第5章流體力學(xué)泵與風(fēng)機(jī)

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1、第五章孔口管嘴管路流動(dòng)§5.1孔口自由出流§5.2孔口淹沒(méi)出流§5.3管嘴出流§5.4簡(jiǎn)單管路§5.5管路的串聯(lián)與并聯(lián)§5.6管網(wǎng)計(jì)算基礎(chǔ)一、概念孔口小孔口大孔口管嘴§5.1孔口自由出流(厚壁孔口)共同點(diǎn)：（1）存在收縮斷面(約d/2處)；（2）只計(jì)局部損失出流的分類自由出流:淹沒(méi)出流:液體流入大氣液體流入液體空間二、薄壁小孔口恒定自由出流計(jì)算孔口面積:A收縮斷面面積:Ac容器面積:A1>>A對(duì)截面A-A和收縮斷面C-C列總流能量方程定義：H0稱為作用水頭自由出流時(shí)：定義流速系數(shù)：～流量：收縮系數(shù)

2、流量系數(shù)三、孔口位置的影響表征孔口出流性能的系數(shù):（1）收縮系數(shù)ε全部收縮完善收縮非完善收縮如：孔口a如：孔口b部分收縮只有部分周界收縮如：孔口c、d所有周界都收縮收縮系數(shù)ε流速系數(shù)流量系數(shù)μ非全部收縮流量系數(shù)經(jīng)驗(yàn)公式:式中μ-----全部收縮時(shí)孔口流量系數(shù)S-----未收縮部分周長(zhǎng)X-----孔口全部周長(zhǎng)C-----系數(shù),圓孔取0.13,方孔取0.15非完善收縮流量系數(shù)經(jīng)驗(yàn)公式：式中μ-----全部收縮時(shí)孔口流量系數(shù)A-----孔口面積A0-----孔口所在壁的全部面積注意：上式僅適用于壁面中心

3、位置的非完善收縮孔，局限性大。四、薄壁孔口非定常出流(補(bǔ)充內(nèi)容)孔口面積遠(yuǎn)小于容器截面面積時(shí)，液體的升降或壓強(qiáng)的變化緩慢，可按準(zhǔn)定常流處理。等截面容器令H2=0,得容器放空時(shí)間V---容器放空的體積Qmax---開(kāi)始出流時(shí)的最大流量11v1OOvCCCHH1H222§5.2孔口淹沒(méi)出流對(duì)截面1-1和收縮斷面2-2列總流能量方程定義：H0稱為作用水頭一、淹沒(méi)出流計(jì)算流量：收縮系數(shù)流速系數(shù)流量系數(shù)淹沒(méi)出流和自由出流比較（1）計(jì)算公式一樣，各項(xiàng)系數(shù)值相同，但要注意，流速系數(shù)含義不同；淹沒(méi)出流自由出流（2

4、）公式中作用水頭不一樣：自由出流淹沒(méi)出流若H0＝H若容器也是封閉的若，液面相對(duì)壓強(qiáng)為p0二、幾種工況1、壓力容器淹沒(méi)出流流量：2、氣體淹沒(méi)出流流量：三、應(yīng)用---孔板流量計(jì)流量：μ值見(jiàn)圖5-6問(wèn)題:孔板流量計(jì)不是水平放置呢?答案:用測(cè)壓管水頭差代入計(jì)算§5.3管嘴出流問(wèn)題:如果在孔口外連接一段l=(3~4)d的短管，稱為管嘴，H、d都一樣，問(wèn)過(guò)流能力是增加還是減少了？1、與孔口出流的不同:在管嘴內(nèi)流束先收縮,形成收縮斷面C－C，而后流束逐漸擴(kuò)展,充滿整個(gè)管嘴出流。在收縮斷面C－C前后，流股與管壁脫

5、離，形成漩渦區(qū)，并產(chǎn)生負(fù)壓，出現(xiàn)了管嘴的真空現(xiàn)象，促使出流流量增大一、圓柱形外管嘴出流2、出流計(jì)算對(duì)截面A-A和B-B列總流伯努利（能量）方程定義：H0稱為作用水頭流速：流量：銳緣進(jìn)口阻力系數(shù)作為管嘴阻力系數(shù)相當(dāng)于一般銳緣管道進(jìn)口的局部損失具體到圖5-8的條件，zA-zB=H，pA=pB=pa，vA≈0故H0=H3、收縮斷面的真空HOOAAvCBBdlCC列收縮斷面C-C和出口斷面B-B的能量方程突擴(kuò)損失由連續(xù)方程得代入上式得表明在收縮斷面的真空度是作用水頭的75%，管嘴的作用相當(dāng)于將孔口自由出流

6、的作用水頭增大了75%，從而管嘴流量大為增加。4、圓柱外管嘴的正常工作條件作用水頭H0越大，收縮斷面真空度也越大。當(dāng)收縮斷面真空度超過(guò)7m水柱時(shí)，空氣將會(huì)從管嘴出口斷面被“吸入”，使收縮斷面真空被破壞，管嘴不能保持滿管出流。由公式1、作用水頭2、管嘴長(zhǎng)度l=(3~4)d圓柱形外管嘴正常工作條件?管嘴長(zhǎng)度太長(zhǎng)，會(huì)由于沿程阻力使流量減少，太短不能形成滿流出流，則如孔口出流。故l=(3~4)d二、其它類型管嘴出流3、擴(kuò)張圓錐形管嘴(圖c)2、收縮圓錐形管嘴(圖b)1、流線性管嘴(圖a)流速系數(shù)φ流量系數(shù)

7、μ0.970.9630.42～0.450.970.943～0.42～0.45差別在φ、μ值(1)(2)(3)(4)(5)管路的種類:簡(jiǎn)單管路串聯(lián)管路并聯(lián)管路枝狀管路簡(jiǎn)單管路§5.4簡(jiǎn)單管路管道直徑和管壁粗糙度均相同的一根管子或這樣的數(shù)根管子串聯(lián)在一起的管道系統(tǒng)。環(huán)狀管路(2)-(5)屬?gòu)?fù)雜管道三類計(jì)算問(wèn)題（1）已知Q、l、d、?、K/d，求hf；（2）已知hf、l、d、?、K/d，求Q；（3）已知hf、Q、l、?、K，求d簡(jiǎn)單管道的水力計(jì)算是其它復(fù)雜管道水力計(jì)算的基礎(chǔ)。計(jì)算基本公式連續(xù)方程能量方程

8、(1)、(2)屬校核計(jì)算，(3)設(shè)計(jì)計(jì)算水頭損失第一類問(wèn)題的計(jì)算步驟（1）已知Q、l、d、?、K/d，求hfQ、l、d、?計(jì)算Re由Re、K/d查莫迪圖得?計(jì)算hf第二類問(wèn)題的計(jì)算步驟（2）已知hf、l、d、?、K/d，求Q；假設(shè)?由hf計(jì)算v、Re由Re、K/d查莫迪圖得?New校核?New?=?NewNY由v、d計(jì)算Q初始可假設(shè)?為粗糙區(qū)數(shù)值第三類問(wèn)題的計(jì)算步驟（3）已知hf、Q、l、?、K，求d。hfQl?K/d計(jì)算?與d的函數(shù)曲線假設(shè)?校核?New?=?NewNY計(jì)算d結(jié)束