《管道的水力计算》PPT课件.ppt

1、INDEX 孔口出流 管嘴出流 简单管道的水力计算 复杂管道 管网计算 有压管道的水击 自由紊流射流孔 口 出 流薄壁小孔口1.自由出流列A-A、C-C断面能量方程gvgvzgpgvzgpCCCCAAA222222aCpp gvgvgppzzCAaACA21222H0自由出流的作用水头gvHC2120物理意义：促使流体克服阻力，流入大气的全部能量特例自由液面：PA=Pa，液面恒定：vA=0HzzHCA0收缩断面流速002211gHgHvC孔口的流速系数，=0.970.98孔口流量0022gHAgHAAvAvQCCC面积收缩系数AAC62.06.0流量系数全部收缩（完善收缩、不完善收缩）、部分收

2、缩2064.01AAA是孔口面积，A0是孔口所在的壁面面积不完善收缩2.淹没出流列上下游液面能量方程gvzgp221112=1突然扩大阻力系数gvgvvgppzzC2122122212121H0淹没出流的作用水头gvHC21210gvgvgvzgpCC22222212222物理意义：促使流体克服阻力流入到下游的全部能量特例：P1=P2=Pa，v1=v2=0HzzH210收缩断面流速0012211gHgHvC孔口流量02gHAAvAvQCCCC与自由出流一致H0与孔口位置无关气体：作用压力22221210vvppp（略去高差）流速02 pv流量02 pAQ00p00p排气吸气应用：孔板流量计gp

3、gvvgppzzH222212121002gHAQ注意：A孔口面积，也可查表3.非恒定出流（以液面下降为例）等截面S容器，t时刻孔口水头hdt内流出体积dtghAQdtdV2容器减少体积SdhdVt021hhdtdhghAS22122hhgASt容器放空：h2=0max11122222QVghAShgAhStV放空容器的体积Qmax开始出流时最大流量放空时间是水位不下降时放空所需时间的两倍管 嘴 出 流l=34d的短管1.管嘴出流列A-A、B-B断面能量方程gvgvgpzgvgpzBBBBAAA222222gvgvgppzzBABABA21222H0作用水头gvHB2120流速002211gH

4、gHvB流量0022gHAgHAAvQB82.0真空的抽吸作用，流量增加对锐缘进口的管嘴，=0.5，82.05.0112.管嘴正常使用条件防止气蚀列C-C、B-B断面能量方程wBBCChgvgpgvgp2222gvdlhBw22AvAvBCC连续性方程取AAC21102gHvB82.002.03dlaBpp 解得C-C断面真空值075.0HgppCa允许真空值 mhv7mH3.975.070H0的极限值管嘴正常使用条件之一管嘴正常使用条件之二dl433.管嘴的种类（a）圆柱外伸管嘴；（b）圆柱内伸管嘴；（c）外伸收缩型管嘴；（d）外伸扩张型管嘴；（e）流线型外伸管嘴 类型特点圆柱外伸管嘴损失较

5、大，流量较大0.50.8210.82圆柱内伸管嘴损失大、隐蔽10.7110.71外伸收缩形管嘴损失小、速度大（消防龙头）0.090.960.980.95外伸扩张形管嘴损失大、流速低、压力大（扩压管）40.4510.45流线形外伸管嘴损失小、动能大、流量大0.040.9810.984.例：水箱中用一带薄壁孔口的板隔开，孔口及两出流管嘴直径均为d=100mm，为保证水位不变，流入水箱左边的流量Q=80L/s，求两管嘴出流的流量q1、q2解：设孔口的流量为q212hhgAq62.0对管嘴1112ghAq82.012222ghAq82.02连续性方程21qqQ2qq 解得sLq/501sLq/302简

6、单管道的水力计算短管（室内）、长管（室外，局阻不计或按%折合）1.短管的水力计算类比孔口、管嘴的作用水头gvH2120短管的作用水头gvdlH21201突扩=1，H0HgvdlH222224dQv代入，得2428QgddlHSH管路阻抗S2/m52QSHH2428QddlpSpkg/m72QSpp类比电路：SRH(p)UQ2I非圆管gAdlSeH2222AdlSep扬程2222222111hgvgpzHgvgpzi2212212122QShgvvgppzzHHi22QSgpHHHi略去速度水头虹吸现象流速gHdllgHv21221210虹吸管正常工作条件最大真空度列1-1和最高断面C-C的能量

