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1、第 7章 孔 口 、 管 嘴 與 有 壓 管 流 本 章 所 用 知 識 點n連 續(xù) 性 方 程n能 量 方 程n沿 程 水 頭 損 失n局 部 水 頭 損 失重 點 掌 握n孔 口 、 管 嘴 恒 定 出 流 的 水 力 計 算n有 壓 管 路 恒 定 流 動 的 水 力 計 算 輸 水 能 力 確 定 管 徑 確 定 水 泵 、 虹 吸 管 安 裝 高 度 ， 水 塔 建 筑 高 度 的 確 定 7.1 薄 壁 孔 口 恒 定 出 流7.1.1 孔 口 出 流 的 分 類 u 自 由 出 流 與 淹 沒 出 流 ： 見 圖 u 小 孔 口 出 流 與 大 孔 口 出 流 小 孔 口 大 孔

2、 口u 恒 定 出 流 與 非 恒 定 出 流 u 薄 壁 孔 口 與 厚 壁 孔 口10/ dH 10/ dH 特 征（ 1） 水 流 現(xiàn) 象 （ 2） 小 孔 口（ 3） 恒 定 流（ 4） 自 由 出 流（ 5） 具 有 收 縮 斷 面 10/ dH AA c 7.1.2 薄 壁 小 孔 口 恒 定 自 由 出 流 v 以 孔 口 形 心 點 水 平 面 為 基 準 面 ,對 斷 面 1-1， c-c列 能 量 方 程 2 20 0 c c0+ =0 02 2 wv vH hg g 2c0 2w j vh h g 20 0 02vH Hg 2 2 2c c c c0 0 c 0( )2

3、2 2v v vH g g g 流 量 公 式 c 0 0c 01 2 2v gH gH c 01 0.970.98 c c 0 02 2cQ Av Av A gH A gH 0.60.62 斷 面 收 縮 系 數(shù) ， 0.62-0.63動 能 修 正 系 數(shù) ， 1 孔 口 局 部 阻 力 系 數(shù) ， 0.04-0.06 流 量 系 數(shù)流 速 公 式流 速 系 數(shù)流 量 公 式 7.1.3 小 孔 口 流 量 系 數(shù) 的 影 響 因 素 雷 諾 數(shù) 、 邊 界 條 件 孔 口 的 形 狀 ： 對 于 小 孔 口 ， 影 響 不 大孔 口 位 置 完 善 收 縮 （ 1）全 部 收 縮 非 完

4、 善 收 縮 （ 2） 或 部 分 收 縮 （ 3 ;2 2( )2 sese v vp v p vH Hg g g g g gv vH H H H H H Hg gvH g c 0 0 00 0 c c 0 01 12 2 212 2secv gH gH gHQ Av Av A gH A gH 流 速 ：流 量 ： 01 0.97 0.981 0.60.62 薄 壁 小 孔 口 恒 定 自 由 出 流 VS 淹 沒 出 流 （ 1） 流 量 公 式 相 同（ 2） 流 量 系 數(shù)（ 3） 作 用 水 頭 自 由 出 流 ： 為 孔 口 形 心 點 的 淹 沒 深 度 ； 淹 沒 出 流 ：

5、為 上 下 游 水 面 差 ；gHAQ 2 c 01 自 由 01 se 淹 沒 淹 沒自 由 薄 壁 大 孔 口 出 流 大 孔 口 出 流 可 視 為 是 由 無 數(shù) 小 孔 口 組 成 ， 通 過 積 分的 方 法 可 求 得 大 孔 口 流 量 系 數(shù) 。 實 際 計 算 表 明 ， 在 估 算 大 孔 口 流 量 時 ， 小 孔 口 流 量公 式 也 適 用 于 大 孔 口 ， 式 中 為 大 孔 口 形 心 點 的 作 用 水頭 ， 因 大 孔 口 出 流 多 為 不 完 善 收 縮 ， 其 流 量 系 數(shù) 偏 大 。 大 孔 口 流 量 系 數(shù)水 流 收 縮 情 況 流 量 系

