流體第5章管路管嘴(編輯修改稿)
2025-05-26 13:48 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 ?枝狀管網(wǎng) ?定義 ：管路在某點(diǎn)分出供水后不再匯合到一起 ， 呈一樹枝形狀 。 ?特征 ：枝狀管網(wǎng)的總長度較短 ， 建筑費(fèi)用較低 ， 但供水的可靠度差 。 ?應(yīng)用 ：如電廠的機(jī)組冷卻用水 。 管網(wǎng)的類型及水力計(jì)算 ?環(huán)狀管網(wǎng) ?定義 ：管路連成閉合環(huán)路 。 ?特征 ：管線的總長度較長 ， 供水的可靠度高 ，但這種管網(wǎng)需要管材較多 、 造價(jià)較高 。 ?應(yīng)用 ：一般比較大的 、 重要的用水單位 ， 例如城鎮(zhèn)的供水管網(wǎng) 。 管網(wǎng)的類型及水力計(jì)算 ? 管網(wǎng)中各管段的管徑：根據(jù)流量及平均流速來決定 。 ? 在一定的流量條件下，管徑的大小是隨著所選取平均速度大小而不同。 ? 如果管徑選擇 較小 時(shí)，管路造價(jià)較低，由于流速大而管路的水頭損失大，水泵的電耗大。 ? 如果管徑選擇 過大 ，由于流速小，減少了水頭損失，減少了水泵經(jīng)常運(yùn)營費(fèi)用，但是提高了管路造價(jià)。 ? 解決這個(gè)矛盾只有選擇適當(dāng)?shù)钠骄魉?，使得供水的總成本為最小，這種流速稱為 經(jīng)濟(jì)流速 ，用 Ve表示。經(jīng)濟(jì)流速的選擇可參閱有關(guān)書籍，以下經(jīng)驗(yàn)值供參考： d=100~400mm時(shí)， Ve=~ d=400~1000mm時(shí)， Ve=~ 枝狀網(wǎng)管的水力計(jì)算 ? 枝狀管網(wǎng)的水力計(jì)算主要是確定 管徑 和 水頭損失 ，并在此基礎(chǔ)上確定 水塔高度 。計(jì)算時(shí)從管路最末端支管起，逐段向干管起點(diǎn)計(jì)算，一般計(jì)算步驟如下： （ 1）根據(jù)已知流量和經(jīng)濟(jì)流速，按公式 ee vdAvQ 24???22KlQhf ?（ 2）依據(jù)選用的管徑，按公式 計(jì)算各管段直徑，然后按產(chǎn)品規(guī)格選用接近計(jì)算結(jié)果而又能滿足輸水要求的管徑。 計(jì)算各管段的水頭損失，同時(shí)按各用水設(shè)備的要求，在管網(wǎng)末端保留一定的壓強(qiáng)水頭。 枝狀網(wǎng)管的水力計(jì)算 （ 3）確定水塔的高度 H Benifi zzhhH ???? ??01（ ） ??ni fih10zBz式中， —— 從水塔到最不利點(diǎn)的總水頭損失； —— 最高的地形標(biāo)高； —— 水塔處的地形標(biāo)高。 ? 計(jì)算實(shí)例（略）。 環(huán)狀網(wǎng)管的水力計(jì)算 ? 在計(jì)算環(huán)狀管網(wǎng)時(shí)，首先根據(jù)地形圖確定管網(wǎng)的布置及確定各管段的長度，根據(jù)需要確定節(jié)點(diǎn)的流量。 ? 接著用 經(jīng)濟(jì)流速 決定各管段的通過流量，并確定各管段管徑及計(jì)算水頭損失。 ? 環(huán)狀管網(wǎng)的計(jì)算必須遵循下列 兩個(gè)原則 ： （ 1）在各個(gè)節(jié)點(diǎn)上流入的流量等于流出的流量。 0?? iQ0?? fih（ 2）在任一封閉環(huán)內(nèi)，水流由某一節(jié)點(diǎn)沿兩個(gè)方向流向另一節(jié)點(diǎn)時(shí)，兩方向的水頭損失應(yīng)相等。 