7、方程gvdlgpzgpzCCCa212111流量gHlldvAQ221421212 mhHdlldlzzgppvCCCa8712121111最大安装高度 vCvChHdlldlhzzh2121111max12.长管的水力计算局部损失（包括速度水头）不计，损失线性下降，总水头线与测压管水头线重合单位长阻抗比阻agdLSaHH528528dLSapp2QLapps2/m6kg/m82QLaHH复 杂 管 道1.串联管道类比电路iQQ 22QShSQhififiSS例：铸铁管长L=2500m，流量Q=0.25m3/s，作用水头H=25m，为充分利用水头，设计串联管道解：（1）如按简单长管计算622/

8、160.0msLQHaH水力计算表aH1=0.105d1=450mm浪费水头，投资加大aH2=0.196d2=400mm水头不够（2）设计串联管路d1=450mmL1d2=400mmL222112LaLaQHHHLLL21解得mL9901mL151022.并联管道类比电路iQQ22iiiQShSQhiSS11流体的自调性，阻力平衡例1：某两层楼的供暖立管，管段1的d=20mm，总长20m，1=15，管段2的d=20mm，总长10m，2=15，管路=0.025，干管总流量Q=1L/s，求Q1和Q2解：并联421118ddlS7112/1039.1mkgS711/1003.2mkg1221SSQQ

9、21QQQ解得sLQ/45.01sLQ/55.02阻力平衡水平失调异程同程例2：流量Q=4L/s的泵从两个有初始液位差h=0.5m的油箱中吸油，在节点A以前的两条管路有相同的长度l=10m和直径d=50mm，若=0.03，不计局部阻力，求：（1）泵开始吸油时，每个油箱流出的流量q1和q2各为多少？解：2111qSh 2222qSh 52218gdlSSS12hhhA点连续性方程Qqq21解得sLq/79.21sLq/21.12（1）必须pA0，列低油箱到A点的能量方程2222QShhgpzA会出现高位油箱向低位油箱倒灌的现象注意：因q1=0，故q2=Q，解得z1.27m（2）当h是多少时，由低

10、位油箱流出的q2=0？（4）当z为多高，高位油箱泄空后空气不会进入泵 内，且又可使低位油箱可泄空？令q2=0，解得h=1.27m（3）当h1.27m时会出现什么情况？管 网 计 算特点1.枝状管网的水力计算（两类）（1）管网布置已定（Li，用户Qc，末端压力pc或hc），求di，作用压力p或H新建管网 a.由连续性方程确定节点流量b.由流量确定各管段管径ve经济流速（规范要求）0iQeivQd4c.由控制线确定作用压力cipcipQSpppi2或cihcihQShhHi2d.阻力平衡，调整支管管径（2）管网布置和作用压力已定，求di校核计算，扩建管网a.由连续性方程确定节点流量0iQb.由控制

11、线确定水力坡度 llhHJcl局部损失折算成沿程损失的长度，称为局阻的当量长度（手册可查）c.由各管段J相等条件，计算各管段管径和损失224211iiidQgdJ51228gJQdiigvdllhiii22d.校核e.计算支管管径，并进行阻力平衡Hhhci标准化2.环状管网的水力计算（1）节点方程（2）回路方程0iQ02iiiQSh校正流量Q2QQShhiiii展开，略去二阶微量QQShiii2由02QQShhhhhiiiiiiiiiiiiiiiiiQhhQQShQShQ2222例：两个闭合回路的管网，参数见图，不计局部阻力，求各管段通过的流量（闭合差小于0.3m即可）解：取ABCD为环路1，

12、CDEF为环路2，按顺时针绕行（1）按Qi=0分配流量从A点和最远点F点分配，可假设（2）计算各管段损失并填表2iiiQSh 注意正负号（3）计算校正流量Q注意公共段CD环路管段假定流量Qi Sihihi/QiQ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

13、.0014-0.1514-2.25120.087435.410-0.1409环网计算表 环路管段假定流量Qi Sihihi/QiQ管段校正流量校正后的流量Qi校正后的hi2CD+0.01196.42+0.0196 1.9600.0175+0.0175+0.00140.02890.1641DF+0.04364.42+0.5830 14.575+0.0175 0.05751.2049FE-0.03911.05-0.819927.330+0.0175-0.0125-0.1424EC-0.08364.42-2.332329.154+0.0175-0.0625-1.4235-2.549673.019-0

14、.1969有压管道的水击（水锤）可压缩、非恒定流1.水击的物理过程水击流速突然改变，压力引起大幅度波动的现象水击具有破坏性第一阶段00vppp00水击速度a在t=l/a时到达管道口第二阶段00v00ppp在t=2l/a时到达阀门第三阶段00vppp00在t=3l/a时到达管道口第四阶段00v00ppp在t=4l/a时到达阀门循环、衰减2.直接水击与间接水击t=2l/a相长Ts阀门关闭时间阀门处vvap0Edaa10a0水中声音传播速度（1435m/s）水的弹性系数（2109Pa）E管材弹性系数（钢：206106kPa）管材壁厚（1）直接水击：（2）间接水击：tTstTssmv/100v100d

