《流体力学及机械》课程教学资源（PPT课件）第五章 有压管流与孔口、管嘴出流、第六章 明渠均匀流与堰流、第十章 流体机械——泵与风机

第5章有压管流与孔口、管嘴出流·基本概念：1、压力管路：在一定压差下，液流充满全管的流动管路。气体无压管路压力管路管路中的压强可以大于大气压，eg：泵的压水管也可以小于大气压，eg：泵的吸水管

第5章 有压管流与孔口、管嘴出流 •基本概念： •1、压力管路：在一定压差下，液流充满全管的流动管 路。 •管路中的压强可以大于大气压，eg：泵的压水管 •也可以小于大气压，eg：泵的吸水管

2、简单管路：是指管径、流速、流量沿程不变，且无分支的单线管道。d=C·复杂管路：是指由两根以上管道所组成的管路系统·3、长管：局部损失与速度水头的总和与沿程损失相比很小，以至于可以忽略不计的管道（局部水头损失和流速水头所占比重小于5%-10%）短管：局部损失与速度水头的总和超过沿程损失或与沿程损失相差不大，计算水头损失时不能忽略的管道

• 2、简单管路：是指管径、流速、流量沿程不变，且 无分支的单线管道。d=C • 复杂管路：是指由两根以上管道所组成的管路系统。 • 3、长管：局部损失与速度水头的总和与沿程损失相 比很小，以至于可以忽略不计的管道。 • (局部水头损失和流速水头所占比重小于5%-10%) • 短管：局部损失与速度水头的总和超过沿程损失或与 沿程损失相差不大，计算水头损失时不能忽略的管道

·4、管路的特性曲线定义：水头损失与流量的关系曲线。8AL/元a02SOd2gd 2ggπ'dS一一管道摩阻。0

• 4、管路的特性曲线： • 定义：水头损失与流量的关系曲线。 • S——管道摩阻。 2 2 2 5 2 2 2 8 2 ) 4 ( 2 Q SQ g d L g d Q d L g v d L hl = = = =      l

5.1简单管路的水力计算5.1.1短管的水力计算沿程损失、局部损失分别计算，不可忽略5.1.2 长管的水力计算如图，由水池接出一根管路，建立如图所示基准面取1一1、2一2断面建立伯努利方程Pa + α, viα, V + hiPaH +0++2g2gyY对于长管，则有：H=hrPQh由蔡西公式确定：h.K2H式中：K为流量模数或特性流量一水力坡度等于1时的流量

• 5.1.1 短管的水力计算 • 沿程损失、局部损失分别计算，不可忽略 • 5.1.2 长管的水力计算 • 如图，由水池接出一根管路，建立如图所示基准面， 取1－1、2－2断面建立伯努利方程： • 对于长管，则有：H＝hf， • hf由蔡西公式确定： • 式中：K为流量模数或特性流量 • —水力坡度等于1时的流量。 l 2 a 2 2 2 a 1 1 h 2g p 0 2g p H + + + + + v  v    ＝ 2 2 f K h Q l ＝ 5.1 简单管路的水力计算

例5.1：水泵管路如图，铸铁管直径d=150mm，管长I=180m，管路上装有吸水网（无底阀）一个，全开截止阀一个，管半径与曲率半径之比为r/R=0.5的弯头三个，高程h=100m，流量Q=225m3/h，水温为20℃。，试求水泵的输出功率。图5.1水泵管路

• 例5.1：水泵管路如图，铸铁管直径d=150mm， 管长l=180m，管路上装有吸水网（无底阀）一 个，全开截止阀一个，管半径与曲率半径之比为 r/R=0.5的弯头三个，高程h=100m，流量 Q=225m3/h，水温为20℃。 • 试求水泵的输出功率

Qsd8gK=cA/R(米3 /秒)3.462狐元4248g8g1=蔡西系数或24RC=c值可按巴甫洛夫斯基公式计算：n式中：R一水力半径（米）。适用范围0.1≤R≤3n一粗糙系数，视材料而定。y一与n及R有关的指数。y=2.5/n - 0.13 - 0.75/R(/n - 0.10)对于一般输水管道，常取y1/6。曼宁公式：R6C=-K可根据d、n查表选取n

c值可按巴甫洛夫斯基公式计算： • 式中：R—水力半径（米）。适用范围0.1≤R≤3 • n—粗糙系数，视材料而定。 • y—与n及R有关的指数。 • 对于一般输水管道，常取 y＝1/6。曼宁公式： • K可根据d、n查表选取。  8g c＝ 2 c 8g 蔡西系数 或 ＝ ( / ) d 3.462 4 d d 4 8g 1 K cA R 3 5 ＝ 2 米 秒    =  = y R n c 1 ＝ y＝2.5 n − 0.13 − 0.75 R( n − 0.10 ) 6 1 1 R n c =

