孔口管嘴出流與有壓管流

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1、l 第 7章 孔 口 管 嘴 出 流 與 有 壓 管 流l 7.1 孔 口 出 流 （ 掌 握 ）l 7.2 管 嘴 出 流 （ 掌 握 ）l 7.3 短 管 的 水 力 計(jì) 算 （ 掌 握 ）l 7.4 長 管 的 水 力 計(jì) 算 （ 掌 握 ）l 7.5 有 壓 管 道 的 水 擊 （ 了 解 ）l 7.6 離 心 泵 的 原 理 和 選 用 （ 自 學(xué) ） l 7.1 孔 口 出 流l 在 容 器 壁 上 開 孔 ， 流 體 經(jīng) 孔 口 流 出 的 水 力 現(xiàn) 象 稱 為 孔 口出 流 ， 孔 口 出 流 損 失 只 計(jì) 局 部 損 失 。l 7.1.1薄 壁 小 孔 口 恒 定 出 流

2、l 孔 口 出 流 的 分 類l 1、 按 d/H的 比 值 大 小 分 為 ：l d/H0.1 大 孔 口l 2、 按 容 器 中 的 流 體 量 是 否 能 得 到 不 斷 補(bǔ) 充 分 為 ： 恒 定出 流 和 非 恒 定 出 流l 3、 按 孔 厚 度 及 形 狀 對(duì) 出 流 的 影 響 分 為 ： l 薄 壁 孔 口 ： 容 器 壁 厚 與 孔 口 直 徑 之 比 小 于 二 分 之 一 時(shí) ，水 流 與 孔 壁 僅 在 一 條 周 線 上 接 觸 ， 其 厚 度 對(duì) 流 動(dòng) 不 產(chǎn) 生顯 著 影 響 ， 經(jīng) 過 孔 口 的 出 流 形 成 射 流 狀 態(tài) l 厚 壁 孔 口 ： 若

3、孔 壁 厚 度 和 形 狀 促 使 流 股 收 縮 后 又 擴(kuò) 開 ，與 孔 壁 接 觸 形 成 面 而 不 是 線 l 4、 按 孔 口 是 否 流 入 大 氣 中 分 為 ： 自 由 出 流 和 淹 沒 出 流 l 7.1.1 薄 壁 小 孔 口 的 恒 定 出 流l 1、 自 由 出 流l 斷 面 1-1和 收 縮 斷 面 C-C， 列 能 量 方 程 l 考 慮 到 ：l 1） 小 孔 口 自 由 出 流 ， 則 有 ； l 2） 水 箱 中 的 微 小 水 頭 損 失 可 忽 略 不 計(jì) ，主 要 是 流 經(jīng) 孔 口 的 局 部 水 頭 損 失 。 則有 ： l 令 20 00 2H

4、 H g a cp p22cw j vh h g 2 20 0 02 2a c c c wp v p vH hg g g g 11自 由 出 流 l 代 入 得 ，l 孔 口 的 流 量 為 ：l 收 縮 系 數(shù) ： 是 指 收 縮 斷 面 面 積 與 孔 口 斷 面 面 積 之 比 ； l 作 用 水 頭 ， 水 面 至 孔 口 形 心 的 水 深 ,當(dāng) 時(shí) ，l 孔 口 局 部 水 頭 損 失 系 數(shù) ,l 流 速 系 數(shù) ,l 流 量 系 數(shù) , 0 01 2 2c c gH gH 0H 0.97 0.64 0.97 0.62 0.06 0.64 0 0 0H H0 02 2c cQ A

5、 A gH A gH AcA l 2、 淹 沒 出 流l 作 用 水 頭 ， 為 兩 水 頭 面 的 水 位 差 ； l 孔 口 局 部 水 頭 損 失 系 數(shù) ,l 水 流 自 收 縮 斷 面 突 然 擴(kuò) 大 的 局 部 水 頭 損 失 系 數(shù) ,l 流 速 系 數(shù)l 流 量 系 數(shù) ， 0 02 21 1 2 20 1 20 01 2 22 22 2c sec c gH gHH H H Hg gQ A A gH A gH 0H 0.64 0.97 0.62 se 0.97 0.06 1se 淹 沒 出 流 l 3 的 影 響 因 素l 1） 孔 口 形 狀 對(duì) 的 影 響 l 實(shí) 驗(yàn) 證

6、明 ， 對(duì) 于 小 孔 口 ， 不 同 形 狀 孔 口 的 流 量 系 數(shù) 影響 不 大 。l 2） 孔 口 邊 緣 情 況 對(duì) 的 影 響 l 孔 口 邊 緣 情 況 對(duì) 收 縮 系 數(shù) 會(huì) 有 影 響 ： l 薄 壁 孔 口 的 收 縮 系 數(shù) 最 小 （ ） ， 圓 邊 孔 口 收縮 系 數(shù) 較 大 ， 甚 至 等 于 1。 0.64 l 3 孔 口 出 流 的 各 項(xiàng) 系 數(shù)l 全 部 收 縮 孔 口 ： 當(dāng) 孔 口 的 全 部 邊 界 都 不 與 相 鄰 的容 器 底 邊 和 側(cè) 邊 重 合 時(shí) ， 孔 口 出 流 時(shí) 的 四 周 流 線都 發(fā) 生 收 縮 ， 這 種 孔 口 稱 為

7、 全 部 收 縮 孔 口 (如 A, B)。 否 則 稱 為 部 分 收 縮 （ 如 C,D） 。 l 全 部 收 縮 孔 口 又 分 完 善 收 縮 和 不 完 善 收 縮 。l 全 部 完 善 收 縮 ： 凡 孔 口 與 相 鄰 壁 面 的 距 離 大 于 同方 向 孔 口 尺 寸 的 3倍 （ L3a或 L3b） ， 孔 口 出 流的 收 縮 不 受 距 壁 面 遠(yuǎn) 近 的 影 響 ， 這 就 是 完 善 收 縮(如 A)， 各 項(xiàng) 系 數(shù) 如 表 7-1。 l 全 部 不 完 善 收 縮 ： 不 滿 足 上 述 條 件 的 孔 口 出 流 為不 完 善 收 縮 (如 B)。 l 7.1

8、.2 孔 口 的 變 水 頭 出 流l 孔 口 出 流 過 程 中 ， 容 器 內(nèi) 水 位 隨 時(shí) 間 變 化 ， 導(dǎo) 致 孔 口 的流 量 隨 時(shí) 間 變 化 的 流 動(dòng) ， 稱 為 孔 口 的 變 水 頭 出 流 。 21 1 212 m ax1 22 2 2 ( )2 22 20, 2H H dV Qdt A ghdtdV FdhA ghdt FdhF dhdt A g hF dh Ft H HA g h A gFH Vif H t QA gH 某 時(shí) 刻 容 器 中 水 面 高 度 為 h， 微 小 時(shí) 段 dt內(nèi) ， 孔 口 自 由出 流 時(shí) 體 積 的 變 化 量 ： 該 時(shí) 段

