1、孔口、管嘴出流和有压管流的基本概念
容器壁上开孔，水经孔口流出的水力现象称为孔口出流。
水经孔口流入大气称为孔口自由出流，经孔口流入液面以下称为孔口淹没出流。
当进入容器的流量与孔口出流流量相等时，容器中水位恒定不变，且孔口结构及其他水力要素均恒定，称为孔口恒定出流。
当孔口壁厚或在孔口上连接的短管长度为孔径的3-4倍时，水流经短管并充满出口断面流出的水力现象称为管嘴出流。
管嘴出流也分为自由出流和淹没出流。
孔口和管嘴出流的水头损失计算以局部水头损失为主。 水沿管道满管流动的水力现象称为有压管流。 有压管流分有压短管和有压长管。
短管是指在管路的总水头损失中，沿程水头损失和局部水头损失均占有相当比例，计算中都不能忽略的管路（通常l/d<1000）。
长管在管路的总水头损失中，局部水头损失与沿程水头损失相比很小，计算中可以忽略不计的管路（通常l/d>1000） 。
2、孔口、管嘴恒定出流的基本公式 （1）薄壁小孔口的自由出流 1vC?2gH0??2gH0 Q ?AV??A?2gH??A2gHCC0?c??
11
???流速系数 ? ? ? ? 1 ?c AC设孔口断面面积为A，收缩断面面积为AC , ? ? 为收缩系数
A
????为孔口流量系数
薄壁孔口的收缩系数 ??0.60?0.64
流速系数 ??0.97?0.98
流量系数 ??0.60?0.62
（2）薄壁小孔口的淹没出流 2v H0?(1??)?c2g
1 vC?2gH0??2gH0 1??
???? Q?ACVC??A?2gH0??A2gH0
收缩系数 ? ? 0 .60 ? 0 .64 一般取0.62
流速系数 ??0.97?0.98
流量系数 ??0.60?0.62
v2?2gH0??n2gH0 Q?A?n2gH0??n2gH0???n
? n 管嘴局部损失系数，一般取0.5 11????0.82? n 管嘴流量系数， n???n1?0.5
? n 管嘴流量系数，? ???0.82nn
由此可见，管嘴和孔口出流的基本公式形式完全相同，但管嘴的流量系数比孔口大。在相同作用水头下，同样断面面积的管嘴过流能力比孔口大，因此，工程上常用管嘴作泄流水管。 3、有压管道的恒定流
（1）短管是指沿程水头损失和局部水头损失均不可忽略不计的管路，一般l/d<1000。 短管的水力计算可分为自由出流和淹没出流。 （1）短管自由出流的基本公式 1v?2gH0 2l
1????? d
1 Q?v2?A?A2gH0??cA2gH0 l 1?????d
（2）短管淹没出流的基本公式
1 v?2gH0 l????
d
1
Q?v?A?A2gH0??cA2gH0 l ????d
（2）长管的水力计算
长管是指局部水头损失的总和与沿程水头损失相比很小，计算时可以忽略不计的管
路。分简单管路、串联管路、并联管路、管网等类型
1、简单管路
简单管路是指管道直径和流量沿程不变，且没有分支的管道。简单管路的水力计算中
局部水头损失忽略不计，只计算沿程水头损失，一般 l/d?1000
l14Q28?
H?h?????()?lQ2f1?2225 d2g?dg?d
8?令 a ? 则 H?h?alQ2（3）圆柱形外管嘴的恒定出流
1????????g?2d5f1?2 2H?sQ令 s ? al 则
式中：
a —管道比阻，指单位流量通过单位长度管道的水头损失。 s --管道摩阻，指单位流量通过某管道的水头损失。 （1）谢维列夫公式
对旧钢管和旧铸铁管，当水温10°C时： 0.001736v?1.2m/s时a?v?1.2m/s时a'?Ka d5.30.3 0.867??.852? ? 可查表 K为修正系数 K ? 0 ? ? 1
v??（2）巴甫洛夫斯基公式
对于混凝土管、钢筋混凝土管， 1a?0.001743n=0.013时 5.33d
n=0.014时 a?0.0020211 d5.33n为管壁粗糙系数 混凝土管、钢筋混凝土管的比阻可查表得
（3）海曾-威廉公式 10.67Q1.852l hf?C1.852d4.87
（4）柯布鲁克公式
1??2lg???2.51??? ??3.7dRe??