6、數(shù)全 部 收 縮 （ 不 完 善 收 縮 ） 0.70底 部 無 收 縮 有 適 度 側 收 縮 0.650.70底 部 無 收 縮 側 向 很 小 收 縮 0.700.75底 部 無 收 縮 側 向 極 小 收 縮 0.800.90 7.2 管 嘴 恒 定 出 流7.2.1 圓 柱 形 外 延 管 嘴 恒 定 出 流 2 2 20 0 n2 0 n 0 n 0nn nn 0 n 0 n n =2 2 221= 2 = 21 1= = =0.821 0.52 2=0.82v v vH g g gvH gv gH gHQ vA A gH A gH （ ） 管 嘴 局 部 阻 力 系 數(shù) ， 0.

7、5為 什 么 接 管 嘴 后 局部 阻 力 增 加 了 ， 而流 量 卻 增 大 呢 ？ 7.2.2 圓 柱 形 外 延 管 嘴 的 真 空 壓 強7.2.3 外 延 管 嘴 的 工 作 條 件（ 1） 作 用 水 頭 ： （ 水 柱 ）（ 2） 管 嘴 長 度 ： 00.75cp Hg 00.75k cp p Hg g mH 9 0 dl )43( 7.2.4 其 他 形 式 的 管 嘴 7.3 孔 口 （ 管 嘴 ） 的 變 水 頭 出 流 放 空 時 間 ： max111 22222 QVgHA HgA Ht gA HHt 2 )(2 21 上 講 內(nèi) 容1、 薄 壁 小 孔 口 恒 定

8、 自 由 出 流2、 薄 壁 小 孔 口 的 恒 定 淹 沒 出 流3、 圓 柱 形 外 延 管 嘴 恒 定 出 流4、 圓 柱 形 外 延 管 嘴 的 真 空 壓 強 02gHAQ 01 自 由 se 01淹 沒 02gHAQ n 82.0 nn 075.0 Hgppgp cak 7.4 短 管 的 水 力 計 算v長 管 與 短 管 的 概 念短 管 ： 在 整 個 管 路 系 統(tǒng) 中 ， 與 及 各 占 相 當 比 重 ， 在 水 力 計 算 時 都 要 考 慮 如 ： 水 泵 吸 水 管 、 虹 吸 管 、 倒 虹 吸 管 長 管 ： 在 整 個 管 路 系 統(tǒng) 中 ， 占 絕 對 比

9、 重 ， 、 為 微 量 ， 在 水 力 計 算 時 ， 只 考 慮 如 ： 給 水 管 路 （ 管 網(wǎng) ） 、 水 泵 壓 水 管 fh jh gv2 2 fhjh gv2 2 fh 7.4.1 短 管 自 由 出 流 流 量 公 式 ： 02gHAQ c gHAQ c 2 cc 11 dlc 管 路 系 統(tǒng) 流 量 系 數(shù)管 路 系 統(tǒng)阻 力 系 數(shù) 7.4.2 短 管 淹 沒 出 流 流 量 公 式 ： 02gHAQ c gHAQ c 2 1c c 淹 沒 短 管 自 由 出 流 與 淹 沒 出 流 比 較 ：流 量 公 式 ：流 量 系 數(shù) ：結 論 ：（ 1） 管 路 系 統(tǒng) 相 同

10、 、 作 用 水 頭 相 同 ， 自 由 出 流 與 淹沒 出 流 流 量 相 等 。（ 2） 不 同 點 ： 自 由 出 流 ， 為 出 口 距 上 游 水 面 的 高差 ； 而 淹 沒 出 流 ， 為 上 下 游 水 面 的 高 差 。 gHAQ c 2 ccc 11自 由自 由 ccc 1 淹 沒淹 沒 H H 7.4.3 短 管 水 力 計 算 的 類 型（ 1） 已 知 作 用 水 頭 、 管 的 長 度 、 管 徑 、 管 材 （ 沿 程 阻 力 系 數(shù) ） 以 及 管 路 布 置 （ 局 部 阻 力 系 數(shù) ） ， 確 定 流 量（ 2） 已 知 流 量 、 管 的 長 度 、

