第五章孔口管嘴管路流動第一節孔口自由出流§5.1孔口自由出流在容器側壁或底壁上開一孔口,容器中的液體自孔口出流到大氣中,稱為孔口自由出流.收縮斷面：C-C斷面薄壁孔口：出流流股與孔口壁接觸僅是一條周線，這種條件的孔口稱為薄壁孔口。厚壁孔口（管嘴）：若孔壁厚度和形狀促使流股收縮后又擴開，與孔壁接觸形成面而不是線，這種孔口稱為厚壁孔口或管嘴?！?.1孔口自由出流下面討論薄壁孔口的出流規律§5.1孔口自由出流令§5.1孔口自由出流H0稱為作用水頭,是促使出流的全部能量。一部分用來克服阻力而損失，另一部分變成C-C斷面上的動能使之出流。具有自由液面，自由出流時H0=H則有§5.1孔口自由出流令φ稱為速度系數，是實際流體的速度與理想流體的速度的比值?！?.1孔口自由出流Ac收縮斷面的面積。由于一般情況下給出孔口面積，故引入收縮系數ε稱μ為流量系數。上式即孔口自由出流的基本公式。

收縮系數ε因孔口開設的位置不同而造成收縮情況不同，因而有較大的變化。非全部收縮時的收縮系數比全部收縮時的大，其流量系數也相應增加。完善收縮與不完善收縮§5.1孔口自由出流孔口收縮與位置關系第二節孔口淹沒出流當液體通過孔口出流到另一個充滿液體的空間時稱為淹沒出流。令§5.2孔口淹沒出流12ζ1:液體經孔口處的局部阻力系數ζ2:液體在收縮斷面之后突然擴大的局部阻力系數則出流流量為：ζ1：液體經孔口處的局部阻力系數ζ2：液體在收縮斷面之后突然擴大的局部阻力系數因為：ζ2約等于1，所以淹沒出流速度系數：與自由出流速度系數相比，其值相等，但含義不同?！?.2孔口淹沒出流12§5.2孔口淹沒出流上式即淹沒出流流量公式。與自由出流的公式相同，但自由出流時上游的速度頭全部轉化為作用水頭，而淹沒出流時，僅上下游速度頭之差轉換為作用水頭。具有自由液面的淹沒出流，作用水頭為：

當上下游高度一定時，出流流量與孔口在液面下開設的位置高低無關。12具有表面壓強(相對壓強)的有壓容器,液體經孔口出流,流量的計算為:當自由出流時:§5.2孔口淹沒出流當淹沒出流時:孔口淹沒出流ζ1：液體經孔口處的局部阻力系數ζ2：液體在收縮斷面之后突然擴大的局部阻力系數孔口自由出流氣體出流一般為淹沒出流,但用壓強差代替水頭差：§5.2孔口淹沒出流孔板流量計：在管道中裝設孔板，測得孔板前后漸變斷面上的壓差，即可求得管中流量?！?.2孔口淹沒出流因為:孔板流量計的流量系數是通過實驗測定出來的，工程中一般通過查圖獲得。§5.2孔口淹沒出流例5-1：有一孔板流量計，測得Δp=50mmH2O,管道直徑為D=200mm,孔板直徑為d=80mm,試求水管中流量Q。解：此題為淹沒出流§5.2孔口淹沒出流