9、容 器 減 少 的 體 積 為 : 變 水 頭 出 流 l 例 7.1 貯 水 罐 底 面 積 ， 貯 水 深 4m， 由 于 銹 蝕 ，距 罐 底 0.2m處 形 成 一 個(gè) 直 徑 為 5mm的 孔 洞 ， 試 求 ： （ 1）水 位 恒 定 ， 一 晝 夜 的 漏 水 量 ； （ 2） 因 漏 水 水 位 下 降 ， 一晝 夜 的 漏 水 量 。l 解 ： （ 1） 水 位 恒 定 ， 一 晝 夜 的 漏 水 量 可 按 薄 壁 孔 口 恒定 自 由 出 流 計(jì) 算 ， 代 入 公 式l 其 中 l 所 以 6 6 36 30.62 19.63 10 2 9.8 3.8 105.03 1

10、0 m /s105.03 10 24 3600 9.07mQV Qt 2Q A gH 2 6 210.62 19.63 10 m4 0.2 3.8mdAH H 3m 2m l 解 ： （ 2） 因 漏 水 水 位 下 降 ， 一 晝 夜 的 漏 水 量 按 孔 口變 水 頭 出 流 計(jì) 算l 其 中l(wèi) 所 以 解 得 l 因 此 一 晝 夜 的 漏 水 量 為 ： 2 2.44mH 22 6 210.62, 6m , 24 360019.63 10 m4 0.2 3.8mF tdAH H 21 1 22 ( )2 2HH F dh Ft H HA g h A g 31 2( ) 8.16mV

11、H H F l 7.2 管 嘴 出 流l 在 孔 口 周 邊 連 接 一 長 為 3 4倍 孔 徑 的 短 管 ， 水 經(jīng) 過 短管 并 在 出 口 斷 面 滿 管 流 出 的 水 力 現(xiàn) 象 ， 稱 為 管 嘴 出 流 。l 7.2.1 圓 柱 形 外 管 嘴 恒 定 出 流 l 在 相 同 水 頭 的 作 用 下 ， 同 樣 斷 面 面 積 的 管 嘴 的 過 流能 力 是 孔 口 的 1.32倍 。 2 2 20 0 20 00 0 00 0( 0.5)2 2 221 2 22 21 0.821 0.5 n nnnn nn nH g g gH H g gH gHQ A A gH A gH

12、 0H 管 嘴 的 局 部 水 頭 損 失 系 數(shù) l 7.2.2 圓 柱 形 外 管 嘴 的 真 空 （ cc和 出 口 斷 面 11的 伯努 利 方 程 ）2 2 22 2 22 2 2222 2 0 2 2 0 022 2 22 2 21 1, ( 1) ( 1)1 ( 1) 22 1, 0.64, 0.821 1 1 ( 1) 0.82 0.750.64 0.64c c c a sev a c c c sec se cv cnc nvp pg g g g gp p pg g g g g gAApg gHgp H Hg l 圓 柱 形 管 嘴 收 縮 斷 面 處 真 空 度 可 達(dá) 作

13、用 水 頭 的 0.75倍 。相 當(dāng) 于 把 管 嘴 的 作 用 水 頭 增 大 了 75%。 這 就 是 相 同 直 徑 、相 同 作 用 水 頭 下 的 圓 柱 形 外 管 嘴 的 流 量 比 孔 口 大 的 原因 。 l 7.2.3 圓 柱 形 外 管 嘴 的 正 常 工 作 條 件l （ 1） 作 用 水 頭 ， 這 是 因 為 當(dāng) 收 縮 斷 面 的 真 空高 度 超 過 7m水 柱 時(shí) ， 空 氣 會(huì) 被 吸 入 ， 管 嘴 不 能 保 持 滿管 出 流 ；l （ 2） 管 嘴 長 度 ,如 果 管 嘴 長 度 太 短 ， 不 能形 成 真 空 ， 如 果 管 嘴 長 度 太 長

14、， 則 要 計(jì) 入 沿 程 水 頭 損失 ， 成 為 了 短 管 而 非 管 嘴 。 0 9H m(3 4)l d 0 7/0.75 9H m l 7.3 短 管 水 力 計(jì) 算l 有 壓 管 道 分 為 短 管 和 長 管 。 短 管 是 沿 程 水 頭 損 失 和 局 部 水頭 損 失 都 不 可 忽 略 的 管 道 ； 長 管 是 指 水 頭 損 失 以 沿 程 水 頭損 失 為 主 ， 忽 略 流 速 水 頭 和 局 部 水 頭 損 失 的 管 道 。l 7.3.1 基 本 公 式l 1.自 由 出 流 0 00 20 00 1 2 22 12cc gHld AQ A gHldA gH

15、ldH H Hg l 2.淹 沒 出 流 l 其 中 含 有 管 道 出 口 水 頭 損 失 系 數(shù) 0 000 1 21 2 22 1cc gHld AQ A gHldA gH cldH H H 1 l 7.3.2 水 力 計(jì) 算 問 題 l 1. 已 知 作 用 水 頭 、 管 道 長 度 、 直 徑 ， 管 材 （ 管 道 壁 面的 粗 糙 情 況 ） ， 局 部 阻 礙 的 組 成 ， 求 流 量 。 l 2. 已 知 流 量 ， 管 道 長 度 、 直 徑 ， 管 材 （ 管 道 壁 面 的 粗糙 情 況 ） ， 局 部 阻 礙 的 組 成 ， 求 水 頭 。 l 3.已 知 流 量

16、 ， 作 用 水 頭 ， 管 道 長 度 、 管 材 （ 管 道 壁 面的 粗 糙 情 況 ） ， 局 部 阻 礙 的 組 成 ， 求 直 徑 。l 一 、 虹 吸 管 的 水 力 計(jì) 算 （ 例 7-2） l 由 于 虹 吸 管 一 部 分 管 段 高 出 上 游 水 面 ， 必 然 存 在 真 空 段 。真 空 的 存 在 將 使 溶 解 在 水 中 的 空 氣 分 離 出 來 。 隨 著 真 空度 的 增 大 ， 分 離 出 來 的 空 氣 量 會(huì) 急 驟 增 加 。 工 程 上 ， 為保 證 虹 吸 管 能 通 過 設(shè) 計(jì) 流 量 ， 一 般 限 制 管 中 最 大 真 空 度不 超

17、過 允 許 值 hv=7 8.5m水 柱 )。 以 避 免 氣 蝕 破 壞 。這 是 虹 吸 管 正 常 過 流 的 工 作 條 件 。 l （ 1） 虹 吸 管 的 流 量 （ 如 圖 按 短 管 淹 沒 出 流 計(jì) 算 ）l 流 速l 流 量 ： l （ 2） 最 大 真 空 高 度 （ 列 11、 cc斷 面 伯 努 利 方 程 ）l 即 1 21 2 31 2 1 2ABe b b b cgHld 24dQ 2 22 21 1( ) 2 2a c ACc cp p lv vz zg g d g 22m ax 1 7 8.5m2ACv s vcl vh h hd g 最 大 超 高 l

18、*例 7-2 用 虹 吸 管 自 鉆 井 輸 水 至 集 水 池 如 圖 所 示 。 虹吸 管 長 ， 直徑 。 鉆 井 至 集 水 池 間 的 恒 定 水 位 高 差 。 又 已 知 沿 程 阻 力 系 數(shù) ， 管路 進(jìn) 口 、 120 彎 頭 、 90 彎 頭 及 出 口 處 的 局 部 阻 力系 數(shù) 分 別 。 l 試 求 ： (1)虹 吸 管 的 流 量 Q；l (2)若 虹 吸 管 頂 部 B點(diǎn) 安 裝 高 度 hB=4.5米 ， 校 核 其 真空 度 是 否 滿 足 hv =7 8m。1.60mH 1 2 3 40.5, 0.2, 0.5, 1 30m 40m 70mAB BCl