11、管 徑 、 管 材 以 及 管 路 布 置 ， 確 定 作 用 水 頭（ 3） 已 知 作 用 水 頭 、 流 量 、 管 的 長 度 、 管 材 以 及 管 路 布 置 ， 確 定 管 徑 應 用 舉 例 例 1： 虹 吸 管 的 水 力 計 算 mh v 0.7 已 知 上 下 游 水 位 差 H， 虹 吸 管 頂 部 管 中 心 線 與 上 游 水 面 高差 z1=5.0m。 管 長 l1,l2,l3， 管 徑 d=0.25m， 選 用 鑄 鐵 管 ， n=0.011。局 部 損 失 系 數(shù) ： 彎 頭 處 ， 進 口 ， 出 口 求 :（ 1） 虹 吸 管 流 量 ； （ 2） 求 虹

12、 吸 管 最 大 真 空 壓 強 ； （ 3） 若 虹 吸 管 最 大 允 許 真 空 壓 強 水 柱 ） ， 安裝 高 度 是 否 合 理 ？ 1 2= =0.3 e=4.0 se=1.021 2 30 0 0 0 0( 2 )2ww seH hl l l vH h d g e 彎 例 2： 水 泵 的 水 力 計 算 離 心 水 泵 ， Q =0.02m3/s， 管 長允 許 吸 水 真 空 壓 強 ，安 裝 高 度 試 ： 校 核 水 泵 的 安 裝 高 度 是 否 合 理 ？ 求 最 大 安 裝 高 度 ？032.0 8l m0.1d m =6.0 =0.53 進 彎，mhv 0.7s

13、 3.0h m 22 22 2 22 2 20 0 0 22 2 2s ww p vh hg gv v vlh d g g g 進 彎 例 3： 倒 虹 吸 管 的 水 力 計 算 已 知 流 量 ， 兩 水 面 高 差 ， 管長 ， ， ， ， 求 管 徑 ？ smQ /2 3ml 30 0 0 0 0 0 wH h gdQdlhH sew 214)2( 22 ）（彎進 0318.08275.06.0 5 dd 0.6H m032.0 5.0進 3.0彎 0.1se 7.5 長 管 的 水 力 計 算 7.5.1 簡 單 管 路 比 阻 法 :比 阻 ： fhH 20fh s lQ520 8

14、 dgs 注 意 ： 在 水 力 計 算 時 ,比 阻 s0在 不 同 流 態(tài) 、 流 區(qū) 有 不 同 的 值 . u 當 ,為 阻 力 平 方 區(qū) ， 查 表 7-3、 7-5， 根 據(jù) n，d查 比 阻u 當 ,在 光 滑 區(qū) 或 過 渡 區(qū) ,用 系 數(shù) 修 正smv /2.1 smv /2.1 k20lQksH 20lQsH 修 正 系 數(shù) 值 （ 表 7-4）k0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.451.41 1.33 1.28 1.24 1.20 1.1750.50 0.55 0.60 0.65 0.70 0.751.15 1.13 1.115 1.10 1.08

15、5 1.070.80 0.85 0.90 1.00 1.101.06 1.05 1.04 1.03 1.015 1.0)/( smv )/( smv )/( smv kk k 20.1 （ 1） 通 用 公 式 對 于 圓 管（ 2） 專 用 公 式 （ 鑄 鐵 管 ） 舍 維 列 夫 公 式 （ 粗 糙 區(qū) ） 光 滑 區(qū) 和 過 渡 區(qū) 3.503.0 001736.0021.0 dsd 33.5 23.10d nso )001736.0()876.01(852.0 3.53.00 dvksso 3.0)876.01(852.0 vk 對 于 明 渠 水 流K-流 量 模 數(shù) ， 與 比

16、阻 的 關 系 見 上 式 ?？?用 于 明 渠 均 勻 流 的 水 力 計 算 。RJcv RJACAvQ K AC R令 ， 221fH h lQK 2 2Q K J 0 21S K即 7.5.2 串 聯(lián) 管 路 計 算 原 則 ni iii iii QlSH QqQ 1 20 1 舉 例 ： 如 圖 所 示 ， 已 知 ， ； ， ； ， ， 管 道為 鑄 鐵 管 ， ， 轉(zhuǎn) 輸 流 量 ， 管 路 水 平 布 置 ， 管 道 末 端 高 程 ， 服 務 水 頭 （ 自 由水 頭 ） ,求 水 塔 的 高 度 ？ml 5001 mmd 4001 ml 4502 mmd 3502 ml 3