若認為流動處于阻力平方區，流量系數與雷諾數無關，由圖查得流量系數：校核雷諾數Re=2×104例5-2：如上題，孔板流量計裝在氣體管路中，測得Δp=50mmH2O,其D、d尺寸同上例，求氣體流量Q。解：此題為氣體淹沒出流§5.2孔口淹沒出流例5-3：房間頂部設置夾層，把處理過的清潔空氣用風機送入夾層中，并使層中保持300Pa的壓強。清潔空氣在此壓強作用下，通過孔板的孔口向房間流出，這就是孔板送風（如圖示）求每個孔口出流的流量及速度。孔的直徑為1cm。(由手冊可知孔板流量系數0.6，速度系數0.97)§5.2孔口淹沒出流解：空氣密度取1.2kg/m3孔口流量公式：孔口速度公式：第三節管嘴出流§5.3管嘴出流δ=3-4d或外接l=3-4d圓管水流入管嘴時也存在收縮斷面C-C，爾后流股逐漸擴張，至出口斷面上完全充滿管嘴斷面流出。管嘴出現真空現象，出流流量大于孔口出流。§5.3管嘴出流列A-A及B-B斷面的能量方程，以管嘴中心線為基準線：令：則：§5.3管嘴出流由于出口斷面B-B完全充滿，ε=1，則：從局部阻力系數圖4-23中查得銳緣進口ζ=0.5管嘴真空現象及真空值通過C-C與B-B斷面列能量方程得到證明：§5.3管嘴出流hl=突擴損失+沿程損失§5.3管嘴出流從突然擴大的阻力系數計算公式可得：當時,§5.3管嘴出流外管嘴正常工作的條件：H0越大，收縮斷面上真空值越大，為保證管嘴的正常出流，真空值必須控制在7mH2O以下，從而決定了作用水頭H0的極限值為7/0.75=9.3m管嘴長度也有一定極限值：太長阻力大，使流量減少。太短則流股收縮后來不及擴大到整個斷面而呈非滿流流出，仍如孔口一樣，因此一般取管嘴長度為3-4d.其他類型管嘴出流：其他類型管嘴出流，速度、流量計算公式與圓柱形外管嘴公式形式相同，但速度系數、流量系數各不相同。工程中常用的幾種管嘴有：§5.3管嘴出流流線形管嘴：適用于要求流量大，水頭損失小，出口斷面上速度分布均勻的情況。收縮圓錐形管嘴：適用于要求加大噴射速度場合。擴大圓錐形管嘴：適用于要求將部分動能恢復為壓能的情況。

水流圖形演示例5-4：液體從封閉的立式容器中經管嘴流入開口水池，管嘴直徑d=8cm,h=3m,要求流量為5*10-2m3/s.試求作用于容器內液面上的壓強是多少？解：按管嘴出流流量公式§5.3管嘴出流PHHa21PHHa21PHH取μ=0.82，則：§5.3管嘴出流a21PHH§5.4簡單管路第四節簡單管路§5.4簡單管路第四節簡單管路簡單管路：具有相同管徑，相同流量的管段。它是組成各種復雜管路的基本單元。11223344§5.4簡單管路當忽略自由液面速度，且出流至大氣時，列能量方程為：§5.4簡單管路代入上式：令則：因出口局部阻力系數ζ=1，將其包括到Σζ中去，則為：

對于氣體管道，常用壓強表示：

無論是SH還是Sp,對于一定的流體，在d,l已給定時，S只隨λ，Σζ變化。當流動屬于紊流粗糙區時，λ僅與k/d有關，所以在管路的管材已定的情況下，λ值可視為常數。Σζ項中只有進行調節的閥門的ζ可以改變，而其他局部構件已確定局部阻力系數是不變的。

§5.4簡單管路§5.4簡單管路SH、Sp對已給定的管路是一個定數，它綜合反映了管路上的沿程和局部阻力情況，稱為管路阻抗。簡單管路中，總阻力損失與體積流量平方成正比?！?.4簡單管路例5-5：某礦渣混凝土板風道，斷面積為1m*1.2m,長為50m，局部阻力系數Σζ=2.5，流量為14m3/s,空氣溫度為20℃，求壓強損失。λ：查莫迪圖§5.4簡單管路如果是閉式水系統水泵揚程又為多少？水泵向壓力水箱送水簡單管路：§5.4簡單管路如果是閉式水系統水泵揚程又為多少？§5.4簡單管路虹吸管：管道中一部分高出上游供水液面的簡單管路。上式即為虹吸管流量計算公式§5.4簡單管路由于虹吸管的一部分高出上游供水液面，必然在虹吸管中存在真空區段，當真空達到某一限值時，將使溶解在水中的空氣分離出來，隨著真空度的加大，空氣量增加，縮小了有效過流斷面阻礙流動，嚴重時造成氣塞。因此，為保證虹吸管正常流動，必須限定管中最大真空高度不得超過允許值（7-8.5m)。

取管中真空度最大處與1-1斷面列能量方程§5.4簡單管路例5-6：H=2m,l1=15m,l2=20m,d=200mm,ζe=1,ζb=0.2,ζ0=1,λ=0.025,允許真空度為7m,求流量及管頂最大允許安裝高度?！?.5管路的串聯與并聯第五節管路的串聯與并聯串聯管路