19、l l 200m md 0.03 l 解 ： 短 管 淹 沒 出 流 計(jì) 算l (1)流 速l 流 量 為 ： 2 2 3 1 21 2 9.8 1.6700.03 2.20.201.57m /s1 0.2 1.57 0.0493m /s4 4 gHldQ d v 0.03 l (2)最 大 真 空 高 度 為 l 所 以 虹 吸 管 高 度 hs=4.5m時(shí) ， 虹 吸 管 可 以 正 常 工 作 。22 2 v230 1.574.5+ 1 0.03 0.5+0.2+0.5 5.25m h =7-8m0.2 2 9.8ABv B ABlh h d g l 二 、 水 泵 吸 水 管 的 水

20、力 計(jì) 算 （ 例 7-3）l 水 泵 的 工 作 原 理 ： 通 過 水 泵 轉(zhuǎn) 輪 旋 轉(zhuǎn) ， 在 泵體 進(jìn) 口 造 成 真 空 ， 水 體 在 大 氣 壓 作 用 下 經(jīng) 吸水 管 進(jìn) 入 泵 體 ， 水 流 在 泵 體 內(nèi) 旋 轉(zhuǎn) 加 速 ， 獲得 能 量 ， 再 經(jīng) 壓 水 管 進(jìn) 入 水 塔 。l 1、 水 泵 吸 水 管 由 取 水 點(diǎn) 至 水 泵 進(jìn) 口 的 管 道稱 為 吸 水 管 。 吸 水 管 長 度 一 般 較 短 而 管 路 配件 多 ， 局 部 水 頭 損 失 不 能 忽 略 ， 所 以 通 常 按短 管 計(jì) 算 。 吸 水 管 的 水 力 計(jì) 算 主 要 是 確

21、定 水泵 的 允 許 安 裝 高 度 H S和 過 流 能 力 Q。 l 取 吸 水 池 水 面 1-1和 水 泵 進(jìn) 口 2-2斷 面 列 伯 努 利 方 程 ，并 忽 略 吸 水 池 流 速 ， 得l 式 中 ：l 水 泵 安 裝 高 度 l 水 泵 進(jìn) 口 斷 面 真 空 高 度l 吸 水 管 沿 程 摩 阻 系 數(shù)l 吸 水 管 各 項(xiàng) 局 部 水 頭 損 失 系 數(shù) 之 和 。l 水 泵 進(jìn) 口 處 的 真 空 度 是 有 限 制 的 。22 2 22 22 2a s was w vp p vH hg g gp p v l vH h hg g d g 2av p ph gvh sH

22、l 當(dāng) 進(jìn) 口 壓 強(qiáng) 降 低 至 該 溫 度 下 飽 和 的 蒸 汽 壓 強(qiáng) 時(shí) ， 水 因 氣 化而 生 成 大 量 氣 泡 。 氣 泡 隨 著 水 流 進(jìn) 入 泵 內(nèi) 高 壓 部 位 ， 因 受壓 縮 而 突 然 潰 滅 ， 周 圍 的 水 便 以 極 大 的 速 度 向 氣 泡 潰 滅 點(diǎn)沖 擊 ， 在 該 點(diǎn) 造 成 高 達(dá) 數(shù) 百 大 氣 壓 以 上 的 壓 強(qiáng) 。 這 種 集 中在 極 小 面 積 上 的 強(qiáng) 大 沖 擊 力 如 發(fā) 生 在 水 泵 部 件 的 表 面 ， 就會(huì) 使 部 件 很 快 損 壞 。 這 種 現(xiàn) 象 稱 為 空 蝕 。 為 了 防 止 空 蝕 發(fā)生 ，

23、通 常 水 泵 廠 由 實(shí) 驗(yàn) 確 定 水 泵 進(jìn) 口 的 允 許 真 空 度 hv。作 為 水 泵 的 性 能 指 標(biāo) 之 一 。l 當(dāng) 水 泵 進(jìn) 口 斷 面 真 空 度 等 于 允 許 真 空 度 h v 時(shí) ， 就 可 根據(jù) 抽 水 量 和 吸 水 管 道 情 況 ， 按 上 式 確 定 水 泵 的 允 許 安 裝 高度 和 流 量 ， 即 22s v l vH h d g 1 2 v sQ A g h Hld l 例 7-3 圖 中 所 示 離 心 泵 實(shí) 際 抽 水 量 Q=8.1L/s， 吸 水 管 長度 l=7.5m， 直 徑 d=100mm， 沿 程 阻 力 系 數(shù) =0.0

24、45， 局部 阻 力 系 數(shù) ： 帶 底 閥 的 濾 水 管 1=7.0， 彎 管 2=0.25。如 允 許 真 空 度 hv =5.7m， 試 決 定 其 允 許 安 裝 高 度 Hs。l 解 ： 由l 式 中 局 部 阻 力 系 數(shù) 總 和 l 管 中 流 速 l 將 各 值 代 入 上 式 得 22s v l vH h d g 7+0.25=7.25 27.5 1.035.7 1 0.045 7.25 5.07m0.1 2 9.8sH 32 24 4 8.1 10 1.03m /s0.1Qd l 三 、 短 管 直 徑 計(jì) 算 （ 例 7-4）l 管 道 直 徑 的 計(jì) 算 ， 最 后

25、化 簡 為 解 算 高 次 代 數(shù) 方 程 ，難 以 由 方 程 直 接 求 解 ， 一 般 采 用 試 算 法 ， 更 適 于 編程 電 算 。l 例 7-4 圓 形 有 壓 涵 管 (如 圖 )， 管 長 50m， 上 下 游 水 位差 H=3m， 各 項(xiàng) 阻 力 系 數(shù) ： 沿 程 =0.02， 進(jìn) 口 e=0.5、 轉(zhuǎn) 彎 b=0.55、 出 口 0=1， 如 要 求 涵 管 通過 流 量 ， 確 定 管 徑 。 32.9m /sQ l 解 以 下 游 水 面 為 基 準(zhǔn) 面 ， 對(duì) 1-1、 2-2斷 面 建 立 伯 努 利方 程 ， 忽 略 上 下 游 流 速 ， 得l 即l 代

26、入 已 知 各 數(shù) 值 ， 簡 化 得l 用 試 算 法 求 d， 設(shè) d=1.0m代 入 上 式 l 采 用 規(guī) 格 管 徑 d=1.0m.0 0 0 wH h 20 21 42 2w e bl QH h d g d 2.5 1 1.81 1 0.696 0 52.5 1.81 0.696 0d d l 7.4 長 管 水 力 計(jì) 算l 7.4.1 簡 單 管 路l 沿 程 直 徑 不 變 ， 流 量 也 不 變 的 管 道 為 簡 單 管 路 。 簡 單管 路 的 計(jì) 算 是 一 切 復(fù) 雜 管 路 水 力 計(jì) 算 的 基 礎(chǔ) 。 l 以 通 過 管 路 出 口 斷 面 2-2形 心 的