孔口出流 ?孔 口 出 流 ?定義 ：容器側(cè)壁或底部開一孔 ， 孔的形狀規(guī)則 ， 液體自孔口流入另一部分流體中 。 ?分類 ?自由出流 ：液體經(jīng)孔口出流直接與大氣接觸 ?淹沒出流 ：出流進(jìn)入充滿液流的空間 ?孔口直徑小于孔口前水頭或孔口前后水頭差的十分之一 ，稱為 小孔口出流 ， 否則為 大孔口出流 。 ?當(dāng)孔口具有尖銳的邊緣 ， 且器壁厚度不影響孔口出流形狀和出流條件 ， 即壁厚 3時(shí) ， 稱為 薄壁孔口 。 壁厚 3的厚壁孔口則按管嘴出流考慮 ， 這將在下節(jié)中討論 。 薄壁小孔口定常出流 ? 分為小孔口自由出流和淹沒出流 . ? 小孔口自由出流 圖 薄壁小孔口自由出流 cc 斷面稱為收縮斷面，設(shè)收縮斷面的面積為 Ac，孔口的面積為 A，則 ε稱為收縮系數(shù)。 1???AAc 小孔口自由出流 ? 如圖 ，孔口中心的水頭保持不變，由于孔徑較小，可以認(rèn)為孔口各處的水頭都為 H。水流由各個(gè)方向向孔口集中射出，由于慣性的作用，液流的流線不能急劇改變而形成圓滑曲線，約在離孔口 d/2處的 cc 斷面收縮完畢后流入大氣。 ? 以過孔口中心的水平面 0‘ 0’為基準(zhǔn)面，寫出上游符合緩變流的 00 斷面及收縮斷面 cc 的能量方程 lccca hgvpgvpH +2++0=2++2200 ????（ ） ? cc 斷面的水流與大氣接觸，故 Pc = Pa。因孔口出流是在一極短的流程上完成的，可以只計(jì)流經(jīng)孔口的局部阻力，即 ， ζ為孔口出流的局部阻力系數(shù)。因?yàn)槭切】卓冢魉俜植季鶆?，可取a0 = a c= ，于是式（ ）可寫成 ? 因而 ? 令 ， 稱為流速系數(shù)； ， gvhh crl 2/== 2?gvgvgvgvH ccc2)1(22222220 ?? ?????)2(21 120gvHgvc ??? ?（ ） ?? ?? 11gvHH2200 ??? 小孔口自由出流 ? 則式（ ）成為 （ ） ? 因?yàn)樾薪魉?v0 很小，與 vc 相比可以忽略，因此 vc的近似計(jì)算公式為 （ ） ? 將式（ ）、（ ）代入流量公式 ，則 或 式中 ，為孔口出流的流量系數(shù)。 02 gHv c ??gHv c 2= ?ccvAQ =00 22 gHAgHAQ ??? ??gHAgHAQ 22 ??? ??（ ） （ ） ????? H0為考慮行近流速時(shí)的水頭，稱為作用水頭或有效水頭。 小孔口自由出流 ? 式（ ）、（ ）是薄壁小孔口定常水頭自由出流流量計(jì)算的基本關(guān)系式。 ? 表明 ：孔口出流能力與作用水頭 或 成正比，這個(gè)規(guī)律適用于任何形式的孔口出流。但隨著孔口形狀的不同，阻力不同，斷面收縮不同，則 與 將有所不同，亦即流量系數(shù) 不是常數(shù)。 ? 根據(jù)對(duì)薄壁圓形小孔口充分收縮時(shí)的實(shí)驗(yàn)可得： ， ， 則 0H H? ??~?? ~=?~?? ??? 小孔口自由出流 淹沒出流 ? 如圖 ，液體由孔口出流進(jìn)入充滿液流的空間，即孔口被液流淹沒。由于孔口斷面各點(diǎn)的水頭差 H是定值，所以淹沒出流無大、小孔口之分。 圖 孔口淹沒出流 ? 以過孔口中心的水平面作為基準(zhǔn)面，寫出符合緩變流條件的 11斷面和 22斷面的能量方程
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