Q1=Q2=Q3并聯管路

Q=Q1+Q2+Q3串聯管路的計算原則：無中途分流或合流，則流量相等，阻力疊加。總管路的阻抗等于各管段的阻抗疊加?！?.5管路的串聯與并聯串聯管路§5.5管路的串聯與并聯并聯各支管上的阻力損失相等。總的阻抗平方根倒數等于各支管阻抗平方根倒數之和。并聯管路§5.5管路的串聯與并聯此式為并聯管路流量分配規律?！?.5管路的串聯與并聯例5-7:某兩層樓供暖立管，管段１的直徑為20mm,總長為20m,Σζ=15，管段2的直徑為20mm,總長為10m,Σζ=15，管路中的λ=0.025,干管中的流量為1*10-3m3/s,求兩支管中的流量.第六節管網計算基礎枝狀管網環狀管網ABCDGFE§5.6網管計算基礎管網由簡單管路、并聯、串聯管路組合而成，分為：§5.6網管計算基礎枝狀管網風機應具有的風量為:通常以管段最長,局部構件最多的一支參與阻力疊加,其余的進行阻力平衡計算。風機應具有的壓頭為:§5.6網管計算基礎常遇到的水力計算,基本有兩類:管路布置已定,則管長和局部構件的型式和數量已定,已知各用戶所需流量和末端要求的壓頭,求管徑和作用壓頭。已有泵或風機,即已知作用水頭,并知用戶所需流量及末端水頭,在管路布置之后已知管長,求管徑。限定流速法當量長度法§5.6網管計算基礎環狀管網任一節點流入和流出的流量相等。在任一閉合環路中，如規定順時針方向的流動的阻力為正，反之為負，則各管段阻力損失的代數和必等于零。ABCDGFE1、將管網分成若干環路。按節點流量平衡確定流量，選取限定流速，定出直徑。2、根據流量與損失在環路中的正負值，求出每一環路的總損失。3、若計算出的環路總損失不為零，則每段管路應加上校正流量。4、用同樣的程序算出第二次校正后的流量……直至環路總損失滿足工程精度要求為止?！?.6網管計算基礎GABEFHCDQIIIIII哈迪.克羅斯法校正流量的計算：§5.6網管計算基礎略去二階微量對于整個環路應滿足，則§5.6網管計算基礎例5-8：如圖，求第一次校正后的流量。解：取ABCD為環路1，CDEF為環路2，按順時針繞行（1）按ΣQi=0分配流量從A點和最遠點F點分配，可假設。（2）計算各管段損失并填表注意正負號（3）計算校正流量ΔQ注意公共段CD§5.6網管計算基礎§5.6網管計算基礎環路管段假定流量Qi

Sihihi/QiΔQ管段校正流量校正后的流量Qi校正后的hi1AB+0.1559.76+1.33468.897-0.0014-0.00140.14861.3196BD+0.1098.21+0.98219.821-0.00140.09860.9548DC-0.01196.42-0.01961.960-0.0014-0.0175-0.0289-0.1641CA-0.1598.21-2.209714.731-0.0014-0.1514-2.2512Σ0.087435.410-0.1409環網計算表

§5.6網管計算基礎環路管段假定流量Qi

Sihihi/QiΔQ管段校正流量校正后的流量Qi校正后的hi2CD+0.01196.42+0.01961.9600.0175+0.0175+0.00140.02890.1641DF+0.04364.42+0.583014.575+0.01750.05751.2049FE-0.03911.05-0.819927.330+0.0175-0.0125-0.1424EC-0.08364.42-2.332329.154+0.0175-0.0625-1.4235Σ-2.549673.019-0.1969第七節有壓管中的水擊有壓管中運動著的液體，由于閥門或水泵突然關閉，使得液體速度和動量發生急劇變化，從而引起液體壓強的驟然變化，這種現象稱為水擊，也稱水錘。由于水擊而產生的壓強增加可能達到管中原來正常壓強的幾十倍甚至幾百倍，危害性很大，嚴重時會使管路發生破裂?！?.7有壓管中的水擊§5.7有壓管中的水擊1.水擊的物理過程第一階段水擊波的傳遞速度c在t=l/c時到達管道口第二階段在t=2l/c時到達閥門cc§5.7有壓管中的水擊第三階段在t=3l/c時到達管道口第四階段在t=4l/c時到達閥門cc§5.7有壓管中的水擊循環、衰減cccc水擊演示閥門的突然關閉只是水擊現象產生的外界條件，液體本身具有可壓縮性和慣性才是發生水擊現象的內在原因。理想情況下的水擊壓強實際情況下的水擊壓強§5.7有壓管中的水擊§5.7有壓管中的水擊最大壓強按儒柯夫斯基公式計算。直接水擊防止水擊危害的方法：增加管路關閉時間，使過程延長。過載保護。如安全瓣等。減小管道長度和增加管道彈性。