27、水 平 面 為 基 準(zhǔn) 面 ， 水 池中 取 符 合 漸 變 流 的 斷 面 1-1。 對(duì) 斷 面 1-1和 2-2建 立 伯 努利 方 程 式 ， 得l 長 管 中 ， 沿 程 局 部 水 頭 損 失 與 流 速 水 頭 可 以 忽 略 不 計(jì) ,上 述 方 程 就 簡 化 為 。 l 長 管 全 部 作 用 水 頭 都 消 耗 于 沿 程 水 頭 損 失 。 流 速 水 頭可 以 忽 略 不 計(jì) ,因 此 總 水 頭 線 與 測 壓 管 水 頭 線 重 合 。 2 21 1 2 202 2 f jv vH h hg g w fH h h jhgv2 222 l 因 此l 引 入 比 阻 的

28、 概 念 ： (比 阻 取 決 于 沿 程 摩 阻 系 數(shù) 和 管 徑 )l 則l 土 木 工 程 中 ， 通 常 采 用 謝 才 公 式 計(jì) 算 沿 程 摩 阻 系 數(shù) ， 即 l 所 以l 按 上 式 編 制 出 水 管 通 用 比 阻 計(jì) 算 表 （ 表 7-3） 用 于 查 表計(jì) 算 。 22 2 22 54( ) 82 2Ql l dH lQd d g d 2 62 58 (s /m )a d g1/6 1/62 1/3 222 1/3 1/31/61 18 ( /4)8 8 8 4 12.6991( /4)C g R dn ng g gn gnC d ddn 22 5 5.338

29、10.3na d g d 2H alQ l 阻 抗 *：l 流 量 模 數(shù) *： l 例 7-5 由 水 塔 向 工 廠 供 水 ， 采 用 鑄 鐵 管 。 管 長 2500m，管 徑 350mm。 水 塔 處 地 面 標(biāo) 高 1=61m， 水 塔 水 面 距 地面 高 度 H1=18m， 工 廠 地 面 標(biāo) 高 2=45m， 管 路 末 端 需 要的 自 由 水 頭 H2=25m， 求 通 過 管 路 的 流 量 。3221 (m /s)K aQ lH K 2 52 (s /m )S alH SQ l 解 以 海 拔 水 平 面 為 基 準(zhǔn) 面 ， 在 水 塔 水 面 與 管 路 末 端 間

30、 列長 管 的 伯 努 利 方 程 ：l 則 管 路 末 端 的 作 用 水 頭 H便 為 l 比 阻 查 表 7-3， 得 350mm鑄 鐵 管l (查 表 6-3， 得 )的 比 阻 l 代 入 式 ， 解 得9mfH h 1 21 2( 1) 0 0 ( 2 ) 0( 1) ( 2 ) 9m ffH H hh H H 2 60.471 (s /m )a 0.013n 39 0.087m /s0.471 2500HQ al 2H alQ l 例 7-6 上 題 中 ， 管 線 布 置 、 地 面 標(biāo) 高 及 供 水 點(diǎn) 需 要 的 自由 水 頭 都 不 變 ， 供 水 量 增 至 100L

31、/s， 試 不 求 管 道 直 徑 。l 解 作 用 水 頭 不 變 ， 則l 比 阻l 比 阻 查 表 7-3， 有 l 可 知 所 需 管 徑 介 于 之 間 ， 但 無 此 種 規(guī) 格 產(chǎn) 品 。 因 而只 能 采 用 較 大 的 管 徑 。 這 樣 將 浪 費(fèi) 管 徑 。 合理 的 辦 法 是 用 兩 段 不 同 直 徑 的 管 道 （ 400mm和 350mm） 串聯(lián) 。 9mH 400m md 2 62 29 0.36(s /m )2500 0.1Ha lQ 2 61 2 62 400m m 0.23s /m350m m 0.471s /md ad a 1 2,d d l 7.4.

32、2 串 聯(lián) 管 道 l 串 聯(lián) 管 道 ： 由 直 徑 不 同 的 幾 段 管 段 順 次 連 接 而 成 的 管道 稱 為 串 聯(lián) 管 道 。 適 用 于 沿 管 線 向 幾 處 供 水 的 情 況 。因 有 流 量 分 出 ， 沿 程 流 量 減 少 ， 所 采 用 的 管 徑 也 相 應(yīng)減 小 。 l 設(shè) 串 聯(lián) 管 路 各 管 段 長 度 、 直 徑 、 流 量 和 各 管 段 末 端 分出 的 流 量 分 別 用 、 、 和 表 示 。il iQid iq l 串 聯(lián) 管 路 的 流 量 計(jì) 算 應(yīng) 滿 足 連 續(xù) 性 方 程 。 將 有 分 流 的 兩管 段 的 交 點(diǎn) (或 者

33、說 三 根 或 三 根 以 上 管 段 的 交 點(diǎn) )稱 為 節(jié)點(diǎn) ， 則 流 向 節(jié) 點(diǎn) 的 流 量 等 于 流 出 節(jié) 點(diǎn) 的 流 量 ， 即l 串 聯(lián) 管 路 各 管 段 雖 然 焊 接 在 一 個(gè) 管 路 系 統(tǒng) 中 ， 但 因 各 管段 的 管 徑 、 流 量 、 流 速 互 不 相 同 ， 所 以 應(yīng) 分 段 計(jì) 算 其 沿程 水 頭 損 失 。 則 串 聯(lián) 管 路 總 水 頭 損 失 等 于 各 管 段 水 頭 損失 之 和 .l 當(dāng) 節(jié) 點(diǎn) 無 流 量 分 出 ( )， 則 有 l 串 聯(lián) 管 路 水 力 計(jì) 算 的 基 本 公 式 ， 可 用 以 解 算 Q、 H、 d三 類

34、問 題 。l 串 聯(lián) 管 路 的 測 壓 管 線 與 總 水 頭 線 重 合 ， 整 個(gè) 管 道 的 水 頭線 呈 折 線 形 。 這 是 因 為 各 管 段 流 速 不 同 其 水 力 坡 度 也 各不 相 等 。 2 21 1 1n n nfi i i i i ii i iH h alQ S Q 1i i iQ q Q 2 1n i iiH Q al 1 2 iQ Q Q l 例 7-7 在 例 7-6中 ， 為 了 充 分 利 用 水 頭 和 節(jié) 省 管 材 ， 采 用400mm和 350mm兩 種 管 徑 的 管 路 串 聯(lián) ， 求 每 段 管 路 的 長 度 。l 解 設(shè) 直 徑 4

35、00mm的 管 段 長 ， 350mm的 管 段 長 。 由表 7-3查 得 l 由 式 l 解 得 2 2 21 1 2 2 1 1 2 113 (2500 )0.1(m /s)n i iiH Q al al a l Q al a l QQ 12 1151.45m1348.55mll 2 61 2 62 400m m 0.23s /m350m m 0.471s /md ad a 2l1l l 7.4.3 并 聯(lián) 管 道 l 并 聯(lián) 管 道 ： 兩 條 或 兩 條 以 上 的 管 道 同 在 一 處 分 出 ， 又 在另 一 處 匯 合 ， 這 種 組 合 而 成 的 管 道 為 并 聯(lián) 管