17、503 mmd 3003 smQ /1.0 33 smq /05.0 31 smq /05.0 32 mHz 0.10 m0.0 步 驟 總 結（ 1） 求 各 管 中 流 量 、 流 速 ， 判 別 在 哪 個 區(qū) ；（ 2） 求 各 管 段 的 比 阻 （ 查 表 7-3得 ， 因 為 管 中 水 流 都 在粗 糙 區(qū) ， 故 比 阻 不 修 正 ）（ 3） 求 總 的 水 頭 損 失 ； （ 4） 求 水 塔 高 ； mHhH zf 17.211017.11 7.5.3 并 聯(lián) 管 路計 算 原 則 : 321 321 fff hhh QQQQ 233032220221101 QlSQl

18、SQlS 舉 例 某 輸 水 系 統(tǒng) ， 管 長 ： , , , ； 糙 率 ； 管 徑 ： ， ， ； 流 量 。水 塔 處 地 形 高 ， 管 道 末 端 自 由 水 頭 , 管 道 末 端 地 形 ， 求 水 塔 高 H?013.0n ml 500 1 ml 7002 ml 3503 ml 3004 mmd 3501 mmdd 15032 mmd 2004 sLqB /70 sLQ /504 mt 104 mHz 8m100 （ 1） 流 量 、 流 速 、 確 定 流 區(qū) 先 按 粗 糙 區(qū) 計 算 。（ 2） 比 阻 ， 查 表 7-3 smQqQ B /120.0050.0070.

19、0 341 smdQv /248.135.014.3 12.044 2211 smQQQ /050.0 3432 smv /59.12.014.3 050.04 24 2 601 0.471( / )S s m 2 602 03 43.0 /S S s m 2 6 04 9.30 /S s m （ 3） 計 算 2、 3管 中 流 量2 2 03 3202 2 2 03 3 3 3 02 2 350 0.707700S lQS l Q S l Q Q S l smQQ QQ /050.0707.0 332 32 32 33 0.021 /0.029 /Q m sQ m s 2 24 0.021

20、 1.19 /3.14 0.15v m s 3 24 0.029 1.64 /3.14 0.15v m s （ 4） 計 算 水 頭 損 失（ 5） 求 水 塔 高 244042330321101 QlSQlSQlShw 2 2 20.471 500 0.120 43.0 350 0.029 9.30 300 0.050 3.39 12.66 6.975 23.025m zwt HhH 100 23.025 8 10427.025w z tH h Hm 7.5.4 沿 程 均 勻 泄 流 管 路折 算 流 量當 時 ， dxQsdh xof 2xQ Q ql qx 2020 )55.0( rf

21、AB lQSqlQlShH qlQQr 55.00Q 2013H S l ql 2( )f odh s Q ql qx dx 2 2 21( )3f oh s l Q Qql q l 舉 例 ： 如 圖 所 示 的 由 水 塔 供 水 的 管 路 ， 有 三 段 鑄 鐵 管 段 組成 ， 其 中 第 二 段 為 沿 程 均 勻 泄 流 管 段 ， 已 知 鑄 鐵 管 糙率 ， 管 長 管 分 別 為 ： ； 管 徑 ： 節(jié) 點 B轉(zhuǎn) 輸 流 量 ， 途 泄 流 量 管 路 末 端 流 量 ， ， 求 需 要 的 水 塔 高 度 ？ 012.0n ml 4501 mmd 2501 ml 2002

22、 mmd 2002 ml 3003 mmd 1503 smq /015.0 31 smmq /0001.0 3smQ /02.0 33 H v作 業(yè) ： - ， - ， - ， -v作 業(yè) ： -1， -2 上 講 內(nèi) 容1、 長 管 與 短 管 的 概 念2、 測 壓 管 水 頭 線 與 總 水 頭 線 的 畫 法3、 短 管 流 量 的 計 算 公 式自 由 出 流淹 沒 出 流 02gHAQ c 1 c c 淹 沒 11c c 自 由 dlc 上 講 內(nèi) 容1.長 管 的 水 力 計 算 簡 單 管 路2.比 阻 在 不 同 流 態(tài) 、 流 區(qū) 有 不 同 的 值 . 粗 糙 區(qū) 水 力

