当前课程知识点：水力学 > 第9章 孔口、管嘴出流有压管流 > 9.3 简单管道的恒定有压流 > 管道恒定有压流1
同学们好 今天我们来学习
孔口管嘴出流和有压管流的
第三部分 简单短管的恒定有压流
那么我们先来解释几个概念
第一个概念什么是有压流呢
大家都非常熟悉工程实践当中的
各种有压输水管
比如说水电站的引水压力隧洞
或者是输水管 以及水库的有压泄洪隧洞
或者是泄水管
还有供给生活和工农业用水的给水管网等等
那么这类管道在流动过程当中
整个断面均被液体所充满
也就说管道周界上
各点都会受到液体压强的作用
那么这一类的管道我们称为有压管
那么其中液体的流动就称为有压流动
那么有压流当中我们说各个过流断面上
这个周界上各点它的压强
一般是不等于大气压的
它有可能高于也有可能低于大气压
那么接下来我们再谈一个概念就是短管
我们知道由于有压管道沿程
是具有一定长度的
所以水头损失就包含了两部分
一个是沿程水头损失
一个是局部水头损失
那么工程上我们说为了简化计算
常将这两类水头损失
在总水头损失当中所占的比重的不同
而将管道分为长管和短管
那么所谓的长管是指管道当中的
沿程水头损失为主
也就是说沿程水头损失
可能要占到作用水头的95%以上了
这个时候的局部水头损失
以及这个流速水头所占的比重则很小
那么在计算当中通常可以忽略
这就是长管
那么短管呢 是指局部水头损失
和流速水头都具有相当的这个数值
比如说它们会大于沿程水头损失的
5%或者是10%
这个时候在计算过程当中不能忽略
那么这就是短管
那么我们再来说一下
简单管路和复杂管路
简单管路通常是指没有分支的
这种单根的管道非常简单
那么复杂管路呢是指两根
以上管道组合所构成的这样一个管系
比如说给水工程当中遍布了
整个供水区域的配水管网
这就是复杂管道
那么在这一节课当中
我们先来讨论简单短管的恒定有压流
并根据简单短管的出流情况
我们又分为自由出流和淹没出流
两种情况分别讨论
我们先看如果管道当中的液体
经出口之后流向大气的
我们这种情况就是自由出流的情况
我们看这时候管道出口的水股
它四周都是大气压力
那么对这类问题的研究
我们关注的还是它的出流能力
也就说它的流量到底是多少
那么这里我们说还要计算它的流量
所以还是要列它的能量方程
我们选取上游水池1断面
和有压管道的出口2断面作为控制断面
那么并以通过出口断面2
断面的形心点的水平面为基准面的话
我们可以列这样的一个能量方程
我们把这个能量方程
进行下面形式的改写
这里我们讲2断面的测压管水头
移到了等号的左边
那么等号的左边就表示了
上游的总水头和下游测压管水头之差
我们把这个差值定义成作用水头
这就是有压管道的作用水头
那么可见对于一个自由出流来说
这个作用水头是用于支付出口的速度水头
还有就是整个管道的全部的水头损失了
接下来我们将能量方程当中的
各项进行一下讨论
比如说出口断面
这个2断面上的测压管水头这一项
我们说我们用出口断面形心处的
这个所处水平面为基准面的话
而且出口断面又接着大气
所以2断面的测压管水头就等于零
如果我们忽略上游水池水流的行近速度的话
所以1断面上的速度水头也为零
那么1断面上的测压管水头呢
我们说应该等于从基准面算起
到这个上游水池的水面
那么这个大H这么多
那么其次我们将沿程水头损失
写成沿程水头损失公式带进去
把局部水头损失写成局部水头损失带进去
我们由这个能量方程
我们看就可以把方程当中的速度v给求出来了
那么我们从速度公式当中
可以看出速度跟作用水头的开根号是成正比的
那么有了管道内水流的流速了
乘上管道的截面积那就是它的流量了
这里我们定义了管系的流量系数
那么这个流量系数大家看根号下
里面这个1应该是动能修正系数的一个近似值
接下来 我们再看如果管道出口
是完全淹没在水面以下的
那么射流这个水股出口之后
会在下游水体当中逐渐地扩散