36、道 。 l 并 聯(lián) 管 段 一 般 按 長 管 計(jì) 算 。 并 聯(lián) 管 路 的 水 流 特 點(diǎn) 在 于 液 體通 過 所 并 聯(lián) 的 任 何 管 段 時(shí) 其 水 頭 損 失 皆 相 等 。 在 并 聯(lián) 管 段AB間 ， A點(diǎn) 與 B點(diǎn) 是 各 管 段 所 共 有 的 ， 如 果 在 A、 B兩 點(diǎn) 安 置測 壓 管 ， 每 一 點(diǎn) 都 只 可 能 出 現(xiàn) 一 個(gè) 測 壓 管 水 頭 ， 其 測 壓 管水 頭 差 就 是 AB間 的 水 頭 損 失 ， 即 fABfff hhhh 432 l 每 個(gè) 單 獨(dú) 管 段 都 是 簡 單 管 路 ， 用 阻 抗 和 流 量 表 示 可 寫 成 l 另

37、外 ， 并 聯(lián) 管 路 的 各 管 段 直 徑 、 長 度 、 粗 糙 度 可 能 不 同 ，因 而 流 量 也 會(huì) 不 同 。 但 各 管 段 流 量 分 配 也 應(yīng) 滿 足 節(jié) 點(diǎn) 流 量平 衡 條 件 ， 即 流 向 節(jié) 點(diǎn) 的 流 量 等 于 由 節(jié) 點(diǎn) 流 出 的 流 量 。 l 對(duì) 節(jié) 點(diǎn) Al 對(duì) 節(jié) 點(diǎn) B l 例 7-8 三 根 并 聯(lián) 鑄 鐵 管 路 ， 由 節(jié) 點(diǎn) A分 出 ， 并 在 節(jié) 點(diǎn) B重 新會(huì) 合 。 已 知 總 流 量 Q=0.28m3/s， =500m, =300m， =800m, =250mm， =1000m, =200mml 求 并 聯(lián) 管 路 中 每

38、 一 管 段 的 流 量 及 水 頭 損 失 。 1 1 2 3 4Q q Q Q Q 2 3 4 5 2Q Q Q Q q 2 2 22 2 3 3 4 4S Q S Q S Q 1l2l 1d2d 3l 3d2 2 22 2 2 3 3 3 4 4 4a l Q a l Q a l Q l 解 并 聯(lián) 各 管 段 的 比 阻 由 表 7-3查 得 l 由 能 量 方 程 得l 即l 則 2 2 21 1 1 2 2 2 3 3 3a l Q a l Q a l Q 2 2 21 2 31.07 500 =2.83 800 =9.3 1000Q Q Q 1 3 32 3 39.3 1000

39、4.1691.07 5009.3 1000 2.0272.83 800Q Q QQ Q Q 2 61 1 2 62 2 2 63 3=300m , 1.07s /m=250m , 2.83s /m=200m , 9.30s /md ad ad a l 由 連 續(xù) 性 方 程l 所 以 l AB間 水 頭 損 失 為 33 31 32 0.04519m /s 45.19L/s0.1896m /s 189.6L/s0.0916m /s 91.6L/sQQQ 1 2 3 3 3(4.169 2.027 1) 6.196Q Q Q Q Q Q 2 2 2 21 1 1 2 2 2 3 3 3 9.3

40、1000 0.04519 19mfABh alQ a l Q a l Q l 7.4.4 沿 程 均 勻 泄 流 管 路 l 沿 著 管 長 從 側(cè) 面 不 斷 連 續(xù) 向 外 泄 出 的 流 量 ， 稱 為 途 泄流 量 。 管 段 每 單 位 長 度 上 的 流 量 均 相 等 ， 這 種 管路 稱 為 沿 程 均 勻 泄 流 管 路 。l 設(shè) 沿 程 均 勻 泄 流 管 路 管 長 為 ，l 直 徑 為 ， 總 途 泄 流 量 ， 末l 端 泄 流 傳 輸 流 量 為 。 通 過 某l 斷 面 的 流 量 等 于 管 段 的 傳 輸 流l 量 與 該 斷 面 以 后 的 總 途 泄 流

41、量l 之 和 ， 即 ： l 水 頭 損 失 按 簡 單 管 道 計(jì) 算 :2 20 , 0.55f c c c z th A lQ SQ Q Q Q tx z t QQ Q Q xl 210, 3z f tQ h SQ 2 22 2 2 2 2130 ( )( ) ( ) ( 0.55 )tf x z tl tf z t z z t t z t cQdh aQ dx a Q Q x dxlQh a Q Q x dx al Q Q Q Q al Q Q alQl 折 算 流 量ld tQtQ zQ l 例 7-9 圖 中 ， 由 水 塔 供 水 的 輸 水 塔 ， 有 三 段 鑄 鐵 管 組

42、成 ，中 段 為 均 勻 泄 流 管 段 。 已 知 ： l1=300m， d1=200mm，l2=150m， d2=150mm， l3=200m， d3=100mm， 節(jié) 點(diǎn) B分 出流 量 q=0.01m3/s， 途 泄 流 量 Qt=0.015m3/s， 傳 輸 流 量Qz=0.02m3/s， ， 沿 程 阻 力 系 數(shù) ， 局 部 阻 力 不 計(jì) ， 求 需 要的 水 塔 高 度 （ 作 用 水 頭 ） 。 l 解 ： 首 先 將 途 泄 流 量 轉(zhuǎn) 換 為 傳 輸 流 量 ： l 各 管 段 的 流 量 為 ： l 整 個(gè) 管 路 由 三 管 段 串 聯(lián) 而 成 ， 因 而 作 用

43、水 頭 等 于 各 管段 水 頭 損 失 之 和 。 2 2 21 1 1 2 2 2 3 3 31 2 2 29.3 300 (0.045) +43 150 (0.028) +375 200 (0.02)40.17mn fiiH h alQ a l Q a l Q l 7.5 有 壓 管 道 中 的 水 擊l 非 恒 定 流 主 要 表 現(xiàn) 為 壓 強(qiáng) 和 液 體 密 度 的 變 化 和 傳 播 。 l 7.5.1 水 擊 現(xiàn) 象l 在 有 壓 管 道 系 統(tǒng) 中 ， 由 于 某 一 管 路 中 的 部 件 工 作 狀 態(tài)的 突 然 改 變 ， 就 會(huì) 引 起 管 內(nèi) 液 體 流 速 的 急

44、 劇 變 化 ， 同時(shí) 引 起 液 體 壓 強(qiáng) 大 幅 度 波 動(dòng) ， 這 種 現(xiàn) 象 稱 為 水 擊 又 稱為 水 錘 。 水 擊 引 起 的 壓 強(qiáng) 升 高 ， 可 達(dá) 管 道 正 常 工 作 壓強(qiáng) 的 幾 十 倍 甚 至 幾 百 倍 ， 這 種 大 幅 度 的 壓 強(qiáng) 波 動(dòng) ， 往往 引 起 管 道 強(qiáng) 烈 振 動(dòng) ， 閥 門 破 壞 ， 管 道 接 頭 斷 開 ， 甚至 管 道 爆 裂 或 嚴(yán) 重 變 形 等 重 大 事 故 。 l 1、 水 擊 產(chǎn) 生 的 原 因 l 引 起 管 道 水 流 速 度 突 然 變 化 的 因 素 (如 閥 門 突 然 關(guān) 閉 )是 發(fā) 生 水 擊 的

