管嘴出流來說，1, = 所以，實驗證明， 故對標準外圓柱管嘴，0.820.82流量

13、2QAgH流速2VgH另：可將管嘴出流看作管子進口的局部阻力損失，因此， ，所以 0.5c10.821c和實驗結果一致。三、管嘴流量系數為什么大于孔口流量系數？三、管嘴流量系數為什么大于孔口流量系數？孔口計算斷面為收縮斷面CC，其壓強為 pa，而管嘴收縮處卻不一樣，管嘴出口在收縮斷面之后，由于在CC處形成負壓，這就相當于在 1C 之間增大了一個壓頭差，當然，流量系數也就增大了。 11和CC斷面列伯努利方程，壓力標準取絕對壓力：2221222acccpVpVVHggggg孔01V2(1)2accppVHgg孔gHAgHAAQVccc22因為，所以，2220.82(1)(10.06)10.740.64acvppHHHHHg孔上式表明，在管嘴出流時收縮斷面c-c處的壓力小于大氣壓力，即產生真空。而孔口出流時c-c處的壓力是大氣壓力，由真空作用所產生的水頭為0.74H，高數值遠大于加裝管嘴所增加的水頭損失。因而，相同H和A的條件下，管嘴流量大于孔口流量。但也不是真空度越大越好，若真空過大，c-c斷面處壓力過低，液體會發生氣化，產生氣泡，會形成氣阻，同時外部空氣也將經過管嘴進入真空區內破壞真空，使液流充不滿管子，反而減少流量。圓柱形外管嘴正常工作條件：（1）最大真空度不能大于7 m；（2）L(34)d。四、其它形式管嘴四、其它形式管嘴例1：水從封閉水箱上部直