4、管路的水力计算
（1）串联管路的水力计算
由流量不同或直径不同的几根简单管段依次连接的管路称为串联管路。
设串联管路各管长、直径、流量和比阻分别为li，di，Qi，ai，则其总水头损失为
nn
hw?hfi?ailiQi2
i?1i?1
串联管路的流量符合连续性方程。任意两根简单管路的交点称为节点，则连续性方程可描述为流进节点的流量和流出节点的流量相等，即
Qi?qi?Qi?1
串联管路一般按长管计算，但在局部水头损失占很大比重时仍应按短管计算。
（2）并联管路的水力计算
两根或两根以上简单管路的起点和终点相同的管路或在两个节点之间连接两根或两个以上管段的管路称为并联管路。 并联管路一般按长管计算。
??hf1?hf2???hfn 并联管路的水力特征是所有相互并联管段的水头损失相等。即： 式中，n为并联管段的数目。也可写成：
222
a1l1Q1?a2l2Q2???anlnQn
设并联管路通过的总流量为Q，摩阻为s,则 Q?Q1?Q2???Qn22 sQ2?s1Q12?s2Q2???snQn 1111?????也可推出： ss1s2sn
（3）沿程均匀泄流管路的水力计算
沿程分配或泄出流量的管道称为沿程泄流管路。
通常沿程泄流流量是不均匀的，流量的沿程均匀变化很复杂，若管道的单位长度沿程泄流量相等，则称为沿程均匀泄流管路。 如图所示，管道AB长度为l，作用水头为H,管道末端流出的流量为贯通流量Qt,沿程均匀泄流的总流量为Ql。在离起点A距离为x的管道断面流量为
l?x Qx?Qt?Qll
在微小流段dx内的沿程水头损失为
2dhf?a?Qxdx?a(Qt?
l?xQl)2dxl沿整个管道长度对dhf积分，得管道AB的沿程水头损失
H?hfAB??a(Qt?l?xQl)2dx0ll?x3(Q?Q)tll?ll??d[a()]03Qll1al??[(Qt?Ql)3?Qt3]3Ql1?al(Qt2?QtQl?Ql2)3
Ql=0,时hfAB=alQt2;Qt=0时, hfAB=alQl2/3。令沿程均匀泄流的折算流量为Qr
代入前一式子，解得
Qt令
Qr?Qt??Ql折算的水头损失为
H?alQr2?al(Qt??Ql)2??(Qt2?QtQl?Ql2?Qt)/Ql13k?Ql??k2?k??k13由此可见， 仅与k有关。
1
k? d?2?0 随k单调递减 dk 1 ? 1 ? ?2k?k?
3
1当Qt< 当Qt>>Ql或Ql=0时， k??? 11??(0.5,0.577) k2?k??k? 32k??沿程均匀泄流时，流速沿程变化，水力坡度J也沿程变化。 lim第六章 明渠恒定流动 明渠流动是指水流在人工修建或自然形成的沟槽或河渠中的流动，它具有与大气相接触的自由表面，由于自由表面上各点的相对压强为零，所以也称为无压流动。 明渠水流根据其运动要素是否随时间变化分为明渠恒定流和明渠非恒定流。 根据其运动要素是否随流程变化分为明渠均匀流和明渠非均匀流。明渠非均匀流中又分急 变流和渐变流。 由于工程中的明渠水流一般属于紊流，其流动结构接近或处于阻力平方区，所以一般按明 渠紊流阻力平方区分析计算。 1、明渠均匀流 明渠均匀流是流线为平行直线的明渠流动。 由于明渠具有自由表面，所以不存在非恒定明渠均匀流，明渠均匀流必定为恒定流。 一、特性： （1）过水断面形状和大小沿程不变。