那么这就是淹没出流的情况了
那么我们下面再来分析淹没出流情况
这个有压管道它的流量会怎样变化呢
我们还是取上游水池和下游水池
当中1断面和3断面为参考断面
并以下游水池自由面
为基准面列它的能量方程
那么方程当中我们依然把3断面的
测压管水头移到等号左边来
那么这就表示了淹没出流情况下
有压管道左边的这个是它的作用水头了
那么作用水头还是完全支付于
有压管道内的速度水头和所有的损失
接下来 我们把能量方程当中的
各项进行细致的分析
我们这里忽略了上游水池和下游水池1断面
以及3断面的行近速度的话
那么我们看这个行近速度为零的话
那么它的速度水头就为零了
那么同样我们说把3断面处
下游水池的水面作为参考断面的话
那么这个测压管水头也为零了
所以现在就看上游水头1断面的
测压管水头就是应该是
这两个液面的水位差就是z了
那么同样我们将有压管道的沿程水头损失
那么用沿程水头损失的计算公式代进去
那么我们将局部水头损失拆开两部分
一部分是从1断面到有压管道的出口
2断面处所形成的所有的局部水头损失
另外一部分就是从2断面到下游水池
3断面的这个局部水头损失
我们知道这种情况的局部水头损失
就类似于突扩管路的这个局部水头损失
我们可以把突扩管路的
局部水头损失的计算公式带进去
我们看从这样的一个能量方程当中
就可以把速度给求出来了
那么同样我们说有了速度乘上
断面面积那就有了流量了
那么这里头也同样有一个管系的流量系数
大家看这个里头的管系的流量系数当中
根号下面的1
那么它就是应该从2断面
到3断面的这样的一个
局部水头损失系数近似得来的
那么我们已经讲到了
淹没出流和自由出流两种情况
我们对这两种情况进行一个比较
我们可以看出这两种情况的作用水头是不同的
对于自由出流的话它的总水头
应该是出口断面形心点以上的总水头
而淹没出流的总水头则是上下游总水头差
那么此外整个管系的流量系数是完全相同的
-水力学课程介绍
--水力学课程介绍
-1.1 流动性和连续介质假设
-1.1 流动性和连续介质假设--作业
-1.2 流体的主要物理性质
--粘滞性
--压缩性
--表面张力
-1.2 流体的主要物理性质--作业
-1.3 作用在流体上的力
--作用在流体上的力
-1.3 作用在流体上的力--作业
-1.4 小结
--小结
-第1章 绪论--课后作业
-2.0 序言
--序言
-2.1 流体静压强及其特性
--静压强
-2.1 流体静压强及其特性--作业
-2.2 流体平衡微分方程
--平衡微分方程
-2.2 流体平衡微分方程--作业
-2.3 重力场中液体静压强的分布
--静压强分布
-第2章 静力学--2.3 重力场中液体静压强的分布
-2.4 作用在平面上的液体总压力
--平面上液体总压力
-第2章 静力学--2.4 作用在平面上的液体总压力
-2.5 作用在曲面上的液体总压力
--曲面上液体总压力
-第2章 静力学--2.5 作用在曲面上的液体总压力
-2.6 液体的相对平衡
--液体相对平衡
-2.6 液体的相对平衡--作业
-2.7 实验一
--实验一
-2.8 小结
--小结
-第2章 静力学--课后作业
-3.0 序言
--序言
-3.1流体运动的描述方法
-3.1流体运动的描述方法--作业
-3.2 有关流体的几个基本概念
--基本概念01
--基本概念02
-3.2 有关流体的几个基本概念--作业
-3.3 流体微团运动的分析
--微团运动分析
-第3章 流体运动学--3.3 流体微团运动的分析
-3.4 连续性方程
--连续方程
-3.4 连续性方程--作业
-3.5 小结
--小结
-第3章 流体运动学--课后作业
-4.0 序言
--序言
-4.1 运动流体的应力状态
--应力状态
-第4章 流体动力学基础--4.1 运动流体的应力状态
-4.2 流体运动微分方程