45、 條 件 ， 水 流 本 身 具 有 慣 性 和 壓 縮 性 則 是發(fā) 生 水 擊 的 內(nèi) 在 原 因 。 l 閥 門 關(guān) 閉 前 流 速 為 v0， 壓 強(qiáng) 為 p0。l 閥 門 突 然 完 全 關(guān) 閉 ， 速 度 由 v0驟 變 為 零 ， 動(dòng) 量 發(fā) 生 變 化 。 根據(jù) 動(dòng) 量 定 律 ， 由 于 閥 門 對(duì) 水 的 作 用 力 使 得 緊 靠 閥 門 n-m段 的水 體 的 應(yīng) 力 (即 壓 強(qiáng) )突 然 增 加 了 p， p稱 為 水 擊 壓 強(qiáng) .l 由 于 水 擊 壓 強(qiáng) 的 作 用 ， n-m段 將 產(chǎn) 生 水 的 壓 縮 及 管 壁 的 膨 脹 。由 于 產(chǎn) 生 上 述 變

46、 形 ， 閥 門 突 然 關(guān) 閉 時(shí) ， 管 道 內(nèi) 的 水 就 不 是在 同 一 時(shí) 刻 全 部 停 止 流 動(dòng) ， 壓 強(qiáng) 也 不 是 在 同 一 時(shí) 刻 同 時(shí) 升高 。 而 是 ， 當(dāng) 靠 近 閥 門 的 第 一 層 水 停 止 流 動(dòng) 后 ， 與 之 相 鄰的 第 二 層 及 其 后 續(xù) 各 層 水 相 繼 逐 層 停 止 流 動(dòng) ， 同 時(shí) 壓 強(qiáng) 逐層 升 高 ， 并 以 彈 性 波 的 形 式 由 閥 門 迅 速 傳 向 管 道 進(jìn) 口 。 這種 由 于 水 擊 而 產(chǎn) 生 的 彈 性 波 ， 稱 水 擊 波 . l 二 、 有 壓 管 道 中 的 水 擊 的 四 個(gè) 階 段

47、l 第 一 階 段 ： 增 壓 波 從 閥 門 向 管 路 進(jìn) 口 傳 播 階 段 ， 緊 靠 閥門 的 m-n段 水 體 ， 由 于 閥 門 突 然 完 全 關(guān) 閉 ， 速 度 由 v0立 即變 為 零 ， 相 應(yīng) 壓 強(qiáng) 升 高 p， 水 密 度 增 加 ， 管 道 斷 面積 增 加 A。 然 而 m-n段 上 游 水 流 仍 然 以 v0速 度 向 下 游 流動(dòng) ， 于 是 在 m-n段 產(chǎn) 生 水 的 壓 縮 及 管 壁 的 膨 脹 。 之 后 ， 緊靠 m-n段 的 另 一 層 的 水 也 停 止 流 動(dòng) ， 這 樣 其 后 的 水 體 都 相繼 停 止 下 來 ， 同 時(shí) 壓 強(qiáng)

48、升 高 ， 水 體 受 壓 ， 管 壁 膨 脹 。 這種 減 速 增 壓 的 過 程 是 以 波 速 c自 閥 門 向 上 游 傳 播 的 。 經(jīng) 過 后 ， 水 擊 波 到 達(dá) 水 池 。 這 時(shí) ， 全 管 液 體 處 于 被 壓 縮 狀 態(tài) 。 /t l c l 第 二 階 段 ： 減 壓 波 從 管 道 進(jìn) 口 向 閥 門 傳 播 階 段 。 時(shí) 刻 全 管 流 動(dòng) 停 止 ， 壓 強(qiáng) 增 高 ， 但 這 種 狀 態(tài) 只 是 瞬 時(shí) 的 。由 于 管 路 上 游 水 池 體 積 很 大 ， 水 池 水 位 不 受 管 路 流 動(dòng) 變化 的 影 響 。 管 路 進(jìn) 口 的 水 體 ， 便

49、 在 管 中 水 擊 壓 強(qiáng) (p0+ p)與 水 池 靜 壓 強(qiáng) (p0)差 作 用 下 ， 立 即 以 和 p相 應(yīng) 的 速 度 v0向 水 池 方 向 流 去 。 與 此 同 時(shí) ， 被 壓 縮 的 水 體 和 膨 脹 了 的管 壁 也 就 恢 復(fù) 原 狀 。 管 內(nèi) 水 體 受 壓 狀 態(tài) 的 解 除 便 自 進(jìn) 口處 開 始 以 水 擊 波 速 c向 下 游 方 向 傳 播 ， 這 就 是 從 水 池 反 射回 來 的 減 壓 彈 性 波 。 至 時(shí) 刻 ， 整 個(gè) 管 中 水 流 恢 復(fù)正 常 壓 強(qiáng) p0， 并 且 都 具 有 向 水 池 方 向 的 運(yùn) 動(dòng) 速 度 v0。2 /

50、t l c /t l c l 第 三 階 段 ： 減 壓 波 從 閥 門 向 管 道 進(jìn) 口 傳 播 階 段 。 繼 之 后 ， 由 于 水 流 的 慣 性 ， 管 中 的 水 仍 然 向 水 池倒 流 ， 而 閥 門 全 部 關(guān) 閉 無 水 補(bǔ) 充 ， 以 致 閥 門 端 的 水 體首 先 停 止 運(yùn) 動(dòng) ， 速 度 由 v0變 為 零 ， 引 起 壓 強(qiáng) 降 低 、 密度 減 小 與 管 壁 收 縮 。 這 個(gè) 增 速 減 壓 波 由 閥 門 向 上 游 傳播 ， 在 時(shí) 刻 傳 至 管 道 進(jìn) 口 ， 全 管 處 于 瞬 時(shí) 低壓 狀 態(tài) 。 3 /t l c2 /t l c l 第 四

51、 階 段 ： 增 壓 波 從 管 道 進(jìn) 口 向 閥 門 傳 播 階 段 。 時(shí) 刻 ， 因 管 道 進(jìn) 口 壓 強(qiáng) 比 水 池 的 靜 水 壓 強(qiáng) 低 p， 在 壓 強(qiáng)差 p作 用 下 ， 水 又 以 速 度 v0向 閥 門 方 向 流 動(dòng) 。 管 道 中 的水 又 逐 層 獲 得 向 閥 門 方 向 的 流 速 ， 從 而 密 度 和 管 壁 也 相繼 應(yīng) 恢 復(fù) 正 常 。 至 時(shí) 刻 增 壓 波 傳 至 閥 門 斷 面 ， 全管 恢 復(fù) 至 起 始 狀 態(tài) 。 由 于 慣 性 作 用 ， 水 仍 具 有 一 向 下 游的 流 速 v0， 但 閥 門 關(guān) 閉 ， 流 動(dòng) 被 阻 止 ，

