1、第五章 孔口管嘴管路流动,孔口出流,概述,管嘴出流,有压管流,不同点：沿程损失不一样（见下表）。,共同点：同属压力流动,孔口变水头出流,孔口变水头出流：孔口出流过程中，如容器内水位随时间降低或升高，导致孔口的流量随时间变化。,截面积为S的柱形容器，水经孔口变水头自由出流,设孔口出流过程中，某时刻t孔口的水头为h，在dt时间段内，孔口流出的液体体积为：,变水头出流时的泄空时间等于在起始水头H作用下恒定出流流出同体积水所需时间的2倍。,第一节 孔口自由出流,一 、孔口出流分类,大孔口,1、按孔口直径 d 和孔口形心在液面下深度H的比值不同可分,2 、水头随 时间变化分,恒定出流 非恒定出流,小孔口
2、,3 根据壁厚是否影响射流形状可分,薄壁孔口：壁厚不影响射流形状 厚壁孔口：壁厚影响射流形状,4 根据出流空间情况可分,自由出流：流体经孔口流入大气 淹没出流：流体经孔口流入同种流体中,全部完善收缩孔口,孔口出流的各项系数,孔口出流的流速系数和流量系数值，决定了孔口的局部阻力系数和收缩系数。,第二节 孔口淹没出流,淹没出流和自由出流比较,（1）计算公式一样，各项系数值相同，但要注意 ，流速系数含义不同；,淹没出流,自由出流,自由出流,淹没出流,若,H0H,若容器也是封闭的,若,液面相对压强为p0,（2）公式中作用水头不一样：,取过水断面o-o，管嘴出口断面b-b，列能量方程：,管嘴出流速度,管
3、嘴出流流量,管嘴出流,圆柱形外管嘴恒定出流,在直径为d的孔口上外接长度为l=(34)d的短管，就是圆柱形外管嘴。,在相同的作用水头下，同样断面积的管嘴的过流能力是孔口的1.32倍。因此，工程上常用管嘴作泄水管。,管嘴出流的两个限制： （1）对收缩断面真空度的限制； （2）对管嘴长度的限制。,圆柱形外管嘴正常工作的条件： (1)作用水头 (2)管嘴长度,其他形式管嘴,圆椎形扩张管嘴，具有较大的过流能力和较低的出口流速。 圆椎形收敛管嘴，具有较大的出口流速。 流线型管嘴，过流能力最大。,收缩断面的真空,列收缩断面CC和出口断面的能量方程,代入上式,连续性方程,由,表明在收缩断面的真空度是作用水头7
4、5%，管嘴的作用相当于将孔口自由出流的作用水头增大了75%，从而管嘴流量大为增加。,作用水头H0越大，收缩断面真空度也越大。当收缩断面真空度超过7m水柱时，空气将会从管嘴出口断面被“吸入”，使收缩断面真空被破坏，管嘴不能保持满管出流。,由公式,圆柱外管嘴的正常工作条件,第四节 简单管路,有压管道的分类 根据阻力在总阻力中的比重不同分为： “长”管：指管道中水头损失以沿程损失为主,局部损失和流速水头所占比重较小，在计算中可忽略不计的管道。 “短”管：指水头损失中，局部损失和沿程损失都占有相当比重，均不能忽略的管道。,2 根据管道的布置方式不同分为,简单管道：单一直径没有分支的管道 复杂管道：两根
5、以上管道所组成的管系，如串联管路、并联管路及管网等。,二、管路计算及阻抗,简单管路的水利计算,以连接水池的简单管路为例，取过水断面1-1，2-2，列能量方程：,其中：,则：,长管的全部作用水头都消耗于沿程水头损失，总水头线是一根连接水池水面和管道出口中心的直线，并与测压管水头线重合。,比阻,一、串联管路,串联管路,例题：虹吸管的水力计算,有压管路中的水击,第一阶段。增压波从阀门向管道进口传播阶段。 紧靠阀门的水体，速度由 变为零，相应压强升高 。随之相邻水体相继停止流动，同时压强升高，这种减速增压的过程是以波速a自阀门向上游传播，经过 后，水击波传到水池。这时，全管液体处于被压缩状态。,第二阶
6、段。减压波从管道进口向阀门传播阶段。 全管停止流动，压强增高只是暂时现象。由于上游水池体积很大，水池水位不受管路压力增高的影响而产生与 相应的流速 ，向水池流去。与此同时，被压缩的水体和膨胀了的管壁也都恢复原状。至 时刻，整个管中都有正常压强 ，及向水池流动的流速 。,第三阶段。减压波从阀门向管道进口传播阶段。 由于惯性作用，水仍向水池倒流，而阀门全关闭无水补充，以致阀门端的水体必须首先停止运动， 变为零，压强降低，密度减小，管壁收缩。这个减压波向上游传播，在 时刻传至管道进口，全管处于瞬时低压状态。,第四阶段。增压波从管道进口向阀门传播阶段。 此时管道进口比水池压力低 ，在压强作用下，水以速度 向阀门方向流动。至 时刻，增压波传至阀门断面，全管恢复至起始正常状态。,二、并联管路,作业,5-1、5-3、5-8 、5-9、5-15、5-18、5-22,
