孔口（管嘴）出流、堰顶溢流和闸下出流

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1、HYDRAULICS第8章孔口（管嘴）出流、堰顶溢流和闸下出流Chapter8目录8-1概述8-2孔口出流8-3管嘴出流8-4堰顶溢流8-5闸孔出流8-1概述孔口（管嘴）出流、堰顶溢流和闸孔出流属于急变流。其水头损失以局部损失为主，沿程损失往往忽略不计。这类水流形式在实际工程中广泛存在。本章着重讨论上述建筑物形体对过流能力的影响，及其常用的水力计算方法。1、孔口出流液体经容器壁上孔口流出的水力现象。孔口分类：大孔口H/d＜10小孔口H/d≥10流动分类：恒定和非恒定出流出流分类：自由出流和淹没出流收缩分类：完善收缩和不完善收缩2、管嘴出流在孔口接一段长l=

2、(3～4)d的短管，液流经过短管并充满出口断面流出的水力现象。根据实际需要管嘴可设计成：1）圆柱形：内管嘴和外管嘴2）非圆柱形：扩张管嘴和收缩管嘴。3、堰顶溢流水流经堰顶下溢的水力现象。水面呈连续降落曲线。堰的分类：薄壁堰＜0.67实用堰0.67＜＜2.5宽顶堰2.5＜＜104、闸孔出流水流从闸底缘与底板形成的孔口流出的水力现象。闸门分类：平板闸门和弧形闸门。第坎分类：曲线形实用堰和宽顶堰。出流分类：自由出流和淹没出流。8-2孔口出流1、薄壁小孔口恒定出流薄壁：出孔水流与孔壁仅在周线上接触，即孔壁厚度对出孔水股没有影响。小孔口：H/d>101)小孔口的自由

3、出流pc=pa=0薄壁小孔口自由出流的基本公式薄壁小孔口出流的各项系数①流速系数实验测得孔口流速系数=0.97～0.98。②孔口的局部阻力系数ζ0,③孔口的收缩系数④孔口的流量系数μ，μ=ε。对薄壁小孔口μ=0.60～0.62。2）淹没出流当出孔水流淹没在下游水面之下。孔口淹没出流的流速和流量均与孔口的淹没深度无关，也无“大”、“小”孔口的区别。3）小孔口的收缩系数及流量系数实验证明，不同形状小孔口的流量系数差别不大，但孔口边缘情况对收缩系数会有影响，薄壁孔口的收缩系数ε最小，圆边孔口收缩系数ε较大，甚至等于1。孔口在壁面上的位置，对收缩系数ε有直接影响，

4、不完善收缩孔口的流量系数μnc大于完善收缩的流量系数μ。2、孔口非恒定出流如容器水面随时间变化，孔口的流量也会随时间变化，称为变水头出流或非恒定流。①当容器为柱体，Ω=常数，则有：②当H1=H，H2=0，即得容器“泄空”(水面降至孔口处)所需时间变水头出流时容器“泄空”所需要的时间，等于在起始水头H作用下恒定出流流出同体积水所需时间的二倍。8-3管嘴出流1、圆柱形外管嘴恒定出流管嘴的流量系数管嘴阻力系数ζn=0.5管嘴流速系数管嘴流量系数，因出口无收缩μn=φn=0.82显然μn=1.32μ。可见在相同条件，管嘴的过流能力是孔口的1.32倍。2．圆柱形外管

5、嘴的真空孔口外面加管嘴后，增加了阻力，但是流量反而增加，这是由于收缩断面处真空的作用。对圆柱形外管嘴：α=1，ε=0.64，φ=0.82圆柱形外管嘴的正常工作条件收缩断面的真空是有限制的，如长江中下游地区，当真空度达7米水柱以上时，由于液体在低于饱和蒸汽压时会发生汽化。圆柱形外管嘴的正常工作条件是：(1)作用水头H0≤9米；(2)管嘴长度l=(3～4)d。3）其他形式管嘴工程上为了增加孔口的泄水能力或为了增加(减少)出口的速度，常采用不同的管咀形式(1)圆锥形扩张管嘴（θ=5～7°）(2)圆锥形收敛管嘴（较大的出口流速）(3)流线形管嘴（阻力系数最小）孔

6、口、管嘴的水力特性8-4堰顶溢流无压缓流经障壁溢流时，上游发生壅水，然后水面降落，这一局部水流现象称为堰流。障壁称为堰。堰对水流的作用：①侧向约束；②底部约束。1、堰流的基本公式用能量方程式来推求堰流计算的基本公式令，流速系数令称为堰流基本公式。为了方便，可将公式改写成如下形式式中堰流基本公式适用于各种形式的堰流，只是流量系数不同而已。2.矩形薄壁堰流测量流量用的矩形薄壁堰，一般都做得和上游进水槽一样宽，这样，水流通过堰口时，不会产生侧向收缩。1)具有溢流水舌有稳定的外形；(堰顶必须做成向下游倾斜的锐角薄壁)2)稳定的流速分布和压强分布；(堰板下游侧墙内埋

7、设通气孔，使水舌内外缘空气压强相等)3)稳定的水头和流量关系。(堰顶水头H≥3cm)(1)矩形薄壁堰无侧向收缩自由溢流的水舌形状①在距堰壁上游3H处，水面降落0.003H，②在堰顶上，水舌上缘降落了0.15H。③由于水流质点沿上游堰壁越过堰顶时的惯性，水舌下缘在离堰壁0.27H处升得最高，高出堰顶0.112H，此处水舌的垂直厚度为0.668H。④距堰壁0.67H处，水舌下缘与堰顶同高.这点表明，只要堰壁厚度δ＜0.67H，堰壁就不会影响水舌的形状。只要堰壁厚度δ＜0.67H，堰壁就不会影响水舌的形状。因此，把δ＜0.67H的堰，称为薄壁堰。矩形薄壁锐缘堰自

8、由溢流水舌几何形状的观测成果，为后来设计曲线形剖面堰提供了依据。(