52、于 是 和 第 一 階 段開 始 時(shí) 閥 門 突 然 關(guān) 閉 的 情 況 完 全 一 樣 ， 水 擊 現(xiàn) 象 將 重 復(fù)上 述 四 個(gè) 階 段 。 周 期 性 循 環(huán) 下 去 (以 上 分 析 均 未 計(jì) 及 損失 )。 4 /t l c 3 /t l c l 水 擊 波 在 全 管 段 來 回 傳 遞 一 次 所 需 的 時(shí) 間 為 一 個(gè)相 或 相 長 。l 在 水 擊 的 傳 播 過 程 中 ， 管 道 各 斷 面 的 流 速 和 壓 強(qiáng) 皆 隨 時(shí)間 周 期 性 的 升 高 、 降 低 ， 所 以 水 擊 過 程 是 非 恒 定 流 。 l 如 果 水 擊 傳 播 過 程 中 沒 有

53、能 量 損 失 ， 水 擊 波 將 一 直 周 期性 地 傳 播 下 去 。 但 實(shí) 際 上 ， 水 在 運(yùn) 動(dòng) 過 程 中 因 水 的 粘 性摩 擦 及 水 和 管 壁 的 形 變 作 用 ， 能 量 不 斷 損 失 ， 因 而 水 擊壓 強(qiáng) 迅 速 衰 減 。 閥 門 斷 面 實(shí) 測 的 水 擊 壓 強(qiáng) 隨 時(shí) 間 變 化 如圖 。 2 /t l c 閥 門 斷 面 壓 強(qiáng) 變 化 實(shí) 測 閥 門 斷 面 水 擊 壓 強(qiáng) 變 化 l 7.5.2 水 擊 壓 強(qiáng) 的 計(jì) 算 l 1、 直 接 水 擊 :當(dāng) 關(guān) 閉 閥 門 時(shí) 間 小 于 或 等 于 一 個(gè) 相 長 時(shí) ，最 早 由 閥 門

54、處 產(chǎn) 生 的 向 上 傳 播 而 后 又 反 射 回 來 的 減 壓 順行 波 ， 在 閥 門 全 部 關(guān) 閉 時(shí) 還 未 到 達(dá) 閥 門 斷 面 ， 在 閥 門 斷面 處 產(chǎn) 生 的 可 能 最 大 水 擊 壓 強(qiáng) 將 不 受 其 影 響 ， 這 種 水 擊稱 直 接 水 擊 。l l 2、 間 接 水 擊 :當(dāng) 關(guān) 閉 閥 門 時(shí) 間 大 于 一 個(gè) 相 長 時(shí) ， 從 上 游反 射 回 來 的 減 壓 波 會(huì) 部 分 抵 消 水 擊 增 壓 ， 使 閥 門 斷 面 處不 致 達(dá) 到 最 大 的 水 擊 壓 強(qiáng) ， 這 種 水 擊 稱 為 間 接 水 擊 。 00p ccpg g 00

55、0 22 / zz zTp c Tcp T lg g T g TT l c 2 /zT l c2 /zT l c l 7.5.3 水 擊 波 的 傳 播 速 度 l 式 中 ： c0 水 中 聲 波 的 傳 播 速 度 ， c0=1435m/s ； l K 水 的 彈 性 模 量 ， K =2.04 109 N/m2 ； l E 管 壁 的 彈 性 模 量 ； l d 管 徑 （ m） ；l 管 道 壁 厚 （ m） 。 0 1435 ( / )1 1cc m sK d K dE E 水 擊 過 程 的 運(yùn) 動(dòng) 特 征過程 描 述 時(shí) 距 速 度 變 化 流 動(dòng) 方 向 壓 強(qiáng)變 化 彈 性

56、波 的 傳播 方 向 運(yùn) 動(dòng)特 征 液 體狀 態(tài)1 增 壓逆 波 進(jìn) 口 閥門 增 高 閥 門 進(jìn) 口 減 速增 壓 壓 縮2 減 壓順 波 閥 門 進(jìn)口 恢 復(fù)原 狀 進(jìn) 口 閥 門 增 速減 壓 恢 復(fù)原 狀3 減 壓逆 波 閥 門 進(jìn)口 降 低 進(jìn) 口 閥 門 減 速減 壓 膨 脹 4 增 壓順 波 進(jìn) 口 閥門 恢 復(fù)原 狀 閥 門 進(jìn) 口 增 速增 壓 恢 復(fù)原 狀0 Lt c 0 0 p2L Ltc c 00 2 3L Ltc c 0 0 p3 4L Ltc c 00 l 7.6 離 心 泵 的 原 理 及 選 用l 7.6.1 工 作 原 理l 離 心 泵 是 一 種 最 常 用

57、 的 抽 水 機(jī) 械 ，l 它 是 由 1、 工 作 葉 輪 ； 2、 葉 片 ；l 3、 泵 殼 (或 稱 蝸 殼 )； 4、 吸 水 管 ；l 5、 壓 水 管 ； 6、 泵 軸 等 零 部 件l 構(gòu) 成 。 離 心 泵 啟 動(dòng) 之 前 ， 通 過 頂l 上 注 水 漏 斗 將 泵 體 和 吸 水 管 內(nèi) 注l 滿 水 。 啟 動(dòng) 后 ， 葉 輪 高 速 轉(zhuǎn) 動(dòng) ， l 在 泵 的 葉 輪 入 口 處 形 成 真 空 ， 吸l 水 池 的 水 在 大 氣 壓 強(qiáng) 作 用 下 沿 吸l 水 管 上 升 ， 流 入 葉 輪 吸 水 口 ， 進(jìn) 入 葉 片 槽 內(nèi) 。 由 于 水 泵葉 輪 連

58、續(xù) 旋 轉(zhuǎn) ， 壓 水 、 吸 水 便 連 續(xù) 進(jìn) 行 。 l 當(dāng) 液 體 通 過 葉 輪 時(shí) ， 葉 片 與 液 體 的 相 互 作 用 將 機(jī) 械 能傳 遞 給 液 體 ， 從 而 使 液 體 在 隨 葉 輪 高 速 旋 轉(zhuǎn) 時(shí) 增 加 了動(dòng) 能 和 壓 能 。 因 此 水 泵 是 一 種 轉(zhuǎn) 換 能 量 的 水 力 機(jī) 械 ，它 將 原 動(dòng) 機(jī) 的 機(jī) 械 能 轉(zhuǎn) 換 為 被 抽 送 液 體 的 機(jī) 械 能 。 液體 由 葉 輪 流 出 后 進(jìn) 入 泵 殼 ， 泵 殼 一 方 面 是 用 來 匯 集 葉輪 甩 出 的 液 體 ， 將 它 平 穩(wěn) 地 引 向 壓 水 管 ， 另 一 方 面

59、 是使 液 體 通 過 它 時(shí) 流 速 降 低 ， 以 達(dá) 到 將 一 部 分 動(dòng) 能 轉(zhuǎn) 變?yōu)?壓 能 的 目 的 。l 7.6.2 工 作 性 能 曲 線l 為 了 正 確 地 選 用 離 心 泵 ， 首 先 應(yīng) 該 了 解 泵 的 基 本 工 作參 數(shù) ： l (1)流 量 ： 單 位 時(shí) 間 通 過 水 泵 的 液 體 體 積 。 單 位 為升 /秒 (L/s)， 米 3/秒 (m3/s)、 米 3/小 時(shí) (m3/h)。l (2)揚(yáng) 程 ： 水 泵 供 給 單 位 重 量 液 體 的 能 量 ， 常 用 單位 為 米 (m)水 柱 。 mHQ l 現(xiàn) 分 析 揚(yáng) 程 在 管 路 系