--微分方程
-第4章 流体动力学基础--4.2 流体运动微分方程
-4.3 理想流体恒定元流的能量方程
-第4章 流体动力学基础--4.3 理想流体恒定元流的能量方程
-4.4 恒定总流的能量方程
-4.4 恒定总流的能量方程--作业
-4.5 恒定总流的动量方程
--恒定总流动量方程
-4.5 恒定总流的动量方程--作业
-4.6 实验二、实验三
--实验二
--实验三
-4.7 小结
--小结
-第4章 流体动力学基础--课后作业
-5.1 有旋流动
--有旋流动1
--有旋流动2
-第5章 有旋流动和有势流动--5.1 有旋流动
-5.2 有势流动
--有势流动
--有势流动2
-第5章 有旋流动和有势流动--5.2 有势流动
-5.3 平面势流及势流叠加原理
-5.3 平面势流及势流叠加原理--作业
-5.4 小结
--小结
-课后作业--作业
-6.0 序言
--序言
-6.1 流动阻力和能量损失的两种形式
-6.1 流动阻力和能量损失的两种形式--作业
-6.2 粘性流体的两种状态
-6.2 粘性流体的两种状态--作业
-6.3 沿程损失与切应力之间的关系
--沿程损失与切应力
-6.3 沿程损失与切应力之间的关系--作业
-6.4 圆管中的层流运动
--圆管中的层流
-6.4 圆管中的层流运动--作业
-6.5 紊流运动简介
--紊流运动简介1
--紊流运动简介2
-6.5 紊流运动简介--作业
-6.6 紊流沿程损失的分析与计算
--紊流沿程损失
-6.6 紊流沿程损失的分析与计算--作业
-6.7 管流的局部损失
--管流的局部损失
-6.7 管流的局部损失--作业
-6.8 实验四、实验五
-6.9 小结
--小结
-第6章 流动阻力和能量损失--课后作业
-7.0 序言
--序言
-7.1 量纲和谐原理
--量纲和谐原理
-7.1 量纲和谐原理--作业
-7.2 量纲分析法
--量纲分析法
-第7章 量纲分析和相似原理--7.2 量纲分析法
-7.3 流动相似原理
--流动相似原理
-7.3 流动相似原理--作业
-7.4 模型试验
--模型试验
-第7章 量纲分析和相似原理--7.4 模型试验
-7.5 小结
--小结
-课后作业--作业
-8.0 序言
--序言
-8.1 边界层的基本概念
--基本概念1
--基本概念2
-8.1 边界层的基本概念--作业
-8.2 边界层微分方程
--微分方程
-8.2 边界层微分方程--作业
-8.3 边界层的动量积分方程
--动量积分方程
-8.3 边界层的动量积分方程--作业
-8.4 边界层的分离现象
--分离现象
-8.4 边界层的分离现象--作业
-8.5 绕流阻力
--绕流阻力
-第8章 边界层理论基础与绕流运动--8.5 绕流阻力
-8.6 小结
--小结
-课后作业--作业
-9.0 序言
--序言
-9.1 孔口出流
--孔口出流
-9.1 孔口出流--作业
-9.2 管嘴出流
--管嘴出流
-第9章 孔口、管嘴出流有压管流--9.2 管嘴出流
-9.3 简单管道的恒定有压流
--管道恒定有压流1
--管道恒定有压流2
-第9章 孔口、管嘴出流有压管流--9.3 简单管道的恒定有压流
-9.4 简单长管的恒定有压流
-第9章 --9.4 简单长管的恒定有压流
-9.5 复杂长管的恒定有压流
-9.5 复杂长管的恒定有压流--作业
-9.6 管网中的恒定有压流计算基础
--管网恒定有压流
-第9章 --9.6 管网中的恒定有压流计算基础
-9.7 非恒定有压管流
--非恒定有压管流1
--非恒定有压管流2
-9.7 非恒定有压管流--作业
-9.8 小结
--小结
-第9章 孔口、管嘴出流有压管流--课后作业
-1.判断题--作业
-期末考试--2.填空题
-3.单项选择题--作业
-4.多项选择题--作业