1h,=公式可用以解决下列三类问题K?已知流量Q、管长、D管壁粗糙系数n、能量损失h，（或作用水头H）时，，可通过特性流量K求出管道直径d。（d需规格化）2）已知流量Q、管长和管径d时，可求出能量损失已知管长l、管径d和能量损失，可求出流量Q。3问题：图示两根完全相同的长管道，只是安装高度不同，两管道的流量关系为：CC.Qi=Q2;D.不定A.QQ2;

1）已知流量Q、管长l、管壁粗糙系数n、能量损失hf （或作用水头H）时，可通过特性流量K求出管道 直径d。（d需规格化） 2) 已知流量Q、管长l和管径d时，可求出能量损失。 3）已知管长l、管径d和能量损失，可求出流量Q。 问题：图示两根完全相同的长管道，只是安装高度不 同，两管道的流量关系为： A.Q1Q2； C.Q1=Q2； D.不定。 公式 2 2 f K Q l h ＝ 可用以解决下列三类问题： C

例5.2已知流量Q=250升/秒，管路长l=2500米，作用水头H=30米。如用新的铸铁管，求此管径是多少？250Q，得 K=解：由H=hr’h,==2283(升/秒）30HK?1V2500，取n=0.0111，查表5.2，当K=2283升／秒时：和400mm（K=2464）之间管径在350mm（K=1727）H30采用350mm管：Q=K1727=189（升/秒），流量不足12500H30=270(升/秒），流量满足，采用400mm管：Q=K=246412500水头有富余，管材消耗多。理想方案：350mm和400mm各用一部分（串联）

• 例5.2 已知流量Q＝250升/秒，管路长l＝2500米，作用 水头H＝30米。如用新的铸铁管，求此管径是多少？ • 解：由H＝hf， ，得 • 取n＝0.0111，查表5.2，当K＝2283升／秒时： • 管径在350mm（K＝1727）和400mm（K＝2464）之间 • 采用350mm管： ，流量不足 • 采用400mm管： ，流量满足， 水头有富余，管材消耗多。 • 理想方案：350mm和400mm各用一部分（串联）。 2 2 f K Q h l ＝ ＝ 2283(升/秒） 2500 30 250 H Q K = = l ＝ 189（升/秒） 2500 30 1727 H Q K = = l ＝ 270（升/秒） 2500 30 2464 H Q K = = l

5.2 管网的水力计算基础5.2.1 串联管路A-9293-9由直径不同的数段管子串联在l,d,2l2d2,Q2I.dg,OIa,dg,一起组成的管路。图5.3串联管路·流量：各段不一定相同，但每一段范围内不变。（可在每段末端分出）每一段都是简单管路整个管路总水头损失：：按长管计算Q,1Q, 1QH=h,=馆2KiK2合 K,K，若无分出流量，各段流量相同，则：：H=h=Q含

• 5.2.1 串联管路 • 由直径不同的数段管子串联在 • 一起组成的管路。 • 流量：各段不一定相同，但每一段范围内不变。（可 在每段末端分出） • ——每一段都是简单管路 • 整个管路总水头损失：按长管计算 • 若无分出流量，各段流量相同，则： 5.2 管网的水力计算基础 2 n n 2 n 2 2 2 2 2 2 1 1 2 1 n 1 2 i i 2 i f K Q K Q K Q K Q H h l l l l i  = + ++ = ＝ ＝ = n i 1 2 i 2 i f K H h Q l ＝ ＝

.5.2.2并联管路两条或两条以上的简单管道在同一点分出，又在另一点汇合的管路。如图，管段1、2、3为节点A、B间的并联管路，其在A、B间的水头损失相同。3 =Q1Q,12Q,1·即:hfAB=hn=h2=h3K2K3K,2·流量关系：Q=Q+Q2+Q3V注意：A、B间1、2、3管段的比能损失相等，各管段的Hg总机械能损失不一定相等B9AQ流量不同）。图5.4并联管路

•5.2.2 并联管路 •两条或两条以上的简单管道在同一点分出，又在另一 点汇合的管路。 •如图，管段1、2、3为节点A、B间的并联管路，其在 A、B间的水头损失相同。 •即：hfAB =hf1=hf2=hf3 •流量关系：Q=Q1+Q2+Q3 注意：A、B间1、2、3管段 的比能损失相等，各管段的 总机械能损失不一定相等 （流量不同）。 2 3 3 2 3 2 2 2 2 2 2 1 1 2 1 K Q l K Q l K Q l ＝ = =