60、統(tǒng) 中 的 作 用 。 取 吸 水 池 與 壓 水 池水 面 列 能 量 方 程 ， 見 圖 。l 當(dāng) l ， 上 式 可 寫 成l 式 中 ： ， 為 提 水 高 度 。l 上 式 表 明 ， 在 管 路 系 統(tǒng) 中 ， 水 泵 的l 揚(yáng) 程 用 于 提 水 高 度 和 補(bǔ) 償 管 路 l 的 水 頭 損 失 。l (3)功 率 水 泵 的 功 率 分 軸 功 率 和 有 效 功 率 。l 軸 功 率 ： 電 動(dòng) 機(jī) 傳 遞 給 泵 的 功 率 ， 即 輸 入 功 率 ， 常用 單 位 為 瓦 (W)或 千 瓦 (kW)。l 有 效 功 率 ： 單 位 時(shí) 間 內(nèi) ， 液 體 從 水 泵 實(shí)

61、 際 得 到 的 能量 ： 2 21 1 1 2 2 21 22 2m wp pz H z hg g g g 1 2 1 20, 0ap p p 2 1-m w g wH z z h H h mH 2 1-gH z z e mN gQHeNN l (4)水 泵 效 率 ： 有 效 功 率 與 軸 功 率 之 比 ， 即l 小 型 水 泵 最 高 效 率 一 般 在 70%， 大 、 中 型 泵 可 達(dá) 8090%。l (5)轉(zhuǎn) 數(shù) ： 水 泵 工 作 葉 輪 每 分 鐘 的 轉(zhuǎn) 數(shù) 。 一 般 情 況下 轉(zhuǎn) 數(shù) 固 定 ， 如 970、 1450、 2900轉(zhuǎn) /分 (rmp)。l (6)允

62、許 吸 水 真 空 度 見 7.3。l 在 轉(zhuǎn) 速 n一 定 的 情 況 下 ， 水 泵 的 揚(yáng) 程 、 功 率 、效 率 同 流 量 的 關(guān) 系 曲 線 稱 為 泵 的 性 能 曲 線 。水 泵 性 能 曲 線 是 通 過 實(shí) 驗(yàn) 確 定 的 。 水 泵 盡 管 可 以 在 最小 流 量 到 最 大 流 量 之 間 任 一 點(diǎn) 工 作 ， 但 只 有 一 個(gè) 點(diǎn) 的效 率 最 高 ， 水 泵 名 牌 上 所 列 的 、 值 ， 就 是 這 個(gè)點(diǎn) 的 值 ， 而 所 列 的 N值 則 是 這 臺(tái) 泵 要 求 的 最 大 功 率 。 eaxNN vh mH N Qn mHQ l 通 常 水 泵

63、廠 對(duì) 生 產(chǎn) 的 每 一 臺(tái) 泵 都 規(guī) 定 了 一 個(gè) 許 可 工作 范 圍 ， 并 在 揚(yáng) 程 曲 線 上 用 記 號(hào) 標(biāo) 明 此 范 圍 ， 水 泵在 這 個(gè) 范 圍 內(nèi) 工 作 ， 才 能 保 持 較 高 效 率 。 一 般 水 泵廠 還 將 同 一 類 型 、 不 同 容 量 水 泵 的 性 能 曲 線 (許 可 工作 范 圍 段 )繪 在 一 張 總 圖 上 ， 供 用 戶 選 用 。l 7.6.3 管 路 特 性 曲 線l 水 泵 總 是 與 管 路 連 接 起 來 組 成 一 個(gè) 系 統(tǒng) 進(jìn) 行 工 作 ，因 此 ， 在 考 慮 水 泵 性 能 曲 線 的 同 時(shí) 還 應(yīng) 考

64、 慮 管 路 的特 性 ， 才 能 最 后 確 定 泵 在 系 統(tǒng) 中 的 實(shí) 際 工 作 情 況 。把 單 位 重 量 的 水 由 吸 水 池 升 至 壓 水 池 ， 必 然 需 要 能量 以 抬 高 液 體 位 置 高 度 Hz和 克 服 管 路 (包 括 吸 水 、 壓水 管 )沿 程 與 局 部 阻 力 。 所 需 要 的 能 量 為 l 令l 則 有l(wèi) 式 中 S 管 路 總 阻 抗 ， 對(duì) 于 給 定 管 路 ， 且 流 動(dòng) 處于 阻 力 平 方 區(qū) ， S為 定 值 。l 由 上 式 ， 以 為 自 變 量 繪 出 關(guān) 系 曲 線 ， 即為 管 路 特 性 曲 線 ， 如 圖 所

65、 示 。 管 路 特 性 曲 線 表 征 該管 路 通 過 不 同 流 量 時(shí) ， 每 單 位 重 量 液 體 由 吸 水 池 至壓 水 池 所 需 要 能 量 的 大 小 。 222 2 12 1 QgAgAdlHhHH zwzm 2 m zH H SQ 22 2 12 1 gAgAdlS mHQ Q l 7.6.4 工 作 點(diǎn) 的 確 定l 水 泵 的 性 能 曲 線 表 示 泵 通 過l 流 量 為 時(shí) ， 泵 能 提 供 給 單 位 重 量l 液 體 的 能 量 為 。 管 路 特 性 曲 線l 表 示 使 流 量 通 過 該 管 路 系 統(tǒng) ， 每l 單 位 重 量 液 體 所 需

66、要 的 能 量 。 如l 果 把 泵 的 曲 線 和 管 路 特 性 曲l 線 按 同 一 比 例 尺 畫 在 一 張 圖 上 ，l 這 兩 條 曲 線 的 交 點(diǎn) A就 顯 示 出 了 水l 泵 在 此 管 路 系 統(tǒng) 中 的 工 作 情 況 ， 所 以 稱 A為 水 泵 的 工 作點(diǎn) 。 l 綜 上 所 述 ， 選 用 水 泵 可 按 所 需 供 水 量 及 計(jì) 算 的 揚(yáng) 程 l ， 查 水 泵 產(chǎn) 品 目 錄 。 如 所 需 、 值 在 某 水 泵 的 l 、 范 圍 內(nèi) ， 則 此 泵 初 選 合 用 。 然 后 ， 用 該 水 泵 性 能曲 線 及 管 路 特 性 曲 線 確 定 其 工 作 點(diǎn) 。 若 工 作 點(diǎn) 在 水 泵 最大 效 率 點(diǎn) 附 近 ， 說 明 所 選 的 泵 是 合 理 的 。mH Q mHQmH Q QmH Q mHQmH Q l 例 7-11 由 集 水 池 向 水 塔 供 水 。 已 知 水 塔 高 度 10m，水 塔 水 箱 容 量 50m3， 水 箱 水 深 2.5m， 水 塔 地 面 標(biāo) 高101m， 集 水 池 水 面 標(biāo) 高 94.5m