15、OmHp2100p3.水击的危害及减弱水击的措施（1）危害：噪声、气蚀、管道破裂、危及设备（2）措施a.延长阀门关闭（开启）时间b.减小流速v0c.增加管道弹性d.安装蓄能器、安全阀，进行过载保护一、自由紊流射流的一般特征自由紊流射流射流质量逐渐增加，速度逐渐降低动量守恒动力特征常数2020002002vRAvdAv二、圆形断面的射流1.射流半径RakxkxRRtg002喷口形状系数（圆：=3.4；长条缝：=2.44）a 喷口紊流强度系数08.007.0a303027294.04.34.3121000000RasRsatgRssRRa射流结构的几何特征系数2.射流中心速度vm由动量守恒方程及半

16、径经验公式25.11Rrvvm通过变换，得294.0966.000Rasvvm3.射流断面流量Q通过变换，得294.02.200RasQQ4.断面平均流速v12RQAQv由得294.019.0020001RasRRQQvv5.质量平均流速v2294.04545.00002RasQQvv6.核心长度st和收缩角由vm=v0，s=st代入射流中心速度vm表达式，得aRst0671.0工程上常使用轴心附近较高的速度区，因此v2比v1更合适反映射流轴心附近的平均速度200QvvQ由asRtgt49.120工作地带一般应在基本段（初始段公式不再推导）例：某车间安装一圆形截面喷嘴的送风机（a=0.08），

17、送风口直径d0=0.4m，送风量Q0=2m3/s，求：（1）离送风口5m处工作区的射流半径解：294.04.300RasRRmR56.1mmaRst568.1671.00由（3）工作区的流量294.02.200RasQQ03/1.10QsmQ（2）此处最大风速smvvdQ/9.1540020294.0966.000Rasvvm0/7.6vsmvm三、平面射流将圆形喷嘴d0（R0）换成喷口高度2b0（b0是喷口的半高度）aatg44.2211.01.0a3027系数41.044.200basbb41.02.100basvvm41.02.100basQQ41.0492.0001basvv41.08

18、33.0002basvvabst003.1atg97.02平面射流比圆形射流具有更大的射出能力注：对贴附射流，用2b0代替b0四、温差、浓差射流射流本身的温度或浓度与周围气体的温度或浓度有差异除尘、采暖、通风空调工程热量、浓度扩散比动量扩散要快些，因此边界层比速度边界层发展要快些、厚些（为简化，常认为相同）再介绍一些参数和公式（以圆断面温差射流为例）出口断面温差eTTT00轴心上温差emmTTT截面上任一点温差eTTT下标“e”表示周围气体1.轴心温差Tm由热力学可知，在等压情况下，射流各横截面上相对焓值不变热力特征RTdQcTcQ000通过变换294.0706.000RasTTm2.质量平均

19、温差T2对平面射流294.0455.0002RasTT020vvQQ41.0032.100basTTm41.0833.0002basTT浓差射流与温差射流公式一致，只需将温度T换成浓度即可五、射流弯曲温差射流或浓差射流由于密度与周围密度不同，所受的重力与浮力不平衡射流向上或向下弯曲由牛顿定律通过积分及等压过程状态方程，整理35.0cos51.0cos020200000dadTvTgdtgddyeAr阿基米德准数通常Ar|0.001|要考虑射流弯曲（+）向上弯曲（-）向下弯曲例：室外空气以射流方式，由位于热车间外墙上离地板7m处的孔口送入，孔口高0.35m，长12m，室外空气的温度为-10，室内

20、空气温度为20，射流初速度为2m/s，求地板上的温度解题步骤：1.是平面射流2.参数对应：y=7m，T0=10=263K，Te=20=293K，v0=2m/s，求Tm3.由公式y/d0（=0）、Tm/T0，解得Tm=280.3K=7.3xy07六、有限空间的射流由于有限空间限制了射流边界面的发展和扩散，射流半径及流量增大到一定程度后反而逐渐减小，其边界线呈橄榄形，橄榄形边界外部与固体边壁间形成与射流方向相反的回流区，流线呈闭合状，以外是涡流区1.射流出口至-断面自由扩张段2.-至-断面有限扩张段-断面射流流量最大，回流流速、流量也最大3.-至-断面收缩段4.-断面以后涡流区-断面射流流量为零133.0147.0158.3000dFadFdLL从喷口到-断面的距离F垂直于射流的横截面积lL 产生涡流（要采用双侧射流送风等措施，消除涡流）送风口直径d0的确定FvQd100469.0v1断面的最大回流速度，由设计限定