23、 光 滑 區(qū) 、 過 度 粗 糙 區(qū)3.串 聯(lián) 管 路 的 計 算 原 則 4.并 聯(lián) 管 路 的 計 算 原 則 5.沿 程 均 勻 泄 流 管 路 20lQsH 520 8 dgs smv /2.1 smv /2.1 20lQksH ni iii iii QlSH QqQ 1 20 1 321 321 fff hhh QQQQ qlQQ r 55.0 20 rH s lQ 7.6 有 壓 管 中 的 水 擊 7.6.1 水 擊 現(xiàn) 象 在 有 壓 管 中 ， 因 某 種 原 因 (閥 門 關 閉 ） ， 水 流 流速 突 然 變 化 ， 壓 強 隨 之 產(chǎn) 生 急 劇 變 化 （ 交 替

24、升 降 ） 。壓 強 交 替 變 化 如 同 用 錘 子 擊 打 管 壁 ， 嚴 重 時 造 成 管 道破 裂 ， 這 種 現(xiàn) 象 稱 為 水 擊 （ 水 錘 ） 。 （ 1） （ 增 壓 逆 波 ） 流 體 被 壓 縮 、 管 道 膨 脹 水 擊 波 C向 左 傳 播（ 2） （ 減 壓 順 波 ） 流 體 恢 復 原 狀 管 道 恢 復 原 狀 水 擊 波 C向 右 傳 播clt 0 00 v gpgpgp 00 cltcl 2 00 vv gpgpgp 00 7.6.2 水 擊 傳 播 過 程 (3) （ 減 壓 逆 波 ） 流 體 膨 脹 管 道 被 壓 縮 水 擊 波 C向 左 傳

25、播(4) （ 增 壓 順 波 ） 流 體 恢 復 原 狀 管 道 恢 復 原 狀 水 擊 波 C向 右 傳 播c ltcl 32 00 vv gpgpgp 00 00 vv gpgpgp 00 cltcl 43 關 閉 閥 門 時 間 水 擊 相 長 水 擊 周 期 直 接 水 擊 間 接 水 擊sT clT 42s lT cclT 2 2s lT c 7.6.3 水 擊 壓 強 的 計 算 直 接 水 擊 壓 強 計 算 公 式 間 接 水 擊 壓 強 計 算 公 式 水 擊 波 傳 播 速 度 C=1000m/s gcvgp 0 sTTgcvgp 0 7.6.4 水 擊 危 害 的 預 防

26、 措 施（ 1） 限 制 管 中 流 速（ 2） 停 泵 水 擊 嚴 格 操 作 規(guī) 程 。 在 需 要 停 泵 之 前 ， 先 關 閉 出 口 閥 門 ，實 行 閉 閥 停 車 。 為 防 止 突 然 斷 電 造 成 事 故 ， 可 在 壓 水 管 安 裝 水 擊 消 除 閥或 回 止 閥 。 （ 3)水 電 站 壓 力 管 道 水 擊 ， 在 壓 力 管 道 適 當 部 位 修 建調(diào) 壓 室 . gcvgp 0 本 章 重 點（ 1） 孔 口 出 流 的 水 力 特 征 、 流 量 的 計 算 。（ 2） 管 嘴 出 流 的 水 力 特 征 、 流 量 的 計 算 、 管 嘴 出 流 的 工 作 條 件 ？（ 3） 短 管 、 長 管 的 定 義 。（ 4） 短 管 的 水 力 計 算 （ 虹 吸 管 、 倒 虹 吸 管 、 水 泵 吸 水 管 、 路 基 涵 管 ）（ 5） 長 管 的 水 力 計 算 （ 串 聯(lián) 、 并 聯(lián) 管 路 ）（ 6） 水 擊 現(xiàn) 象 ， 預 防 水 擊 的 措 施 。